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第十一章 机械振动测试 第一节 概述 振动是自然界、工程技术领域和日常生活中普遍存在的现象，诸如声、光、热、电等物理现象 以及天体运动、地震、波浪、道路起伏以至生物的一些生理活动等。机械振动是指某些物理量或运 动参数，如位移、速度、加速度等的强度，相对给定的参考坐标系随时间变化，与其平均值或平衡 位置相比，时大时小交替变化的现象。一般指周期性运动，最简单和最基本的例子是简谐运动。但 是对于非周期性的运动，即使是瞬态的单个冲击脉冲、冲击脉冲串和随机运动，由于它们在一定程 度上是简谐运动的复合或它们激励起运动的振荡性，因此亦属振动范畴。 在工程技术领域，经常遇到大量的机械振动问题。这是因为在各种机器、仪器和设备中存在着 作旋转和往复等各种运动的机构和零件，它们都是具有质量的弹性体。在运动时，由于不可避免的 原因，如旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构的各向不等刚性、表面质量和润滑不良、间隙、缺 陷等，而引起受力的变动、碰撞和冲击；在使用、运输和外界环境条件下，能量的传递、存储和释 放都会诱发或激励产生机械振动。因此几乎所有的机器、仪器和设备都不可避免地有振动现象。 一、机械振动的危害 一般情况下，机器、仪器和设备中的机械振动达到一定量级时便是有害的。 1）使构件的内应力增加，承受动力载荷或重复载荷，导致磨损、疲劳和缩短寿命。当振动频率 与构件的固有频率重合时会发生共振，产生十分剧烈的振动和严重过载，使机器和设备不能工作， 甚至破坏。在工程史上曾发生过大量由于振动而造成的严重破坏事故。现代运动机械的故障中由于 振动引起的仍高达 60~70% 。航空工程中的断裂由60~80%是由疲劳引起的。 2）机械振动消耗能量，降低效率。 3）影响机器和设备，特别是精密仪器、设备的工作性能，造成误差以致不能工作。如环境振动 激发仪表指针颤动造成读数误差。 4）机械振动会通过连接的构件和机座使地面振动，从而扰动周围和邻接的其他设备。 5）机械振动直接或通过介质伴生噪声，恶化环境和劳动条件，危害人们的情绪和健康，成为现 代严重的污染公害之一。 因此，随着现代化设备向高速、精密、高效、可靠、轻型、低噪声和自动化等方向发展，特别 是军工、动力、能源、交通、运输等重要部门都对机械振动问题给予十分重要的关注，在设计、制 造、试验、监控和研究过程中对整机和重要零部件都要进行振动计算、分析和试验。 二、机械振动的益处 然而机械振动也有有利的一面，人们有目的地造成可控制的机械振动来为科学技术服务。例如 利用振动减摩的精密轴承，振动磨削、抛光、清洗和焊接，振动传输、筛选、上料以至治疗等。通 过振动可对机器设备进行故障诊断和监测。对于测量和仪器领域，振动还具有下列特殊的重要作用。 1) 振动技术已被用作许多测量仪器的工作原理，如调制信号的振子，钟表的擒纵机构，振动陀 - 157 - 螺，振弦、振膜、振筒、振梁式各种传感器，动平衡仪。此外，利用振动还可测定材料的弹性模量、 阻尼和转动模量，进行探伤和地质矿产勘查等。 2）机械振动理论是动态测试仪器设计和性能研究的重要基础之一。仪器的性能指标，如频率响 应、动态误差、稳定性等都是根据振动理论分析得出的。 三、机械振动测试内容 机械振动测试的内容可以归纳为下列两类。 1）被测对象观测点上的振动参量测试和特征量分析，目的是了解被测对象的振动状态，评定振 动量级和寻找振源，以及进一步进行监测、识别、诊断和预估。 2）被测对象的振动动力学参量或动态性能测试，如固有频率、阻尼、阻抗、响应等。往往采用 某种特定形式的振动信号激励被测对象产生受迫振动，同时测定输入激励和输出响应。 第二节 振动的类型及动态特性 一、振动的类型 振动是自然界广泛存在的一种运动形式，其分类方法很多，主要类型及其特征列于表 11-1。 表 11-1 机械振动的类型 分类依据 名称 主要特征 振动系统偏离其平衡位置时，仅依靠其弹性力维持的振动。其振动的频率