振动测量(振动、位移)课件.ppt
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- 振动 测量 位移 课件
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1、第第7 7章章 振动的测量振动的测量7.1 振动基础振动基础7.2 振动的激励振动的激励7.3 振动测量传感器振动测量传感器7.4 位移的测量位移的测量机械振动是普遍存在的物理现象机械振动是普遍存在的物理现象 如:旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、结构刚度如:旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、结构刚度各向异性、对中不良、润滑不良、支撑松动等各向异性、对中不良、润滑不良、支撑松动等 振动振动 机械振动大多数情况下有害机械振动大多数情况下有害:破坏机器正常工作,降低破坏机器正常工作,降低其性能,缩短其使用寿命,甚至机毁人亡;其性能,缩短其使用寿命,甚至机毁人亡;机械振动还伴随着产生同频率的噪声,恶
2、化环境和劳动机械振动还伴随着产生同频率的噪声,恶化环境和劳动条件,危害人们的健康;条件,危害人们的健康;振动也能被利用来完成有益的工作,如上料、运输等。振动也能被利用来完成有益的工作,如上料、运输等。振动测试的目的,归纳起来主要有以下几个方面:振动测试的目的,归纳起来主要有以下几个方面:(1)(1)检查机器运转时的振动特性,以检查机器运转时的振动特性,以检验产品质量检验产品质量;(2)(2)测定机械系统的动态响应特性,并为产品的改进设计测定机械系统的动态响应特性,并为产品的改进设计提供依据,提供依据,进行振动设计进行振动设计;(3)(3)分析振动产生的原因,分析振动产生的原因,寻找振源寻找振源
3、,以便有效地采取减,以便有效地采取减振和隔振措施;振和隔振措施;(4)(4)对运动中的机器进行对运动中的机器进行故障监控故障监控,以避免重大事故。,以避免重大事故。目的目的一般来讲,振动研究就是对一般来讲,振动研究就是对“机械系统机械系统”、“激励激励”和和“响应响应”三者已知其中两个,再求另一个的问题。三者已知其中两个,再求另一个的问题。振动研振动研究究可分为以下三类:可分为以下三类:(1)(1)振动分析振动分析,即已知激励条件和系统的振动特性,欲求,即已知激励条件和系统的振动特性,欲求系统的响应;系统的响应;(2)(2)系统识别系统识别,即已知系统的激励条件和系统的响应,要,即已知系统的激
4、励条件和系统的响应,要确定系统的特性,这是系统动态响应特性测试问题;确定系统的特性,这是系统动态响应特性测试问题;(3)(3)环境监测环境监测,即已知系统的振动特性和系统的响应,欲,即已知系统的振动特性和系统的响应,欲确定系统的激励状态,这是寻求振源的问题。确定系统的激励状态,这是寻求振源的问题。振动测试内容:振动测试内容:测量机器或结构在工作状态下的振动测量机器或结构在工作状态下的振动掌握被测对象的运行状态掌握被测对象的运行状态状态监测、故障诊断状态监测、故障诊断环境控制、等级评定环境控制、等级评定 对机械设备或结构施加某种激励,测量其受迫振动对机械设备或结构施加某种激励,测量其受迫振动获得
5、被测对象的动态性能:固有频率、阻尼、响应、模获得被测对象的动态性能:固有频率、阻尼、响应、模态等态等找出薄弱环节,通过改进设计提高其抗振能力找出薄弱环节,通过改进设计提高其抗振能力轿车的乘坐舒适性试验框图轿车的乘坐舒适性试验框图第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识分类分类振动振动 :在一定条件下,振动体在其平衡位置附近:在一定条件下,振动体在其平衡位置附近随时间作来回往复变化的运动。随时间作来回往复变化的运动。第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识振动信号三要素:振动信号三要素:1)幅值:幅值:振动体离开其平衡位置的最大位移,是振动体离开其平衡位置的最大位移,是振动强度的标振动强度的
6、标志志,它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。,它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。2)频率:频率:不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小,从而寻找振源,采析可以确定主要频率成分及其幅值大小,从而寻找振源,采取相应的措施。取相应的措施。3)相位相位第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识 xtATmfkx(t)sin()(tAtx质量质量 弹簧系统的运动弹簧系统的运动 简谐振动简谐振动是最基本的周期运动,各种不同的周期运动是最基本的周期运动,各种不同的周期运动都可以用无穷个不同频率的简谐
7、运动的组合来表示。其运都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。其运动规律可用简谐函数表示为动规律可用简谐函数表示为第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识sin()xAt位移位移dcos()dxvAtt速度速度22dsin()dvaAtxt 加速度加速度第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识 在位移、速度和加速度三个参量中,在位移、速度和加速度三个参量中,测出其中之测出其中之一即可利用积分或微分求出另两个参量一即可利用积分或微分求出另两个参量。超前90超前180在振动测量时,应合理选择测量参数在振动测量时,应合理选择测量参数:振动位移是研究振动位移是研究强度和变形强度和变形的重要依
8、据;的重要依据;加速度与作用力或载荷成正比,是研究加速度与作用力或载荷成正比,是研究动力强度和疲劳动力强度和疲劳的重的重要依据;要依据;速度决定了速度决定了噪声噪声的高低,人对机械振动的敏感程度在很大频的高低,人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度与能力和功率有关,决定了力率范围内是由速度决定的。速度与能力和功率有关,决定了力的动量。的动量。第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识单自由度系统的受迫振动单自由度系统的受迫振动 为了正确理解机械振动测试和分析技术的概念,我们讨论为了正确理解机械振动测试和分析技术的概念,我们讨论单自由度系统单自由度系统在两种不同激励下的响应。
9、在两种不同激励下的响应。质量块受力产生的受迫振动质量块受力产生的受迫振动:传感器安装在某一固定点,:传感器安装在某一固定点,以该点为参考点,测量物体对参考点的相对运动,相应的传以该点为参考点,测量物体对参考点的相对运动,相应的传感器称为相对式传感器。感器称为相对式传感器。基础运动所引起的质量块受迫振动基础运动所引起的质量块受迫振动:传感器安装在试件上,:传感器安装在试件上,以大地为参考基准,测量振动物体相对于大地的绝对振动,以大地为参考基准,测量振动物体相对于大地的绝对振动,相应的传感器称为绝相对式相应的传感器称为绝相对式(惯性式惯性式)传感器。传感器。mkc第一节第一节 振动的基础知识振动的
10、基础知识在外力在外力 f(t)的作用下,质量块的作用下,质量块 m 的运动方程为:的运动方程为:1)1)质量块受力产生的受迫振动质量块受力产生的受迫振动第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识n 当激振力频率当激振力频率远小于远小于固有频率固有频率时,输出位移随激振频率的变时,输出位移随激振频率的变化十分小,几乎和化十分小,几乎和“静态静态”激激振力所引起的位移一样。振力所引起的位移一样。n 当激振频率当激振频率远大于远大于固有频率时,固有频率时,输出位移接近于零,质量块近输出位移接近于零,质量块近于静止。于静止。n 当激振频率当激振频率接近接近系统固有频率系统固有频率时,系统的响应特性主要
11、取决时,系统的响应特性主要取决于系统的阻尼,并随频率的变于系统的阻尼,并随频率的变化而剧烈变化。化而剧烈变化。A()/dB()/n第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识2)2)基础运动产生的受迫振动基础运动产生的受迫振动2001012()()0d zdmczzk zzdtdt 在许多情况下,振动系统的受迫振动是由基础的运动引起的。设基础的绝对在许多情况下,振动系统的受迫振动是由基础的运动引起的。设基础的绝对位移为位移为 z1,质量块质量块 m 的绝对位移为的绝对位移为 z0,则质量块则质量块 m 的运动方程为的运动方程为:0101zzz22010110122d zdzd zmckzmdtd
12、tdt 质量块 m 的相对位移第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识1.当当n,z01-z1,z0 0,质量块几乎处于静止状态。,质量块几乎处于静止状态。工程中的振动问题工程中的振动问题,可用可用弹簧弹簧阻尼阻尼质量块质量块构成的单自由度构成的单自由度振动系统模型来描述。振动系统模型来描述。第一节第一节 振动的基础知识振动的基础知识 在振动测量中,在很多场合需运用在振动测量中,在很多场合需运用激振设备激振设备使被测试的使被测试的机械结构产生振动,然后进行振动测量。例如:机械结构产生振动,然后进行振动测量。例如:(1)(1)研究结构的动态特性研究结构的动态特性,确定结构模态参数,如固有频,确
13、定结构模态参数,如固有频率、振型、动刚度、阻尼等;率、振型、动刚度、阻尼等;(2)(2)产品环境试验产品环境试验,即一些机电产品在一定振动环境下进,即一些机电产品在一定振动环境下进行的耐振试验,以便检验产品性能及寿命情况等;行的耐振试验,以便检验产品性能及寿命情况等;(3)(3)拾振器及测振系统的拾振器及测振系统的校准试验校准试验。在这些场合,激振设。在这些场合,激振设备都是不可缺少的设备。备都是不可缺少的设备。第二节第二节 振动的激励振动的激励 振动的振动的激励方式激励方式通常有稳态正弦激振、随机激振和瞬态通常有稳态正弦激振、随机激振和瞬态激振三种。激振三种。1.1.稳态正弦激振稳态正弦激振
14、 稳态正弦激振又称简谐激振,它是借助于激振设备对被稳态正弦激振又称简谐激振,它是借助于激振设备对被测对象施加一个测对象施加一个频率可控频率可控的简谐激振力。的简谐激振力。是一种应用最为是一种应用最为普遍的激振方法普遍的激振方法。在进行稳态正弦激振时,一般进行扫频激振,通过扫频在进行稳态正弦激振时,一般进行扫频激振,通过扫频激振获得系统的大概特性,而在靠近固有频率的重要频段激振获得系统的大概特性,而在靠近固有频率的重要频段再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。第二节第二节 振动的激励振动的激励2.2.随机激振随机激振 随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作
15、为信号源。随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源。3.3.瞬态激振瞬态激振 瞬态激振给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号,瞬态激振给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号,一次激励,可同时给系统提供频带内各个频率成分的能量一次激励,可同时给系统提供频带内各个频率成分的能量使系统产生相应频带内的频率响应。测试设备简单,灵活使系统产生相应频带内的频率响应。测试设备简单,灵活性大,故常在生产现场使用。目前常用的瞬态激振方法有性大,故常在生产现场使用。目前常用的瞬态激振方法有快速正弦扫描快速正弦扫描、脉冲锤击脉冲锤击和和阶跃激励阶跃激励等方法。等方法。第二节第二节 振动的激励振动的激励激振器
16、激振器 激振器是对试件施加激振力,激起试件振动的装置。激振器是对试件施加激振力,激起试件振动的装置。常用的激振器有电动式常用的激振器有电动式电磁式和电液式三种。电磁式和电液式三种。1)1)电动式激振器电动式激振器第二节第二节 振动的激励振动的激励2)2)电磁激振器电磁激振器1底座 2铁心 3励磁线圈 4力检测线圈 5被测对象 6电容位移传感器第二节第二节 振动的激励振动的激励应用应用磁力轴承激振试验磁力轴承激振试验第二节第二节 振动的激励振动的激励3)3)电液激振器电液激振器1顶杆 2电液伺服阀 3活塞 4力传感器第二节第二节 振动的激励振动的激励振动测量分类振动测量分类 按测量原理分:按测量
17、原理分:测量振动的方法按振动信号的转换方式可分为测量振动的方法按振动信号的转换方式可分为电测法电测法、机械法机械法和和光学法光学法。目前,应用最广的是电测法。目前,应用最广的是电测法。按测振参数分:按测振参数分:位移传感器位移传感器 速度传感器速度传感器 加速度传感器加速度传感器 测振传感器测振传感器(拾振器拾振器)是将被测对象的机械振动量是将被测对象的机械振动量(位移、位移、速度或加速度速度或加速度)转换为与之有确定关系的电量转换为与之有确定关系的电量(如电流、电如电流、电压或电荷压或电荷)的装置。的装置。第三节第三节 振动测量传感器振动测量传感器第三节第三节 振动测量传感器振动测量传感器
18、按变分原理分:按变分原理分:磁电式磁电式 magnetoelectric 压电式压电式 piezoelectric 电阻应变式电阻应变式 resistance strain gauge 电感式电感式 inductance 电容式电容式 capacitance 光学式光学式 optical 按按传感器与被测物关系分传感器与被测物关系分:接触式接触式传感器有磁电式、压电式及电阻应变式等。传感器有磁电式、压电式及电阻应变式等。非接触式非接触式传感器有电涡流式和光学式等。传感器有电涡流式和光学式等。按参考坐标分:按参考坐标分:相对式相对式传感器:以空间某一固定点作为参考点,测量物传感器:以空间某一固定
19、点作为参考点,测量物体上的某点对参考点的相对振动。体上的某点对参考点的相对振动。绝对式绝对式传感器:以大地为参考基准,即以惯性空间为基传感器:以大地为参考基准,即以惯性空间为基准,测量振动物体相对于大地的绝对振动,又称惯性式准,测量振动物体相对于大地的绝对振动,又称惯性式传感器。传感器。第三节第三节 振动测量传感器振动测量传感器 电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体(导电体)电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体(导电体)间的间隙变化来测量物体的振动和静位移。间的间隙变化来测量物体的振动和静位移。工作原理工作原理?涡流式位移传感器涡流式位移传感器第三节第三节 振动测量传感器振动测量传
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