第三章振动诊断的理论基础(CUMT).pptx

第三章 振动诊断的理论基础 ;;;;; 研究振动问题时，一般将研究对象(如一部机 器、一种结构)称为系统。 机械振动是指机械系统(即力学系统)中的 振动。任何力学系统，只要它具有弹性和惯 性，都可能发生振动。这种力学系统称为振 动系统。振动系统可分为两大类，离散系统 和连续系统。;把外界对系统的作用或机器自身运动产生的力，称为激励或输入； 把机器或结构在激励作用下产生的动态行为，称为响应或输出。 振动分析(理论或实验分析)就是研究这三者间的相互关系。;工程中常见???振动问题 A 机械中的振动问题 B 结构中的振动问题 C 机械加工过程中的振动问题 ; 振动诊断，就是对正在运行的机械设备或 给非工作状态的系统某种激励，测其振动响 应，对由测量响应得到的各种数据进行分析处 理，然后将结果与事先制订的某一标准进行比 较。进而判断系统内部结构的破坏、裂纹、开 焊、磨损、松脱及老化等各种影响系统正常运 行的故障。依此采取相应的对策来消除故障， 保证系统安全运行。 ;第一节 机械振动的运动学;机械振动分类： 1．按对系统的输入不同分类 (1)自由振动 系统初始干扰或原有的外激振力取消后产生的振动，即当系统的平衡被破坏后，没有外力作用而只靠其弹性恢复力来维持的振动； (2)强迫振动 系统在外力作用下被迫产生的振动； (3)自激振动 由于系统具有非振荡性能源和反馈特性，并有能源补充，而产生的一种稳定的周期性振动。;2．按系统的输出特性分类 (1) 简谐振动 振动量的时间历程为单一正弦或余弦函数的振动； (2) 非简谐周期振动 振动量为时间的周期函数，而又不是简谐振动的振动，即简谐振动之外的周期振动； (3) 瞬态振动 振动量为时间的非周期函数，且通常只在一定的时间段内发生的振动； ;;;;二、机械振动按其输出的分类描述; 2、非简谐周期振动 ;18;;;4、瞬态振动 瞬态振动属于非周期振动，是一种只在某一确定时间段内才发生的振动，可以用各种脉冲函数或衰减函数描述的振动。 ;5、随机振动 随机振动是一种非确定性振动，不能用精确的数学关系式描述，因为这种现象每次观察都是不一样的。 ;第二节 机械振动系统的建模基础 ; 通过测量(检测或监测)计算或模拟试验 求得机械系统振动的主要参数及本身结构的 动态特性，是研究各种振动问题的主要内容。 分析、计算振动特性的一般步骤应是：将 实际机械系统简化为动力学模型；计算或测定 系统的动态特性参数；根据力学模型查表，或 者建立并解出系统振动的运动方程，从而求得 所需要的振动特性及有关参数。 ;一、建立力学模型的前期准备 ;2．非线性系统的线性化 质量、弹性(刚度)、阻尼等严格地说都 与系统的运动状态成复杂的关系。但在一定 的条件下，可将这些复杂的关系简化为线性 关系，此即线性化过程。如，当位移和速度 较小时，就可以认为弹性力与位移的一次方 成正比，阻尼力与速度的一次方成正比等。; 二 振动系统力学模型的三要素及自由度 ;;3．阻尼 工程实际中的阻尼种类很多，在振动、冲击和噪声领域涉及到的主要有：粘性阻尼(线性阻尼)、干摩擦阻尼(库仑阻尼)、结构阻尼(材料内阻，也称滞延阻尼)。 （1）粘性阻尼 粘性阻尼是一种最具代表性的理想阻尼形式，在系统线性化的假设前提下，粘性阻尼力与速度成正比，而方向与速度相反，即 ; （2）干摩擦阻尼 又称库仑阻尼，根据库仑定 律，两干燥物体接触面间的摩擦力为;;;;;;;;;;4. 自由度 一个自由质点在空间的位置可以用三个直角坐标 来确定，故空间一自由质点的自由度数为3； 一个自由刚体在空间的位置可以用其上某点的三 个直角坐标及绕三个坐标轴的转角来确定，空间一 自由刚体的自由度数为6； 一个机械系统被离散化以后，其各集中质量的位 置可用某几个独立的坐标来确定，这几个独立坐标 称为广义坐标。而决定该系统位置的独立广义坐标 的数目称为自由度数。 对于离散化的集中参数系统，其自由度数目是有 限的，这种系统的运动状态需用常微分方程来描 述，常微分方程的数目应等于系统的自由度数。 ;第三节 单自由度系统的自由振动 ;一．单自由度系统的无阻尼自由振动 1．直线振动 单自由度系统的无阻尼自由振动的力学模型可用弹簧-质量系统来描述。由静平衡条件可得 ;;设初始条件为： ;;2．扭转振动 工程上还有一种需要用角位移θ作为广义坐标来表达的振动形式，即扭转振动，又称角振动。图3-11所示圆盘－直杆系统即为扭转振动的力学模型。 ;令 ;3．系统固有频率的求解 固有频率是自由振动系统的一个重要特征参量， 求解系统固有频率常用方法： (1) 能量法 当系统只