机械工程测试技术基础 课件 第10、11章 振动测试、声学测量.pptx

第10章振动测试;目录;;因此如何减小振动的影响,将振动量控制在允许的范围内,是当前急需解决的问题。但在某些情况下,振动也有可被利用的一面,例如利用振动原理研制的振动机械用于运输、夯实、捣固、清洗、脱水、时效等方面,只要设计合理,它们就有着耗能少、效率高、结构简单的特点。;机械振动测试是现代机械振动学科的重要组成部分,它是研究和解决工程技术中许多动力学问题必不可少的手段。在机械结构(尤其是那些承受复杂载荷或本身十分复杂的机械结构)的动力学特性参数(阻尼、固有频率、机械阻抗等)求解方面,目前尚无法用理论公式正确计算,振动测试则是唯一的求解方法。在设计阶段,为了提高结构的抗振能力,往往需要对结构进行种种振动试验、分析和仿真设计,通过对具体结构或相应模型的振动试验,可以验证理论分析的正确性,找出薄弱环节,改善结构的抗振性能。???外,在现代的先进工业生产中,除了要求各种机械具备低振动和低噪声的性能外,还随时需对某运行过程进行监测、诊断和对工作环境进行控制,这些技术措施也都离不开振动的测量。由此可见,振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位。;机械振动测试,用于不同目的,大致可分为两类:

1)寻找振源,减少或消除振动,即消除被测量设备和结构所存在的振动。例如在工作状态下(如切削过程中),对结构及部件进行测量和分析。测量内容通常是振动强度、频谱,亦即测出被测对象某些点的位移、速度或加速度以及振动频率和一些需要做进一步分析的信息,弄清振动状况并寻找振源,为采取有效对策提供依据,使振动得以消除或减小。或将获得的数据进行分析、处理,并与已有的标准进行比较,用以判断系统内部结构是否存在破坏、磨损、松脱等影响系统正常运行的各种故障,确定系统是否能继续运行和确定相应方案,以进行预知维修。;2)测定结构或部件的动态特性,以便改进结构设计,提高抗振能力。这是对设备或结构施加某种激振力,使其产生振动,同时测出输入(激振力)和输出(被测件)的振动信号,从而确定被测部件的频率响应,然后进行模态分析(ModelAnalysis)、谱分析和相关分析等,求得各阶模态的振动参数,进而确定被测对象的固有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数。这类试验称为机械模态试验、激振试验,或称频率响应试验。其目的是为了研究设备或结构的力学动态特性。;10.2惯性式传感器的力学模型;10.2.1惯性式测振传感器的力学模型与特性分析

1.质量块受力所引起的受迫振动;单自由度系统在质量块受力时所引起的受迫振动，其频率响应H(ω)、幅频特性A(ω)和相频特性φ(ω)为：;10.2惯性式传感器的力学模型;10.2惯性式传感器的力学模型;从图中可看出当激振频率远小于系统的固有频率(ω≤ωn)时,质量块相对基础的振动幅值为零,意味着质量块几乎跟随着基础一起振动,两者相对运动极小。而当激振频率远高于固有频率(ω≥ωn)时,A(ω)接近于1,这表明质量块和壳体之间的相对运动(输出)和基础的振动(输入)近乎相等。这表明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。该现象被广泛应用于测振仪器中。从图中还可看出,就高频和低频两频率区域而言,系统的响应特性类似于“高通”滤波器,但在共振频率附近的频率区域,则根本不同于“高通”滤波器,输出位移对频率、阻尼的变化都十分敏感。;特性分析如下:

1)在使用时,一般取ω/ωn(3~5),即传感器惯性系统的固有频率远低于被测振动的下限频率。此时其幅值A(ω)≈1,不产生畸变,φ(ω)≈180°。

2)若选择适当阻尼,可抑制ω/ωn=1处的共振峰,使幅频特性平坦部分扩展,从而扩大下限的频率。例如,当取ζ=0.7时,若允许误差为±2%,下限频率可为2.13ωn;若允许误差为±5%,下限频率则可扩展到1.68ωn。增大阻尼,能迅速衰减固有振动,对测量冲击和瞬态过程较为重要,但不适当地选择阻尼会使相频特性恶化,引起波形失真。当ζ=0.6~0.7时,相频曲线ω/ωn=1附近接近直线,称为最佳阻尼。;10.2惯性式传感器的力学模型;10.2惯性式传感器的力学模型;10.2惯性式传感器的力学模型;10.3振动测量传感器;按所测的振动性质可将传感器分为绝对式传感器和相对式传感器。绝对式传感器的输出描述被测物体的绝对振动。绝对式传感器的壳体固定在被测物体上,其内部利用弹簧-质量系统来感受振动。测振时,壳体和被测物体固接,壳体的振动视同于被测物体的振动,也即传感器的输入。壳体对传感器内质量块的相对运动量用来描述被测物体的绝对振动量并作为力学模型的输出,供有关的机-电转换元件转换成电量,成为传感器的输出,其频率响应可由表10-1查得。使用相对式传感器时,壳体和测量体分别与