振動的激勵和激振器課件

5．3振動的激勵和激振器5．3振動的激勵和激振器在機械動態(tài)特性的測試中，首先要激勵被測對象，讓它按測試的要求作受迫振動或自由振動。5．3．1振動的激勵方法1）穩(wěn)態(tài)正弦激振*穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡諧激振。*它是借助激振器對被測對象施加一個頻率與幅值均可控制的正弦激振力。*優(yōu)點是激振功率大，信噪比高，測試精度高；缺點是測試周期長，特別是對小阻尼的測試對象，每次激振頻率的改變均需要較長的穩(wěn)定時間。2）瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振時，施加在被測對象上的力是瞬態(tài)變化力，它屬于寬帶激振方法。常用的瞬態(tài)激振方法有以下幾種。①快速正弦掃描激振快速正弦掃描激振的激振信號由振蕩頻率變化可控的信號發(fā)生器供給，激振力的大小仍按正弦規(guī)律變化。常采用線性正弦掃描——激振信號頻率在掃描周期內線性增加，但最大幅值不變。掃描周期和激振的上、下限頻率可根據(jù)試驗要求選定，掃描周期僅為1s～2s，可快速測試被測對象的動態(tài)特性。②脈沖激振脈沖激振又稱錘擊法。通常，用一個帶有力傳感器的脈沖錘敲擊被激對象，同時測量激勵和響應。這種方法具有試驗時間短，現(xiàn)場使用的設備簡單，在試驗對象上沒有附加質量等優(yōu)點。其主要缺點是：力的大小不易控制，過小會降低信噪比，過大會引起非線性；試驗結果誤差較大，準確度差。③階躍激振階躍激振是指被測對象突然受到或消除一恒作用力而產(chǎn)生自由振動的激振方法。例如，在被測對象選定點處，用一重量輕、受拉方向剛度大的鋼索對被測對象施加一恒張力，然后突然切斷或松脫鋼索，就相當于對被測對象施加一負的階躍激振力，激起被測對象的寬帶自由振動。對于大型結構件，如建筑物、橋梁等的激振，就可采用類似的辦法。3）隨機激振隨機激振也是一種寬帶激振方式，一般采用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為激振的信號源。白噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機信號，可激起被測對象在一定頻率范圍內的隨機振動。利用頻譜分析儀可得到被測對象的頻率響應。許多干擾力和動載荷(如切削力等）也具有隨機性質，也可作為現(xiàn)場測試的隨機激振源。隨機激振方式的優(yōu)點是測試速度快、效率高，但所用儀器設備復雜而昂貴。5．3．2激振器激振器是對被測對象施加某種預定要求的激振力，使其產(chǎn)生預期振動的裝置。激勵器應能在所要求的頻率范圍內，提供波形良好、足夠穩(wěn)定的激振力。激振器的形式有脈沖的、正弦的和隨機的三種。目前，國內普遍應用的是脈沖力激振器和正弦力激振器。1）脈沖力激振器脈沖力激振器是一個內部裝有壓電式力傳感器的測力榔頭，又稱脈沖錘。圖5.6給出脈沖錘的結構簡圖及裝在錘中的力傳感器測得的敲擊力的波形圖和頻譜圖。其中，錘帽1可以按需要采用不同的材料，如鋼、橡膠和塑料等。錘帽裝在壓電力傳感器2上，力傳感器2裝在錘體3上，4為手柄，當用脈沖敲擊激振對象時，敲擊力由傳感器測出，經(jīng)電荷放大器放大后，可由峰值電壓表讀出其峰值，或送到光線示波器、磁帶記錄器其波形。圖中同時給出三種不同錘帽材料敲擊的波形圖及頻譜圖。從波形圖和頻譜圖可以看出：錘帽材料越硬，其敲擊力波形圖的峰值越高，持續(xù)時間越短，越接近于理想的脈沖函數(shù)；而且，錘帽材料越硬，其敲擊力的譜特性圖中平坦段的頻率范圍越寬。試驗時，應當根據(jù)試驗對象的特點選擇不同的錘帽，使試驗對象的響應有效頻率范圍處于測力錘頻譜特性的平坦段之內。脈沖激振測試系統(tǒng)的設備和試驗方法都比較簡單，在試驗設備上也沒有任何附加質量。這種試驗方法結果比較分散，通常進行多次試驗，取試驗結果的平均值，并應盡量使每次敲擊力近于不變。2）正弦力激振器2）正弦力激振器正弦力激振器的特點是：若在激振器的交流勵磁線圈中通入頻率為的正、余弦電流，則它將產(chǎn)生同頻率正、余弦形的交變力。如果力的頻響特性在某一范圍內近于水平（如0～max）,則它可以用作此頻率范圍內的隨機激振器。正弦激振器安裝方式不同，分為絕對式和相對式兩種。①電動式激振器——絕對式電動式激振器是利用電磁感應原理將電能轉變?yōu)闄C械能對被測對象提供激振力的裝置。按磁場形成方式不同，電動式激振器分為永磁式和勵磁式兩類，前者多用于小型激振器，后者多用于大型激振器——振動臺。勵磁線圈6（也可用永久磁鐵）通電后，在磁路（鐵心8→外殼7→磁極4→動線圈3→鐵心8）中產(chǎn)生固定磁場。這時如果在動線圈（即交流勵磁線圈）中再通以交流電，t，則動線圈上就感生一個交變電磁力則動線圈上就感生一個交變電磁力式中，L為在氣隙中，動線圈被磁場作用的導線的長度；B為氣隙中的磁感應強度。此力通過頂桿1作用于激振對象之上，頂桿和動線圈通過特制的平板彈簧固定到殼體上。頂桿加到試件上的激振力，并不等于線圈所產(chǎn)生的電動力，而是等于電動力和激振器運動部件的彈簧力、阻尼力、慣性力的矢量差。在重要的測試中，不能忽略這些力的影響，也不能認為激振力和線圈電流i成正比。電動式激振器主要用于使試驗對象產(chǎn)生絕對振動（以大地作為參考坐標習慣上稱為絕對振動人激振時，應讓激振器殼體在空間基本保持靜止，使激振器產(chǎn)生的能量盡量用在對試驗對象的激振上。圖5．8所示的激振器安裝方法能滿足上述要求。在進行高頻率的激振時，用軟彈簧或橡皮繩套在激振器殼體的兩個把手上，將它懸掛在空中對試驗對象進行激振，如圖5.8a所示。這時因為激振器本身自重大，彈簧繩剛度小，當激振力頻率不太低時，激振器殼體在空中近于靜止。當激振器懸掛于空中作水平方向激振時，應傾斜角懸掛，如圖5.8c所示。這樣一方面可對試驗對象2施加固定的預加載荷，也可使激振器的彈簧工作于水平段。在進行低頻激振時，應將激振器剛性地安裝在地面或剛性很好的支架上，如圖5.8b所示，并讓安裝支架的固有頻率比激振頻率高3倍以上。②電磁式激振器——相對式電磁式激振器是直接利用電磁力作為激振力，它常用于非接觸式激振。其結構如圖5.9所示。在U型鐵心回上放置有直流勵磁線圈3、