振动检测方法及实例教学PPT机械工程测试技术

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1、Page 110.5 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例10.5.1 10.5.1 振幅的测量方法振幅的测量方法(1)(1)读数显微镜法读数显微镜法1- 1-振动台；振动台；2- 2-支架；支架；3- 3-显微镜；显微镜；4- 4-目标；目标；5- 5-振动体振动体读数显微镜测幅装置示意图读数显微镜测幅装置示意图 简简 介介Page 2读数显微镜的目标刻划与测量读数显微镜的目标刻划与测量 以测量出振动体的位移峰值以测量出振动体的位移峰值。 读数显微镜可以测量的读数显微镜可以测量的振幅范围，主要是由读数显振幅范围，主要是由读数显微镜的放大倍数来确定。微镜的放大倍数来确定。常常用的有用

2、的有0.5m 1mm；1m 1mm；50m 50mm等几种类型等几种类型。 测量时，读数显微镜必须严格固定在不动的支架上。在测量时，读数显微镜必须严格固定在不动的支架上。在振动体上安装一个能被照亮的目标，在此目标上划一细痕，振动体上安装一个能被照亮的目标，在此目标上划一细痕，或粘上一个贴有人造彩色蛛丝的微小反射镜，也可贴上一小或粘上一个贴有人造彩色蛛丝的微小反射镜，也可贴上一小块金刚砂纸，块金刚砂纸，在灯光照射下，反射光通过读数显微镜，在灯光照射下，反射光通过读数显微镜，就可就可10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 3GZGZ型测振仪原理方框图型测振仪原理方框图 (

3、2)(2)电测法电测法 CD-1CD-1型磁电式速度传感器的输出电势正比于被测振动型磁电式速度传感器的输出电势正比于被测振动体的振动速度，体的振动速度，而且能提供比较大的测量功率。因此，针而且能提供比较大的测量功率。因此，针对配用磁电式速度传感器的对配用磁电式速度传感器的GZGZ型测振仪就型测振仪就不用设置阻抗变不用设置阻抗变换器。换器。使用积分网络即使用积分网络即可测得振动体的位移可测得振动体的位移；使用微分网；使用微分网络则络则可测得振动体的加速度可测得振动体的加速度。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 410.5.2 10.5.2 振动频率的测量方法振动频

4、率的测量方法（1 1）比较法）比较法 李萨如图形法李萨如图形法 李萨如图形法振动测量频率的框图李萨如图形法振动测量频率的框图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介!根据屏幕显示椭圆的形状来确定被测体频率。根据屏幕显示椭圆的形状来确定被测体频率。Page 5录波比较法录波比较法录波比较法测量频率的测量系统框图录波比较法测量频率的测量系统框图 把被测振动信号和时标信号把被测振动信号和时标信号（信号发生器提供一个等（信号发生器提供一个等间距的脉冲信号，称为时标信号）间距的脉冲信号，称为时标信号）一起输入到记录和分析一起输入到记录和分析仪器仪器（如计算机中的数据采集卡）的两路，（如

5、计算机中的数据采集卡）的两路，再对该两路信再对该两路信号的周期（周期的倒数是频率）进行比较，从而确定被测号的周期（周期的倒数是频率）进行比较，从而确定被测信号的频率。信号的频率。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介见图见图10-32!Page 6 (2)(2)直读法直读法 直读仪器有两种：直读仪器有两种：指针式频率计和数字式频率计指针式频率计和数字式频率计。原理：用传感器将振动信号转变成交变的电压信号，原理：用传感器将振动信号转变成交变的电压信号， 再将这一电压信号输入到频率计，便可测出其频率。再将这一电压信号输入到频率计，便可测出其频率。 直读法测频系统框图直读法测频系

6、统框图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 710.5.310.5.3同频简谐振动相位差的测量方法同频简谐振动相位差的测量方法 测量同频简谐振动测量同频简谐振动相位差的方法：相位差的方法： 线性扫描法、线性扫描法、 椭圆法、椭圆法、 利用相位计直接测量法（相位计法）利用相位计直接测量法（相位计法） 等等。 目前通用的相位计有目前通用的相位计有指针式指针式和和数字式数字式两种。两种。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 8用相位计测相位差的测量系统框图用相位计测相位差的测量系统框图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介

7、介 此时，在相位计上显示出一个相位角数值，这就是此时，在相位计上显示出一个相位角数值，这就是 通通道信号超前道信号超前 通道信号的相位角。如果振动信号是由几个频通道信号的相位角。如果振动信号是由几个频率叠加而成时，就必须作滤波处理后再进行相位测量。率叠加而成时，就必须作滤波处理后再进行相位测量。 AB 测量时，必须采用两个相测量时，必须采用两个相同型号的压电式加速度计和同型号的压电式加速度计和阻抗变换器，并用同一台测阻抗变换器，并用同一台测振仪的两路来放大信号，最振仪的两路来放大信号，最后将测振仪输出的两个信号后将测振仪输出的两个信号分别接到相位计的分别接到相位计的 和和 通道。通道。ABPa

8、ge 910.5.410.5.4机械系统固有频率的测量方法机械系统固有频率的测量方法 (1)(1)固有频率和共振频率的定义固有频率和共振频率的定义 无阻尼单自由度振动系统无阻尼单自由度振动系统 其运动方程为其运动方程为 有阻尼单自由度振动系统有阻尼单自由度振动系统 其运动方程为其运动方程为 有阻尼单自由度受迫振动（激振力为有阻尼单自由度受迫振动（激振力为 ），其稳态），其稳态运动方程为：运动方程为：sin()nxAt)(sin1teAxntn)(sintBx)(sin4)(222220tnmFntFFsin010.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 10稳态振动速度稳态

9、振动速度 稳态振动加速度稳态振动加速度位移幅值位移幅值可以推断，可以推断， 在它的极值时取得最大值，则可求在它的极值时取得最大值，则可求 的极值。的极值。于是于是解此式得解此式得)(costBx )(sin2tBx )(sin2tB2222204)(nmFBnB21B04)( 22222nddn221n10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介同理得，速度幅值的极值条件同理得，速度幅值的极值条件 加速度幅值的极值条件加速度幅值的极值条件 n221nBPage 11共振：共振：指当激振频率达到某一频率时，指当激振频率达到某一频率时， 振动的幅值达到最大的现象。振动的幅值达到最大的现

10、象。 振动的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自达到极值振动的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自达到极值（对单自由度系统来说，这里的极值就是最大值）时的频率是（对单自由度系统来说，这里的极值就是最大值）时的频率是互不相同的，只有互不相同的，只有“速度共振频率速度共振频率”等于无阻尼固有频率。等于无阻尼固有频率。 由此可见，在简谐激振力激振的条件下，可以有三种由此可见，在简谐激振力激振的条件下，可以有三种“共共振振”频率，分别称之为频率，分别称之为“位移共振频率位移共振频率”、“速度共振频率速度共振频率”、“加速度共振频率加速度共振频率”。但是，在小阻尼情况下，上述四种频。但是，在小阻尼情况下

11、，上述四种频率相差极小。率相差极小。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 12(2(2) ) “速度共振速度共振”相位判别法相位判别法“速度共振速度共振”相位判别法测量系统框图相位判别法测量系统框图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 13 根据图像来判别共振的方法可分以下两种情况：根据图像来判别共振的方法可分以下两种情况： 磁电式速度传感器判别共振磁电式速度传感器判别共振 示波器的示波器的 轴与轴与 轴上的信号分别为：轴上的信号分别为： 示波器上显示图像变化过程示波器上显示图像变化过程如右图所示。如右图所示。tFxsin0)2(si

12、n)(costBtBy222tannnxy10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介共振时是共振时是一条直线一条直线激振信号激振信号磁电速度传磁电速度传感器拾振、感器拾振、测振仪放大测振仪放大信号信号Page 14示波器的示波器的 轴与轴与 轴上的信号分别为：轴上的信号分别为：示波器上显示图像变化过程示波器上显示图像变化过程如右图所示。如右图所示。 压电式加速度传感器判别共振压电式加速度传感器判别共振 tFxsin022sin()sin()yBtBt 222tannnxy10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介共振时是共振时是一正椭圆一正椭圆激振信号激振信号压电加

13、速度压电加速度传感器拾振、传感器拾振、电荷放大器电荷放大器放大信号放大信号Page 1510.5.510.5.5阻尼的测量方法阻尼的测量方法 系统的阻尼是很难直接测量的，人们往往系统的阻尼是很难直接测量的，人们往往是通过测量是通过测量再来推算阻尼再来推算阻尼。 (1)(1)用有阻尼自由振动波形图来测量衰减系数用有阻尼自由振动波形图来测量衰减系数有阻尼自由振动波形图有阻尼自由振动波形图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 16 由波形可知其对数衰减比由波形可知其对数衰减比 为为 dTnAA31lndTAAn1ln31dT衰减振动周期衰减振动周期 振动波形图上量得振动

14、波形图上量得 、 、 三值，即可算出衰减系数比三值，即可算出衰减系数比若令若令 ，则，则当阻尼比当阻尼比 较小时较小时 1A3AdTn222ndT222122nn210.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 17 单自由度直线振动系统，阻力系数为：单自由度直线振动系统，阻力系数为： 有阻尼单自由度扭振系统，阻力系数为有阻尼单自由度扭振系统，阻力系数为 扭振系统对转轴的转动惯量扭振系统对转轴的转动惯量 nmc2nIc2I10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 18所谓振型就是振动时，系统中各质点的振幅比。所谓振型就是振动时，系统中各质点的振幅比。如

15、简支梁：其振动位移表达式为：如简支梁：其振动位移表达式为：10.5.610.5.6振型的测量方法振型的测量方法简支梁与悬臂方板的振型图简支梁与悬臂方板的振型图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例( , )( ) ( )y x tY x T t振振 型型11( )sinxY xAl222( )sinxY xAl333( )sinxY xAlPage 19下面介绍两种测量（或寻找）节点、节线的方法。下面介绍两种测量（或寻找）节点、节线的方法。(1)(1)细砂颗粒跳动法细砂颗粒跳动法 这种方法只能找到处于水平面上的节线，故适用于板类被这种方法只能找到处于水平面上的节线，故适用于板类被测振

16、动体的振型测定。测振动体的振型测定。10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例即将振动体激振，使其达到某阶共振，即将振动体激振，使其达到某阶共振，在物体表面撒上细砂粒，只要振动加速度超过重力加速度在物体表面撒上细砂粒，只要振动加速度超过重力加速度 g g ，表面上的砂粒就会跳动，集中移动到节线附近。表面上的砂粒就会跳动，集中移动到节线附近。从而显示出节线的位置和形状来。从而显示出节线的位置和形状来。Page 20(2)(2)示波器测量法示波器测量法 用示波器测振型节点的测量系统框图用示波器测振型节点的测量系统框图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例测量原理测量原理节点（节线）上

17、的位移、速度始终为零，节点（节线）上的位移、速度始终为零， 节线两边的位移、速度、加速度必反相。节线两边的位移、速度、加速度必反相。 当激振力的频率等于梁的某一阶固有频率时，当激振力的频率等于梁的某一阶固有频率时， 梁便以该阶（主）振型振动。梁便以该阶（主）振型振动。Page 21信号发生器产生的同一频率信号输入示波器的信号发生器产生的同一频率信号输入示波器的 轴，轴，将加速度传感器拾振信号通过将加速度传感器拾振信号通过测振仪输入到示波器的测振仪输入到示波器的 轴，轴，此时示波器的屏幕上出现椭圆图象。此时示波器的屏幕上出现椭圆图象。当传感器放在梁上不同位置时，示波器的椭圆图象将发生变化，当传感

18、器放在梁上不同位置时，示波器的椭圆图象将发生变化，如图所示。如图所示。10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例用示波器测振型节点的测量系统框图用示波器测振型节点的测量系统框图 xy积分成速度信号积分成速度信号Page 22 当传感器放在节点上时，椭圆变成了轴上的一条横线当传感器放在节点上时，椭圆变成了轴上的一条横线，当传感器放在节点左侧或右侧时，椭圆长轴的方位发生变化。当传感器放在节点左侧或右侧时，椭圆长轴的方位发生变化。根据上述现象，只要将传感器在梁的长度方向逐点移动，根据上述现象，只要将传感器在梁的长度方向逐点移动，便可找到节点的位置。便可找到节点的位置。图像随位置变化图形图像随位置

19、变化图形 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例Page 2310.5.710.5.7振动检测实例振动检测实例 (1)(1)轴的径向振动测量轴的径向振动测量探头安装示意图探头安装示意图 在每个测点应安装两个传感器探在每个测点应安装两个传感器探头，两个探头分别安装在轴承两边的头，两个探头分别安装在轴承两边的同一平面上，相隔同一平面上，相隔90（5）。通常将两个探头分别安装在垂直中心通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧线每一侧4545，定义为探头（水平方，定义为探头（水平方向）和探头（垂直方向）。通常从原向）和探头（垂直方向）。通常从原动机端看，动机端看， 探头应该在垂直中心线探头应该

20、在垂直中心线的右侧，的右侧， 探头应该在垂直中心线的探头应该在垂直中心线的左侧。左侧。 XY10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 24系统结构示意图系统结构示意图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 25 (2)(2)小轿车乘坐舒适性试验小轿车乘坐舒适性试验 原理：小轿车乘坐舒适性试验是通过液压激振台给汽车一原理：小轿车乘坐舒适性试验是通过液压激振台给汽车一个模拟道路状况个模拟道路状况( (也称道路谱也称道路谱) )的激励信号，使汽车处于道路行的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽车驾驶座椅处的振动加速度可以通过一个加速度传驶状态。汽车

21、驾驶座椅处的振动加速度可以通过一个加速度传感器来拾取，该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就感器来拾取，该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就可以得到汽车的振动量值与道路谱的关系，为研究汽车乘坐的可以得到汽车的振动量值与道路谱的关系，为研究汽车乘坐的舒适性提供参考数据。舒适性提供参考数据。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 26小轿车乘坐舒适性试验的原理图小轿车乘坐舒适性试验的原理图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 27(3)(3)用脉冲激励法测立式钻床振型用脉冲激励法测立式钻床振型 脉冲激励法简单方便，所用设备少脉冲激

22、励法简单方便，所用设备少, ,实验时间短，频响宽，实验时间短，频响宽，并具有一定的精度。另外脉冲激励法对被测试件不施加刚度及并具有一定的精度。另外脉冲激励法对被测试件不施加刚度及质量约束，还便于从不同方向进行激励。质量约束，还便于从不同方向进行激励。 脉冲激励法测试系统框图脉冲激励法测试系统框图 1 1立式钻床；立式钻床；2 2冲击锤；冲击锤；3 3加速度传感器；加速度传感器； 4 4电荷放大器；电荷放大器；5 5分析仪；分析仪；6 6绘图仪绘图仪10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 28立式钻床固有振型立式钻床固有振型 细实线表示未振动时钻床立柱的中心线。细实线表

23、示未振动时钻床立柱的中心线。10.3Hz10.3Hz是整机摇晃振型是整机摇晃振型; ;14.6Hz14.6Hz相当于立柱下端固定，另一端自由的一阶弯曲振动；相当于立柱下端固定，另一端自由的一阶弯曲振动； 49.5Hz 49.5Hz同样状态下的二同样状态下的二阶弯曲振动；阶弯曲振动； 70Hz 70Hz和和176Hz176Hz是主轴箱是主轴箱中点为节点时的振型，中点为节点时的振型，70Hz70Hz为一阶，为一阶，176Hz176Hz是二是二阶、阶、259Hz259Hz是更高的振型。是更高的振型。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 29 (4)(4)环境振动测量分析

24、环境振动测量分析 火车驶过时引起的地表面振动，对两旁建筑的影响，可用火车驶过时引起的地表面振动，对两旁建筑的影响，可用压电加速度传感器进行测量。压电加速度传感器进行测量。 火车引起地表振动的监测点分布图火车引起地表振动的监测点分布图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 30a a火车环境垂直振动频火车环境垂直振动频谱，测点路基谱，测点路基b b垂向振动；测点三楼垂向振动；测点三楼c c水平振动；测点路基水平振动；测点路基d d水平振动；测点二楼水平振动；测点二楼火车振动频谱图火车振动频谱图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 31 (

25、5)(5)车辆的振动测试与分析车辆的振动测试与分析 传感器布置传感器布置1 1、2 2、3 3、4 4、5-5-应变式加速度计应变式加速度计10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 32测量设备及系统测量设备及系统10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 33 5Gff Hz自功率谱图自功率谱图 由图可知，座由图可知，座椅振动的频率范围椅振动的频率范围主要在主要在3Hz3Hz以下。以下。 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 3421.5fHz凝聚函数图凝聚函数图 21.5f 表示右后轮与座椅振动之间的关系表示右后轮与

26、座椅振动之间的关系 右后轮与座椅的振右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数动之间的凝聚函数 的值都在的值都在0.20.2左右。说明左右。说明座椅的振动主要不是右座椅的振动主要不是右后轮引起的，左后轮振后轮引起的，左后轮振动对座椅振动影响也很动对座椅振动影响也很小，其凝聚函数图未再小，其凝聚函数图未再画出。画出。 21.5f10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 35 23.5ff Hz凝聚函数图凝聚函数图 23.5f表示左前轮与座椅振动之间的关系表示左前轮与座椅振动之间的关系 左前轮与座椅左前轮与座椅的振动之间的凝聚的振动之间的凝聚函数值函数值 在在(0.2 (0.2 1.

27、3Hz)1.3Hz)的的频率范围内较大，频率范围内较大，达到达到0.70.7以上，可以上，可见在这个频率范围见在这个频率范围内左前轮处振动对内左前轮处振动对座椅振动影响较大。座椅振动影响较大。 23.5f10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 36凝聚函数图凝聚函数图 24.5f表示右前轮与座椅振动之间的关系表示右前轮与座椅振动之间的关系 右前轮与座椅的右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数振动之间的凝聚函数值值 在在(0 (0 1.1Hz)1.1Hz)和和(1.6 (1.6 2.2Hz)2.2Hz)的频率范围内的频率范围内达到达到0.70.7以上，在这以上，在这两个频率范围内右前两个频率范围内右前轮处振动对座椅振动轮处振动对座椅振动影响较大。影响较大。 24.5f10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介Page 37(6)(6)大型发电机组的振动监测大型发电机组的振动监测 汽轮发电机组工况监测系统示意图汽轮发电机组工况监测系统示意图 10.5 振动检测方法及实例振动检测方法及实例简简 介介32 #作业：作业：10-3、5、8、9