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机械振动的测试与类型.pdf

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机械振动的测试与类型.pdf

第九章 机械振动的测试 本章要点: 1.机械振动的类型 2.振动的激励和激振器 3.测振传感器原理及选择 4.振动参数的测量 第一节 概 述 振动产生原因: (1)力的变化、零部件之间的碰撞和冲击。 如回转件不平衡、负载不均匀、润滑不良、间隙等 (2 )能量传递、存贮和释放等诱发激励振动。 振动的危害: (1)破坏机器正常工作和原有性能,如影响精度、寿命、 可靠性甚至损坏。 (2 )产生噪声,恶化环境和工作条件,危害健康。 振动的有效利用:如输送、清洗、磨削、监测等。 无论是利用振动还是防止振动,都必须确定其量值。 随着现代工业和现代科学技术的发展,对各种仪器设备 提出了低振级和低噪声的要求,这些都离不开振动的测量。 研究机械振动的意义: (1 )对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断,确保设 备安全运行及产品质量; (2 )对机械结构进行振动分析和设计,提高和改善机械设 备的抗振能力。 (3 )通过对振动信号的监测,及时对工作环境实施控制。 振动测试应用: 作为现代技术手段,广泛应用于机械制造、建筑工程、 地球物理勘探、生物及医疗等领域。 例:下图表示在某电动机生产线上,利用响应频谱 诊断技术实现电动机在线自动识别、分类的过程。 电动机的在线识别 具体检测步骤如下: (1)将装有微型加速度计的测头接触传送带上的电动机; (2 )检测电动机的振动信号,经放大器后输入FFT分析仪; (3 )将检测得的振动频谱与预先在分析仪中设定的判别谱进 行比较; (4 )进行合格与否判断,输出判断信号。 上图分别为典型的合格品与废品的振动频谱。 从图中可知,废品频谱图中往往在某一频率有较大幅值。 基本概念: 振动:狭义上讲,把具有时间周期性的运动称为振动。 广义上讲,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(如机械振动、电磁振动)。 机械振动:物体在一定位置附近作周期性往复运动。 机械振动系统: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表征。 机械振动测试的内容(两类): (1)测量设备在运行时的振动参量 目的:了解振动状态,评定振动等级和寻找振源以便进行 监测、诊断、识别及评估 (2)施加外加激励,求取被测对象的振动力学参量或动态性能 分类:振动环境模拟试验、机械阻抗试验和频率响应试验 测振 振动分 显示记 被测对象 测量电路 传感器 析仪器 录仪器 激振器 功率 信号 机械振动测试系统组成框图 放大器 发生器 机械振动测试系统的基本要求: (1)幅频特性和相频特性在测试范围内满足不失真条件; (2)注意各环节间的匹配。比如:传输环节的阻抗匹配; (3)系统稳定可靠。如防止屏蔽、接地等措施排除电磁干扰, 合理滤波排除或削弱信号干扰。 干扰 激 振 系 统 测振传感器 中间变换电路 信号发生器 功 放 振动分析仪器 显示记录 反馈控制 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 求取系统系统动态特性的一种试验方法。 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 功能:实现对被测系统的激励(输入) ,使系统发生振动。 组成:主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。 激振器是对试件施加某种预定要求的激振力,使试件受 到可控的、按预定要求振动的装置。为了减少激振器质量对 被测系统的影响,应尽量使激振器体积小、重量轻。 2) 拾振部分 功能: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) 。 组成:主要由传感器、可调放大器组成。 拾振部分是振动测量仪器的最基本部分,它的性能往往 决定了整个仪器或系统的性能。 3) 分析记录部分 功能:将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直接 进行分析处理并记下处理结果。 组成:主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。 拾振器检测到的振动信号和激振点检测到的力信号要经过适 当的分析处理,以提取出各种有用的信息。目前常见的振动分析 仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分析仪和虚拟频谱分析仪等。 a. 测振仪:振仪是用来直接指示位移、速度、加速度等振动量的 峰值、峰—峰值、平均值或均方值的仪器。 b. 频率分析仪:振动信号转换成电信号后,经中间变换电路输入 频率分析仪,手控或自动扫描就可完成所需频带的频谱分析。 c. FFT分析仪: 是以微处理器为核心、快速傅里叶变换 (FFT )算法为基础 的数字分析仪,精度高、动态范围大、功能多、性能稳定、抗干 扰能力强。 d. 虚拟频谱分析仪: 虚拟仪器的核心是具备各种功能的软件系统,通常包括计算 机图形软件,数据处理软件和显示测量结果的测试系统软件等。 当然也包括少量的仪器硬件 (例如数据采集硬件)以及将计算机 与仪器硬件相连的总线结构等。和传统的FFT分析仪相比,具有 频谱分析功能的虚拟仪器可以更加灵活地选择窗口,采样速率和 频谱二进制数,且价格低,技术更新快,具有灵活的开放功能等。 第二节 机械振动的类型 一、振动的类型及其表征参数 按振动规律分: 机械振动 确定性振动 随机振动 周期振动 非周期振动 平稳性 非平稳性 简谐振动 周期振动 准周期振动 瞬态振动 各态历经 非各态历经 按产生振动的原因分: 自由振动: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。(反映系统内部结构所有信息,是研究 强迫振动的基础) 受迫振动:系统在持续的外作用力激励下的振动 自激振动:无外部激励作用,由系统本身原因产生的振动。 1 x a (一)简谐振动(单自由度 v 0.5 无阻尼系统的自由振动) 2 4 6 8 10 12 14 t -0.5 x(t)xsin(t+

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