第3章机械装备动态性能.ppt

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1、第3章机械装备动态性能测试与实验在振动力分析基础学习中，着重论述了振动的基本概念，提出了解决工程振动的一种方法，即理论分析计算法。利用振动系统的质量、阻尼、刚度等物理量描述了系统的物理特性，从而构成系统的力学模型。通过数学分析，求出在自由振动情况下的模态特性（固有频率、模态质量、模态阻尼、模态刚度和振型等），并在激振力的作用下求出相应的受迫振动响应特性。因此，它也被称为解决振动问题的正过程，如图所示。但对于较复杂结构的物理参数往往并不十分清楚，有些因素更难以确定，例如系统的阻尼、部件的连接刚度、边界

2、条件等等。因此，对于在实际工程中遇到的问题很难得心应手地建立一个符合实际的力学模型，对于初学者来说，会遇到更大的困难。解决振动的另一种方法是实验方法，它是第一种方法的逆过程，如图所所示。它主要是通过某种激励方法，使实验对象产生一定的振动响应，继而通过测振仪器直接测量出激励力与系统振动的响应特性，例如：位移、速度、加速度等函数的时间历程。然后通过模拟信号分析或数字信号分析得到系统的模态特性。若利用模态坐标的逆变换，便可获得系统的物理特性。用实验方法解决振动问题经历了半个世纪的发展过程，直到70年代以后，

3、振动测试技术才进人一个重要的发展时期。在这一时期，由于计算机的快速发展以及快速傅里叶变换的普遍应用，各种基于数字信号处理原理的频率分析仪以及以计算机为核心的多功能信号分析软件大量涌现，从而大大加强了对工程振动信号的时域及频域分析功能。由于有关软件功能的不断完善，在测试过程中只要掌握振动理论，并熟悉有关仪器、设备的工作原理以及操作步骤和要求，根据激励和响应的关系，就能很容易地通过计算机软件进行模态分析而得到各阶振动模态特性。因此它是一种解决工程振动问题的好方法。随着科学技术的发展，它己成为一门多科性学科

4、，并深人到科技和生产领域成为解决结构设计、设备运行和产品试制中有关振动问题的必不可少的手段。因此，掌握工程振动测试技术是十分必要的。通用的机械振动测试系统框图第1节振动测试的基本知识一、工程振动中的被测参数工程振动测试的主要参数有：位移、速度、加速度、激振力、振动频率和振幅等。按照描述振动规律的特点，可将振动分为确定性振动和随机振动两大类，其中确定性振动又分为简谐振动、复杂周期振动和准周期振动。1、简谐振动中的测试参数位移、速度和加速度为时间谐和函数的振动称为简谐振动，这是一种最简单最基本的振动。其函

5、数表达式为：在测量中，振动测试参数的大小常用其峰值、绝对值和有效值来表示。峰值是指振动量在给定区间内的最大值均值是振动量在一个周期内的平均值有效值即均方根值它们从不同的角度反映了振动信号的强度和能量。在测量仪表上，峰值一般用Peak-peak（峰一峰）表示，而有效值则用RMS（Rootmeansquare）表示。位移绝对平均值表达式位移有效值表达式它反映了振动的能量或功率的大小对于简谐振动，其位移峰值就是它的幅值A峰值与有效值之比，称为波峰系数或波峰指标。简谐振动的波峰系数位移的有效值有效值与均值之比

6、，称为波形系数。对于简谐振动，其波形系数波峰系数和波形系数反映了振动波形的特征，是机械故障诊断中常用来作为判据的两个重要指标。在振动测试过程中，除了振幅、振动频率、振动周期之外，衰减系数或阻尼系数。也是一个重要的特征量，且只能通过振动测试求出2、复杂周期振动中的测试参数复杂周期振动是由一系列频比为有理数的简谐振动叠加而成。当自变量增加到某一定值时，其函数值又恢复到同一个值的振动，所以又简称为周期振动，用周期性函数表示为式中，T为周期，．f1称为基频复杂周期振动可以按如下公式展开为傅里叶级数两个或两个以

7、上的无关联的周期性振动的混合，称为准周期性振动其特点是各频率之比不为有理数。其表达式为：3、准周期振动中的测试参数该式虽由三个简谐振动叠加而成，但不是周期性函数（基本周期无限长）；但经测试而得到的频谱仍然为离散谱。例如：4、非周期振动中的测试参数若描写机械振动量随时间变化的曲线是非周期的，就称这种振动为非周期振动。为了进一步分析非周期振动，频谱分析法仍是十分有效的方法。非周期振动的频谱分析法与周期振动的频谱分析法基本思想类似，不同之点是周期振动的频谱分析法是基于傅里叶级数展开，而非周期振动的频谱分析法

8、则基于傅里叶积分。两种方法统称为频谱分析法。二、工程振动测试及信号分析的任务1、对振动参数很清楚的系统，若已知激振力列阵及被测试系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，便可求出振动的位移列阵、速度列阵及加速度列阵。这就是用测量的方法求系统的响应。这是振动力学中的正问题。对工程振动测试的主要要求是，在已知激振力的作用下，通过振动测试求出振动的位移列阵、速度列阵和加速度列阵。如果激振力列阵与系统实际工作时的情况一致或十分近似，通过测试即可弄清机器在实际工作时的振