机械振动的测试

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1、机械振动的测试第一节振动的概念从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。力学量（如位移）机械振动电磁振动电磁量（如I、V、E、B）机械振动机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往复的运动。机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动系统。构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物理参数质量M、刚度K和阻尼C表

2、征。系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度)的激励而引起的振动称为自由振动，系统在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动．自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础．第二节机械振动的类型单自由度系统在简化模型中，振动体的位置或形状只需用一个独立坐标来描述的系统称为单自由度系统。单自由度无阻尼自由振动系统xok运动学特征动力学特征由微分方程特征以弹簧振子为例得出普遍结论：加速度速度vtxa解可得位移振动方程常数A和j的确定说明：(1)一般来说j的取值在－π和π(或0和2π)之间；(2)在应用上面的式子求j时，一般来说有两个值

3、，还要由初始条件来判断应该取哪个值；(3)常用方法：由求A，然后由x0=Acosjv0=-Aωsinj两者的共同部分求j。(1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦函数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动，(2)自由振动的角频率即系统的自然频率仅由系统本身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无关．(3)无阻尼自由振动的周期为(4)自由振动的振幅X和初相角由初始条件所确定。(5)单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。有阻尼系统的自由振动通解为：2.复合周期振动复合周期振动是由两个或两个以上的频率之比为有理数的简谐振动复合而成。3.准周期振动准周期振动是由频率比不

4、全为有理数的简谐振动叠加而成。4.瞬态振动、冲击瞬态振动是指在极短时间内仅持续几个周期的振动。冲击是单个脉冲。特点：过程突然发生，持续时间短，能量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。5.随机振动没有确定的周期，振动量与时间也无一定的关系。实例机器与基础的振动单自由度系统的受迫振动1.由作用在质量块上的力所引起的受迫振动1.不管系统的阻尼比是多少，在时位移始终落后于激励力90o现象，称为相位共振。2.率2.由基础运动所引起的受迫振动在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的。这种情况称位移激励。设基础的绝对位移为x(t)，质量块m的绝对位移为y(t)

5、，如图所示。考察质量块M对基础的相对运动，则M的相对位移的(y-x)。其运动方程为：第二节振动的激励和激振器根据第一章的讨论，如果知道了系统的输入(激励)和输出(响应)，就可以求出系统的数学模型，也即动态特性。振动系统测试就是求取系统输入和输出的一种试验方法。为了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括下述三个主要部分：1)激励部分实现对被测系统的激励(输入)，使系统发生振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。2)拾振部分检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的形式(通常为电信号)。它主要由传感器、可调放大器组成。3)分析记录部分将拾振部分传来

6、的信号记录下来供以后分析处理或直接近行分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。激振器(一）电动式激振器当Fi以简谐规律变化时，则作用在激振对象上的力F也为同频率的简谐力，在使用时，往往在顶杆与激振对象之间加一个力传感器，以精确地测出激振力F(t)．为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上,在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止：在高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率，使之低于激振频率的l／3；在低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高于激振频率3倍以上。激振器安装原则：（二）电磁式激振器电磁激

7、振器是非接触式的，其频率上限约为500－800Hz。激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变磁场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作用下产生振动．由于在电磁铁与衔铁之间的作用力F(t)只会是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力F0，然后才能叠加上一个交变的谐波力F(t)，如图所示，即:为此，通入线圈中的电流I(t)也应该由直流与交流两部分组成，即:而由电磁理论知道，电磁铁所产生的磁力正比于所通过电流的平方，即有式中a为比例系数，与电磁铁的尺寸、结构、材料与气隙的大小有关．在A《I0的情况下