安全检测与控制技术 教学课件 作者 张斌 主编 徐宏 陆春荣 副主编振动检测.ppt

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1、振动检测1概述机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。各种机器、仪器和设备在其运行时，由于诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起力的变化、各部件之间的碰撞和冲击，以及由于使用、运输和外界环境条件下能量的传递、存储和释放等都会诱发或激励机械振动。在大多数情况下，机械振动是有害的。振动往往会破坏机器的正常工作和原有性能，振动的动载荷使机器加快失效、缩短使用寿命，甚至导致设备损坏，造成安全事故。机械振动产生的噪声，致使环境和劳动条件恶化，危害人们的健康，成为现代社会的一

2、种公害。随着现代工业技术的发展，对各种机械设备提出了低振动和低噪声的要求。尽管振动的理论研究已经发展到很高的水平，但是实际所遇到的振动问题非常复杂，结构中的许多参数，如阻尼系数、边界条件等要通过实验来确定。对于现有的机械或结构，为改善其抗震性能，也要测量振动的强度(振级)、频谱甚至动态响应，以了解振动的状况，寻找振源，采取合理的减振措施(如隔振、吸振、阻振等)。因而振动的测试在生产和科研的许多方面占有重要的地位。振动测试大致有两方面内容。(1)振动基本参数的测量。测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位。其目的是了解被

3、测对象的振动状态，评定振动量级和寻找振源，以及进行监测、识别、诊断和评估。(2)结构或部件的动态特性测量。以某种激振力作用在被测件上，对其受迫振动进行测试，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗、响应和模态等。这类测试又可分为振动环境模拟试验、机械阻抗试验和频率响应试验等。2振动测量的类型为了研究与认识振动，进而控制振动，首先必须区分振动的不同类别。从测量的观点出发，按振动量随时间的变化规律将振动分为简谐振动、周期振动、脉冲式振动和随机振动四大类。各类振动具有其不同的特点与参数。2．1简谐振动很多机械在

4、受到简谐干扰力之下都会产生受迫振动，这些自由振动和简谐力激励出的振动，都是简谐振动。简谐振动的振动量随时间的变化规律如P、227图10—1所示。简谐振动可用下式表达(10—1)式中A—位移振幅，m或mm；vm—速度振幅，m／s或mm／s；am—加速度振幅，m/s2或mm/s2，或g；ω—振动角频率，其单位为rad／s；0—初相位角，其单位为弧度。振动的一周期T对应于正弦函数中的相位角增加2，即有可得（10—2）及（10—3）由式(10—1)可见，在t=0时，有幅值由此二式得（10—4）由此可知，简谐振动的位移、速度和加速度的波形

5、和频率都为一定，其速度和加速度的幅值与频率有关。在相位上，速度超前位移／2，加速度亦超前速度／2。对于简谐振动，只要测定出位移、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。2．2周期振动实际的机械振动，往往不是单一的简谐振动，如二滚动轴承上支持着一根轴，轴上有几只齿轮，当这一部件运转时，便会产生多个简谐振动。尽管这些简谐振动(来自轴承环、滚动体、轴、齿轮及轮齿啮合)有不同的频率和初相位，但叠加起来后仍然是有一定周期的振动，如P、228图10—2所示。对于周期振动，振幅x及频率f，不能完全揭示其本质，还要通过

6、模拟量频谱分析或数字量频谱分析，才能分清其中的各个频率以及各频率成分的多少。P、228图10—3便是功率频谱图，由图可见，此周期振动共含有f1，f2，f3及f4四种频率的简谐振动，其纵坐标是功率，由图中谱线长短可知，频率为f2的振动最强，频率为f4的振动最弱。当二简谐振动的频率非常接近时，合成的周期振动将出现“拍”的现象。因为有二者叠加得（10—5）此时因此合成的振动频率是二组成分频率的平均值，而振幅则随时间呈周期性变化，其周期可由式(10—6)求得：(10—6)在研究周期振动时，如果出现拍的波形，在作频谱分析时要求有较高的频率

7、分辨率。实际工作中，两个或几个不相关联的周期振动混合作用时，便会产生这种振动。2．3脉冲式振动瞬态振动是不具备完整周期性的振动，其时间历程往往十分短暂。在工程中如爆炸、机械碰撞、落锤、敲击、金属加工中的断续切削等，都会发生脉冲式振动。脉冲波形如P、228图10—4所示。表征脉冲的特征量，除脉冲高度xmax外，还有脉冲持续时间，亦即脉宽b。实际的脉冲振动，其频谱分布于0～fｃ的范围内，如P、228图10—5所示。脉宽越宽频谱分布范围越窄。由于脉冲包含着从0～fｃ范围内的所有频率成分的振动，如果受到脉冲的机械、机构或零件具有在0～f

8、ｃ范围内的某一固有频率，就会被激发起共振。2．4随机振动确定性振动系统受到随机力的激励；或者是具有随机变化特性的系统受到确定性力的激励；或者是具有随机变化特性的系统受到随机力的激励，都会产生随机振动。随机振动不仅没有确定的周期，而且振动幅值与时间之间亦无一定的联