机械振动测试与分析

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1、测试技术基础第6章机械振动测试与分析主要内容§6.1概述§6.2振动的基本知识§6.3振动的激励§6.4测振传感器(拾振器)§6.5振动信号分析仪器§6.6振动测试系统及数据处理实例§6.7机械结构的固有频率和阻尼率估计§6.8小结小轿车的乘坐舒适性试验框图6.1概述振动研究所涉及的问题振动分析已知激励条件和系统的振动特性，求系统的响应系统识别已知系统的激励和系统的响应，求系统的特性环境预测已知系统的振动特性和系统的响应，确定系统的激励状态机械振动测试系统的一般组成框图6.2振动的基本知识机械振动的测量方

2、法按振动信号的转换方式分为：相对测量法：测量参考点为系统中的某固定点或运动点绝对测量法：测量参考点为系统外的某一点，该点相对于地球是静止不动的。电测法机械测量法光测法按照测量时选择参考点的不同，可分为：按照振动产生的原因自由振动受迫振动自激振动振动频率和固有频率之间的关系为其中，ωn为系统的固有频率，ζ为阻尼率系统的振动频率为激振频率振动频率接近于系统的固有频率。6.2.1振动的分类按系统的输出分简谐振动周期振动瞬态振动随机振动按系统自由度分单自由度系统振动多自由度系统振动连续弹性体振动按系统结构参数的特

3、性分线性振动非线性振动力作用在质量块上的单自由度系统质量m在外力的作用下的运动方程为式中，c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度。ƒ(t)为系统的激振力，即系统的输入，z(t)为系统的输出。拉氏变换ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)传递函数为6.2.2单自由度系统的受迫振动令s=jω，则力作用在质量块上的单自由度系统系统的固有频率系统的阻尼率幅频曲线相频曲线在幅频曲线上幅值最大处的频率称为位移共振频率随着的阻尼的增加，共振峰向原点移动；当无阻尼时，位移共振频率ωr即为固有频率ωn当系统的阻尼ζ很小

4、时，位移共振频率ωr接近系统的固有频率ωn，可用作为的估计值。幅频曲线不管系统的阻尼率为多少，在ω/ωr=1时位移始终落后于激振力90º，此现象称为相位共振。相频曲线利用相频特性来确定固有频率比较准确幅频曲线由基础运动所引起的受迫振动单自由度系统的基础振动力作用在质量块上的单自由度系统单自由度系统的基础振动设基础的绝对位移为Z1，质量m的绝对位移为Z0，则系统的振动可用方程式表示为：拉氏变换并，令s=jω得系统的幅频特性和相频特性幅频曲线相频曲线多自由度系统的振动方程式一般是相互耦合的常微分方程组通过座标

5、变换，可以把系统的振动方程变成一组相互独立的二阶常微分方程组，其中的每一个方程式可以独立求解系统参数由若干个固有频率、阻尼率、当量刚度、当量质量、主振型等参数。多自由度系统在特定条件下，都按某一阶固有频率进行简谐振动，这种振动称为主振型二自由度系统振型6.2.3多自由度系统振动机械阻抗:线性动力学系统在各种激励的情况下，在频域内激励与响应之比K(s)=F(s)/Y(s)传递函数频率响应函数H(s)=Y(s)/F(s)H(ω)=Y(ω)/F(ω)机械系统框图机械阻抗为系统传递函数或频率响应函数的倒数K(ω)

6、=F(ω)/Y(ω)机械阻抗的倒数为频率响应，又称为机械导纳6.2.4机械阻抗的概念设激振力为ƒ(t)=F0ejωt位移阻抗速度阻抗加速度阻抗位移导纳速度导纳加速度导纳6.3振动的激励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

7、各种记录设备和频谱分析设备组成。稳态正弦激振施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，ƒ(t)=F0sinωt。随机激振优点：设备通用，可靠性较高缺点：需要较长的测定时间一般进行扫频激振，通过扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段进行稳态正弦激振获取严格的动态特性用白噪声或伪随机信号发生器作为振动的信号源进行的激振Sxy(jf)=H(jf)·Sx(jf)该方法具有快速实时的优点，但设备较复杂，价格昂贵.——带宽激振法6.3.1激振的方式瞬态激振①快速正弦扫描激振②脉冲激振③阶跃激振采用周期为T的

8、频率线性变化的正弦信号进行激励ƒ(t+T)=ƒ(t)=A0sin2π(at+b)t(0