《工程测试与信号处理》课程教学课件（讲稿）第九章 振动测试

工程测试与信号处理振动测试

工程测试与信号处理 振动测试

第一节概述机械振动是工业生产和日常生活中极为常见的现象。机械振动测试是现代机械振动学科的重要组成部分。机械振动测试用于不同自的，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在的振动。测量内容通常是振动强度、频谱，即测出对象某些点的位移、速度、加速度、振动频率等信息，弄清振动状况并寻找振源，以便采取有效措施，减小或消除振动。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。通过对设备或结构施加激振，测出输入、输出信号，确定被测对象的频率响应，然后进行模态分析、谱分析、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、激振试验或频率响应试验。目的是为了研究设备或结构的力学动态特性

2 第一节 概述 机械振动是工业生产和日常生活中极为常见的现象。 机械振动测试是现代机械振动学科的重要组成部分。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 所在的振动。测量内容通常是振动强度、频谱，即测出对象 某些点的位移、速度、加速度、振动频率等信息，弄清振动 状况并寻找振源，以便采取有效措施，减小或消除振动。 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。通过对设备或结构施加激振，测出输入、输出信 号，确定被测对象的频率响应，然后进行模态分析、谱分析、 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、激振试验或频率响应试验。目的是为了研 究设备或结构的力学动态特性

1第一节#概述机械振动测试系统组成框图显示记振动分测振传感器被测对象测量电路录仪器析仪器激振器信号发生器功率放大器

第一节 概述 机械振动测试系统组成框图

第二节机械振动的类型及其表征参数>按振动产生的原因分：自由振动：当振动系统偏离其平衡位置时，仅依靠其弹性恢复力维持振动。其振动的频率即为系统的固有频率。当存在有阻尼时，其振动将逐渐减弱。受迫振动：在外部的激振力的持续作用下，系统被迫产生振动。振动的特性与外部激振力的大小、方向、频率有关。自激振动：在无外部激振力的作用情况下，由于系统本身原因而产生的振动

第二节 机械振动的类型及其表征参数 ÿ按振动产生的原因分： 自由振动：当振动系统偏离其平衡位置时，仅依靠其弹性恢 复力维持振动。其振动的频率即为系统的固有频率。当存在 有阻尼时，其振动将逐渐减弱。 受迫振动：在外部的激振力的持续作用下，系统被迫产生振 动。振动的特性与外部激振力的大小、方向、频率有关。 自激振动：在无外部激振力的作用情况下，由于系统本身原 因而产生的振动

第二节机械振动的类型及其表征参数>按振动产生的规律分：简谐振动：能用一正弦或余弦函数来描述其运行规律的周期振动。是一种简单而又是最基本的周期振动。其幅值相位随时间变化并可预测。周期振动：指每隔相同时间间隔，运动自身确定地重复着的振动。通过傅里叶级数的展开可将其分解为若干个简谐振动。非周期振动：量值随时间而非周期变化的振动（一般称之为瞬态振动）。随机振动：不能用确定数学式描述其运动规律的振动。它的幅值、相位、频率事先无法精确地判断，只能用统计方法来加以估计

第二节 机械振动的类型及其表征参数 ÿ按振动产生的规律分： 简谐振动：能用一正弦或余弦函数来描述其运行规律的周期 振动。是一种简单而又是最基本的周期振动。其幅值相位随 时间变化并可预测。 周期振动：指每隔相同时间间隔，运动自身确定地重复着的 振动。通过傅里叶级数的展开可将其分解为若干个简谐振动。 非周期振动：量值随时间而非周期变化的振动（一般称之为 瞬态振动）。 随机振动：不能用确定数学式描述其运动规律的振动。它的 幅值、相位、频率事先无法精确地判断，只能用统计方法来 加以估计

第二节机械振动的类型及其表征参数>按振动系统的结构参数的特性分线性振动：系统的惯性力、阻尼力、恢复力分别与加速度、速度、位移成线性关系，常用线性微分方程式来描述其运动规律的振动。非线性振动：系统的惯性力、阻尼力、恢复力分别具有非线性性质，只能用非线性微分方程式描述其运动规律的振动。>按振动系统的自由度分单自由度振动：只需一个独立坐标就能确定其运动位置的振动。多自由度振动：需要多个独立坐标才能确定其运动位置的振动

第二节 机械振动的类型及其表征参数 ÿ按振动系统的结构参数的特性分 线性振动：系统的惯性力、阻尼力、恢复力分别与加速度、 速度、位移成线性关系，常用线性微分方程式来描述其运动 规律的振动。 非线性振动：系统的惯性力、阻尼力、恢复力分别具有非线 性性质，只能用非线性微分方程式描述其运动规律的振动。 ÿ按振动系统的自由度分 单自由度振动：只需一个独立坐标就能确定其运动位置的振 动。 多自由度振动：需要多个独立坐标才能确定其运动位置的振 动

第二节机械振动的类型及其表征参数按时间历程性质分：机械振动确定性振动随机振动周期振动平稳性非周期振动非平稳性复合周期振动各态历经简谐振动瞬态振动准周期振动非各态历经

按时间历程性质分： 第二节 机械振动的类型及其表征参数

中推第二节机械振动的类型及其表征参数1.简谐振动23x,U,auptuxwaT简谐振动波形图1一位移曲线2一速度曲线3一加速度曲线

简谐振动波形图 1—位移曲线 2—速度曲线 3—加速度曲线 第二节 机械振动的类型及其表征参数 1.简谐振动

4第二节机械振动的类型及其表征参数振动位移： x(t)= xm sin(ot +β)dx元振动速度：1wxm cos(ot +p)= Vm sin ot +@+v(t) =二2dtd2x振动加速度：-の2xm sin(ot +)=-am sin(ot +β+元)a(t)d’t简谐振动的位移、速度、加速度的波形和频率都为一定，且幅值和相位相互关联，只要测出位移、速度、加速度和频率这四个参数中的任意两个，便可推算出其余两个参数。位移是研究强度和变形的重要依据；加速度与作用力或载荷成正比，是研究疲劳和动力强度的重要依据；速度决定了噪声高低，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。速度又与能量和功率有关，并决定了力的动量。评定机器安全的国际振动烈度标准便是根据振动的极限速度制定的。频率则是寻找振源和分析振动的主要依据

第二节 机械振动的类型及其表征参数 ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 ( ) sin  ( ) cos sin  2  ( ) sin sin m m m m m x t x t  dx v t x t v t  dt  d x a t x t a t  d t w j p w w j w j w w j w j p = + Ê ˆ = = + = + + Á ˜ Ë ¯ = = - + = - + + 振动位移： 振动速度： 振动加速度： 简谐振动的位移、速度、加速度的波形和频率都为一定，且幅 值和相位相互关联，只要测出位移、速度、加速度和频率这四 个参数中的任意两个，便可推算出其余两个参数。 位移是研究强度和变形的重要依据；加速度与作用力或载荷成 正比，是研究疲劳和动力强度的重要依据；速度决定了噪声高 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。速度又与能量和功率有关，并决定了力的动量。评定机器 安全的国际振动烈度标准便是根据振动的极限速度制定的。频 率则是寻找振源和分析振动的主要依据

第二节机械振动的类型及其表征参数福2.复合周期振动指由两个或两个以上的频率之比为有理数的简谐振动复合而成例：内燃机活塞加速度波形曲线和频谱图0a=2JOT7f。2fofb)a)1一实际曲线2一基波曲线3一谐波曲线2

第二节 机械振动的类型及其表征参数 2.复合周期振动 指由两个或两个以上的频率之比为有理数的简谐振动复合而成 1—实际曲线 2—基波曲线 3—谐波曲线 例：内燃机活塞加速度波形曲线和频谱图