1、第六章 振動的測試第一節概述第三節振動的激振第四節激振器第五節振動的測量方法及測振傳感器第六節振動的分析方法與儀器第七節機械系統振動參數的估計第八節測振裝置的校準第二節單自由度系統的受迫振動返 回一、機械的振動是工程技術和日常生活常見的現象。 在大多數的情況下，機械振動是有害的。振動常常破壞機械的正常工作，振動的動載荷使機械加快失效，降低機械設備的使用壽命身甚至導致損壞造成事故。振動也有可以被利用的一方面，如運輸、夯實、搗固、清洗、脫水、時效等。 二、機械運轉中的振動及其產生的噪聲，一般都具有相同的頻率組成。 雖然兩者傳輸方式以及各自的頻率成分之間的強度比例都不一樣，但它們的頻譜都在某中程度上

2、反映機器運行狀況，均可作為監測工況、評價運轉質量時的測試參數。三、振動測試在生產和科研的許多方面都占有重要地位。四、振動測試大致可分為兩類： 一類是測量設備和結構所存在的振動。另一類是對設備或結構施加某種激勵，使其產生振動，然后測量其振動；此類振動的目的是研究設備或結構的力學動態特性。 對振動進行測量，有時只需測出被測對象某些點的位移或速度、加速度和振動 頻率。有時則需要對所測的信號作進一步的分析和處理，如譜分析、相關分析等，進而確定對象的固有頻率、阻尼比、剛度、振型等振動參數。求出被測對象的頻率響應特性，或尋找振源，并為采取有效對策提提供依據。第一節 概述(其中c為粘性阻尼系數，k為 彈性剛

3、度，激 振力f(t)為系 統的輸入，振 動位移z為系統 的輸出)一、質量塊受力引起的受迫振動 如圖所示的單自由度系統，其質量塊m在外力 f(t)作用下的運動方程為： 求系統頻率響應H()和幅頻特性A()、相 頻特性 如下：第二節 單由度系統的受迫振動位移共振頻率、速度共振頻率和相位共振的定義 通常把頻幅曲線上幅值比最大處的頻率稱為位移共振頻率。 當 ，故 常作為 的估計值。 若輸入為力,輸出為振動速度時,則系統幅頻特性最大處的 頻率稱為速度共振頻率.(速度共振頻率始終和固有頻率相等) 從相頻曲線上可看到,不管系統的阻尼比是多少,在(/ n)=1 時位移始終落后于激振力90度,這被稱為相位共振*

4、小結：在激振頻率遠小于固有頻率時,輸出位移隨激振 頻率的變化非常小;當激振頻率大于固有頻率時 輸出位移為零,質量塊近于靜止;當激振頻率接近 固有頻率時,系統的響應特性取決于系統阻尼,并隨 頻率的變化而劇烈的變化. 小結二、由基礎運動引起的受迫振動 設基礎的絕對位移Z1，質量塊m的絕對位移為Z0如圖示： 若考察m的相對運動而上式可寫為： 可以求出頻率響應函數H()幅頻特性A()和 相頻特性()。 小結：當激振頻率遠小于系統固有頻率時質量塊相對基礎的振動為0，也就是質量塊幾乎隨著基礎一起振動；而當激振頻率遠遠高于固有頻率時，A()接近1，說明質量塊和殼體的相對運動（輸出）和基礎的振動（輸入）近似相

5、等。從而表明質量塊再慣性坐標系中幾乎處于靜止狀態。由基礎運動引起的受迫振動輸入頻率響應表7-1輸出頻率響應 幅頻特性 相頻特性 絕對速度相對速度位移速度加速度位移速度加速度基礎運動位移頻率響應幅頻特性相頻特性 速度頻率響應幅頻特性相頻特性加速度頻率響應幅頻特性相頻特性力f(t)表7-1 單自由度振動系統 的頻率響應第三節 振動的激勵激振方式的分類穩態正弦激振隨機激振瞬態激振穩態正弦激振是最普遍的激振方法，主要優點：激振功率大、信噪比高能保證測試的精確度；缺點是：測試周期長。隨機激振是寬帶激振方法.優點可以實現快速甚“實時”測試.缺點：所需設備復雜而且價格昂貴。瞬態激振也是寬帶激振方法.按照激振

6、方式的不同又可以分為:快速正弦激振脈沖激振階躍激振振動測量方法按振動信號轉換后的形式可分為：電測法、機械法、 光學法。原理見上表：第五節 振動的測量方法及測振傳感器名稱原理優缺點電測法將被測件的振動量轉化成電量,而后用電量測試儀測量靈敏度高，頻率范圍、動態范圍、和線形范圍寬。便于分析。易受電磁干擾。目前應用最廣。機械法利用光杠桿原理、讀數顯微鏡、光波干涉原理、激光多普效應和光纖等測量抗干擾能力強，頻率范圍、動態范圍、和線形范圍窄。測試時會給試件產生一定的負載效應，影響測試結果。主要用于低頻大振幅振動及扭振的測量。光學法利用光杠桿原理、讀數顯微鏡、光波干涉原理、激光多普效應和光纖等測量不受電磁干

7、擾，測量精度高，適用于對質量和體積小、不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精密測量和傳感器、測振儀的校準、定度中用的較多。拾振器 按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器分為：接觸式和非接觸式 按所測的振動性質可將拾振器分為：絕對式和相對式拾振器絕對式拾振器的輸出描述被測物體的絕對振動相對式拾振器的輸出描述測物體之間的的相對振動使用時殼體固定在被測物體上內部利用彈簧量系統感受振動。也被稱為慣性拾振器使用時其殼體和測桿分別和不同的測件聯系幾種常用的傳感器一、渦流位移傳感器二、磁電式速度計三、壓電式加速度計四、伺服式加速度計五、壓阻式加速度計六、阻抗頭七、測振傳感器的合理選用 直接測量參數的選擇

8、綜合考慮傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度 考慮具體使用的環境要求、價格、壽命、可靠性等因素。相關濾波器一、相關濾波技術測試信號參考信號或光電脈沖正交信號發生（變換）裝置低通濾波器低通濾波器坐標變換頻率測量（相乘）（積分平均）7-24 利用相關原理進行濾波的振動分析儀原理圖從式中可以看出相關濾波提取了信號x(t)中頻率與參考信號一致的成分的幅值和相位.其中T 的條件表明,只有相關處理的時長足夠長,才有可能獲得無誤的幅相信息. 變頻式(外差)跟蹤濾波器二、變頻式(外差)跟蹤濾波器100kHz晶體濾波器CCCC比相頻率測量比相晶體振蕩器參考信號量測信號相乘相乘相減C100kHz變頻式(外差)跟蹤濾波器

9、原理圖在阻尼較小時可以認為 由此可知 阻尼比可以根據振動曲線相鄰 峰值的衰減比確定。第七節 機械系統振動參數的估計一、自由振動法如圖所示單自由度系統自由振動的曲線：Z(t)由阻尼振動曲線，通過時標確定周期T，可得： 。 圖7-26阻尼衰減振動曲線a)力學模型 b)衰減振動曲線a)b)T0MiMi-1二、共振法從幅頻特性曲線進行估計 在系統阻尼小的情況下，有 所以阻尼比的估 值可為： 其中二、共振法利用相頻曲線特性進行估計當激振頻率等于固有頻率時，位移的相位角總是滯后90度。而從所測相頻曲線求得 處的斜率就可以估算阻尼比由虛、實部的表達式和圖象可知：在 處，實部為零；虛部為 因此可以確定系統的固有頻率實頻曲線在 處有最大值，而在 處有最小值。由此可 以近似估計系統的阻尼比。（ 共振法）根據位移響應的虛、實部頻率特性進行估計 單自由度振動系統的頻率響應 ：則虛、實部可寫為：圖7-28 虛頻曲線圖7-27 實頻曲線第八節 測振裝置的校準因為拾振器在生產工廠進行校準或使用一段時間后靈敏度會改變，所以在進行測量工作之前要校準。常用的校準方法有：絕對法、相對法和校準器法。一、絕對法將被校準拾振器固定在校準工作臺上，用激光干涉測振儀直接測得振動臺的振幅，在和被校準拾振器的輸出比較，以確定被校準拾振器的靈敏度絕對校準法精度較高，但因設備