振動測試技術(shù)Chapt1-振動測試概論

第一局部振動測試概論單自由度系統(tǒng)振動系統(tǒng)的力學(xué)模型和振動參數(shù)基本參數(shù)：質(zhì)量m剛度k阻尼c導(dǎo)出參數(shù)：固有頻率阻尼比衰減系數(shù)

運(yùn)動方程當(dāng)﹤1時當(dāng)時當(dāng)﹥1時振動分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動受迫振動自激振動簡諧振動非簡諧振動隨機(jī)振動單自由度系統(tǒng)的振動多自由度系統(tǒng)的振動連續(xù)系統(tǒng)的振動振動分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動受迫振動自激振動簡諧振動非簡諧振動隨機(jī)振動單自由度系統(tǒng)的振動多自由度系統(tǒng)的振動連續(xù)系統(tǒng)的振動振動分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動受迫振動自激振動簡諧振動非簡諧振動隨機(jī)振動單自由度系統(tǒng)的振動多自由度系統(tǒng)的振動連續(xù)系統(tǒng)的振動振動分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動受迫振動自激振動簡諧振動非簡諧振動隨機(jī)振動單自由度系統(tǒng)的振動多自由度系統(tǒng)的振動連續(xù)系統(tǒng)的振動振動過程的分類自由振動系統(tǒng)在去掉外加干擾力之后出現(xiàn)的振動。這種振動靠彈性力、慣性力和阻尼力來維持。振動的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率〔也稱自然頻率〕。因有阻尼力存在，振動逐漸衰減，阻尼越大，衰減越快。如果系統(tǒng)無阻尼存在〔這只是一種理想狀態(tài)，實(shí)際上是不可能的〕，那么稱這種振動為無阻尼自由振動，無阻尼自由振動是一種恒幅振動受迫振動在激振力持續(xù)作用下，系統(tǒng)被迫產(chǎn)生的振動振動特征與外部激振力的大小、方向和頻率有關(guān)。在簡諧激振力作用下，能同時激發(fā)起以系統(tǒng)固有頻率為振動頻率的自由振動和以干擾頻率為振動頻率的受迫振動，其自由振動局部將逐漸衰減，乃至最終消失，這時只剩下恒幅受迫振動局部，即穩(wěn)態(tài)振動響應(yīng)自激振動機(jī)械系統(tǒng)由于外部能量與系統(tǒng)運(yùn)動相耦合形成振蕩鼓勵所產(chǎn)生的振動。當(dāng)振動停止，振蕩鼓勵隨之消失。如滑動軸承油膜振蕩、液壓隨動系統(tǒng)的自振等簡諧振動時間表示法振動位移振動速度振動加速度振動物體隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化的振動名稱幅值幅值比峰值x(t)的最大值1峰峰值x(t)的最大值和最小值之差2平均絕對值0.636有效值0.707周期振動時域特征參數(shù)系統(tǒng)運(yùn)動量值按一定時間間隔重復(fù)出現(xiàn)的非簡諧振動，可用諧波分析方法，將其分解為假設(shè)干個簡諧振動之和。均值周期振動的分解

傅立葉級數(shù)幅頻曲線相頻曲線其中周期振動頻譜圖的特點(diǎn)以方波為例●譜線是離散的，各高次諧波是基波的整數(shù)倍，且最小頻率間隔等于基波?！穹底V的縱坐標(biāo)顯示每個諧波分量在周期振動中所占的比例大小，其單位為被測振動量的單位。準(zhǔn)周期振動組成：由兩個或兩個以上頻率比為無理數(shù)的簡諧振動的合成。特點(diǎn)：合成后不再是周期函數(shù)，但譜線仍然是離散的。數(shù)學(xué)表達(dá)式：沖擊振動過程沖擊波形時域特征參數(shù)脈沖峰值脈沖寬度脈沖沖量脈沖能量衰減振動過程數(shù)學(xué)表達(dá)式〔單自由度〕時間歷程曲線時域特征參數(shù)振動幅值衰減系數(shù)有阻尼固有頻率沖擊與衰減振動過程的頻譜分析頻譜分析傅立葉積分沖擊過程頻譜圖的特征以方波為例特點(diǎn)：◆譜線是連續(xù)的；◆幅值譜的單位為被測信號的單位除以頻率；◆能量主要集中在0--的頻率范圍內(nèi)，脈寬越窄，頻率范圍越寬。幾種典型信號的頻譜

衰減過程頻譜圖的特征衰減正弦衰減余弦隨機(jī)振動時間函數(shù)不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述；不能預(yù)測它未來任何時刻的準(zhǔn)確值；對這種信號的每次觀測結(jié)果都不同，但大量地重復(fù)試驗(yàn)可以看到它具有統(tǒng)計規(guī)律性，因而可用概率統(tǒng)計方法來描述和研究。隨機(jī)振動時域主要特征參數(shù)均值均方值方差自相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)隨機(jī)振動的頻譜分析功率譜密度函數(shù)

自功率譜

互功率譜

相干函數(shù)單邊功率譜不同振動過程時域與頻域描述不同振動過程時域與頻域描述同向簡諧振動合成頻率比為有理數(shù)時合振動為周期性的非簡諧振動頻率接近的簡諧振動合振動為拍振，拍振大多數(shù)情況下是有害的，一般要抑制或消除方向垂直的簡諧振動合成合成圖形稱為利薩如圖頻率相等時，圖形為直線或橢圓；頻率比為2時，圖形為8形或∞形振動的產(chǎn)生、危害與利用機(jī)機(jī)械振動是普遍存在的物理現(xiàn)象如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各向異性、對中不良、潤滑不良、支撐松動等

振動機(jī)械振動大多數(shù)情況下

有害：破壞機(jī)器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡機(jī)械振動還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲，惡化環(huán)境和勞動條件，危害人們的健康振動也能被利用來完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等無論是利用振動還是防止振動，都必須確定其量值。振動引起失效的模式對結(jié)構(gòu)的影響

主要是變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋和造成部件之間的相互撞擊等。可能產(chǎn)生超極限應(yīng)力破壞與疲勞破壞。對工作性能的影響

主要是運(yùn)動部件動作不正常、接觸部件接觸不良、繼電器產(chǎn)生誤動作、電子器件噪聲增大、指示燈閃爍等。對工藝性能的影響

主要是螺釘松動、連接件或焊點(diǎn)脫開等。振動測量的工程應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)測試故障診斷環(huán)境和可靠性試驗(yàn)隔振、減振和振動控制有關(guān)振動利用的研究機(jī)械振動測試系統(tǒng)的一般組成框圖一般說來振動測試系統(tǒng)包括下述三個主要局部：1)鼓勵局部實(shí)現(xiàn)對被測系統(tǒng)的鼓勵(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動。它主要由鼓勵信號源、功率放大器和激振裝置組成。2)拾振局部檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)換成一定的形式(通常為電信號)。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。3)分析記錄局部將拾振局部傳來的信號記錄下來供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。機(jī)械振動測試系統(tǒng)

振動的根本參數(shù)振動的幅值、頻率和相位是振動的三個根本參數(shù)，稱為振動三要素。只要測定這三個要素，也就決定了整個振動運(yùn)動。①幅值：振動強(qiáng)度。它可以用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等；②頻率：振動信號變化的快慢。不同頻率反映了系統(tǒng)內(nèi)不同的振源；③相位：確定共振點(diǎn)、振型測量等。振動問題組成：鼓勵、振動結(jié)構(gòu)〔系統(tǒng)〕和響應(yīng)分類：1、鼓勵和振動結(jié)構(gòu)，求響應(yīng)----系統(tǒng)動力響應(yīng)分析2、鼓勵和響應(yīng)，求系統(tǒng)參數(shù)----系統(tǒng)識別3、系統(tǒng)和響應(yīng)，求鼓勵----載荷識別研究振動的方法理論分析法實(shí)驗(yàn)研究實(shí)測模型研究建摸求解振動測量的根本內(nèi)容■測量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如振動位移、速度、加速度等掌握被測對象的運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷環(huán)境控制、等級評定對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種鼓勵，測量其受迫振動獲得被測對象的動態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等找出薄弱環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計提高其抗振能力常用的振動測量方法機(jī)械法----利用杠桿傳動和慣性接收記錄振動信號光測法----將振動信號轉(zhuǎn)換為光信息再進(jìn)行測量電測法----通過傳感器將機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電量，再對電量進(jìn)行測量與分析機(jī)械法特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠、直觀、抗干擾小、體積大、靈敏度低、頻率范圍窄、不能測小振幅、對被測體有附加剛度應(yīng)用：低頻、大位移、扭振常用儀器：手持式測振儀

光測法特點(diǎn)：高精度、高靈敏度、非接觸、遠(yuǎn)距離、全場應(yīng)用：高精度測量、傳感器標(biāo)定、遠(yuǎn)距離測量常用儀器：激光多普勒單點(diǎn)或掃描測振儀、激光干預(yù)儀、讀數(shù)顯微鏡電測法特點(diǎn)：靈敏度高、頻率范圍寬、動態(tài)范圍大；類型多，適用于不同測試環(huán)境和對象；信號易于測量、記錄和保存。應(yīng)用：穩(wěn)態(tài)和沖擊過程測量、結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)測量等常用儀器：各種傳感器、激振器、測量儀與分析儀振動測量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)靈敏度頻率范圍動態(tài)范圍橫向靈敏度相位特性附加質(zhì)量、附加剛度和環(huán)境條件靈敏度:傳感器測量系統(tǒng)的輸出信號與輸入信號的比值〔有量綱〕振動測量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)頻率范圍:定義為測量系統(tǒng)靈敏度隨頻率的變化量不超出某一給定誤差線的最高頻率與最低頻率之間的范圍兩端頻率分別成為下限和上限頻率振動測量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)動態(tài)范圍:定義一：測量系統(tǒng)靈敏度隨輸入信號的變化量不超出某一給定誤差線的最大輸入與最小輸入之間的幅值范圍定義二：測量系統(tǒng)輸出與輸入維持線性關(guān)系的最大輸入與最小輸入之間的幅值范圍D=20log幅值上線幅值下限（dB)；；振動測量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)橫向靈敏度:定義：指傳感器對垂直于測