第八章振动与噪声的测量

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1、振动的概念振动的概念机械振动产生的原因机械振动产生的原因研究机械振动的意义研究机械振动的意义机械振动测试研究的内容机械振动测试研究的内容机械振动测试系统的组成机械振动测试系统的组成测振传感器测振传感器第八章第八章 振动的测量振动的测量振动的概念从狭义上说：从狭义上说：通常把具有时间周期性的运动称为振动。通常把具有时间周期性的运动称为振动。从广义上说：从广义上说：任何一个物理量在某一数值附近作周期性的任何一个物理量在某一数值附近作周期性的 变化，都称为振动。变化，都称为振动。力学量（如位移）力学量（如位移）机械振动机械振动电磁振动电磁振动电磁量（如电磁量（如I 、V、 E、 B）机械振动：机械振

2、动：是物体在一定是物体在一定位置位置附近所作的附近所作的周期性周期性往复的运往复的运动动。机械振动系统机械振动系统：就是指围绕其静平衡位置作来回往复运动：就是指围绕其静平衡位置作来回往复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动系统。的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动系统。 构成机械振动系统的基本要素有构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。惯性、恢复性和阻尼。惯性惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢复性恢复性就是就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼阻尼就是能使系统就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个

3、基本要素通常分别由物理参数能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物理参数质量质量M、刚度、刚度K和阻尼和阻尼C表征。表征。机械振动分强迫振动强迫振动和自激振动自激振动两种类型强迫振动：强迫振动：是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动幅值， 影响机床加工工件的精度， 如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。自激振动（颤振）自激振动（颤振） 由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振

4、动，就是自激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。或由于刀具刚性差、刀具几何角度不正确引起的振动，都属于自激振动。振动产生的原因强迫振动产生的原因：强迫振动产生的原因：1.机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。2.机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作误差而引起的周期性振动。3. 切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切

5、削力。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。4.往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。5.由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强迫振动，甚至共振。自激振动产生的原因自激振动产生的原因:1.切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。2.切削层金属内部的硬度不均匀。在车削补焊后的外圆或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀及车床自振现象。3.刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤动。4.工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工件，会导致工件表面出现波纹或锥

6、度。5.积屑瘤的时生时灭，使切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。研究机械振动的意义多数情况，机械振动是有害的，振动会破坏机器的正常工作，振动的动载荷使机器加快失效甚至损坏造成事故，降低机器设备的使用寿命。机械振动还直接或间接产生噪声，恶化劳动条件和环境，影响人类的健康，成为现代一种严重的公害。机械振动也有可以利用的一面：如输送输送，夯实夯实，捣固捣固，清洗清洗，脱水脱水，时效时效等振动机械，只要设计合理，他们都有耗能小，效率高，结构简单等优点。时效处理：时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用

7、将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理的目的，是为了消除工件的残余内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。 例如：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时。 随着现代工业技术的发展，特别是电子计算机的应用，振动理论研究已发展到较高的水平，可以从理论上分析许多重要而复杂的振动问题。但生产实际中遇到的许多机械设备，一般都

8、是一个复杂的振动系统，往往要做许多简化后才能解析地进行理论分析，最终采取实验手段来验证理论分析的重要性。 现代设计对各种机械提出了低振级和低噪声的要求，要求各种结构具有高的抗震能力，有必要进行机械动力结构的振动分析和振动设计，这些都离不开振动的测量。 在现代生产中，为了使设备安全运行，并保证产品质量，往往需要检测设备运行中的振动信息，进行工况监测和故障诊断，这些都需要通过振动的测试和分析才能实现。总之，机械振动的测试在生产和科研的许多方面占有重要的地位，振动测试作为一种现代技术手段，广泛应用于机械制造，建筑工程，地球物理勘探，生物医疗等各个 领域。机械振动测试研究内容机械振动测试的内容大致分为

9、两类：机械振动测试的内容大致分为两类：振动基本参数的测量：振动基本参数的测量：对振动物体上某点的位移，速度，加速度，频率和相位等参数进行测试。其目的是了解被测对象的振动状态，评定振动量级，或寻找震源，以及进行监测，识别，诊断和预估。结构和部件的动态特性测试：结构和部件的动态特性测试：对结构或部件进行某种激励，对其受迫振动进行测试。其目的是要求被测对象的振动力学参量和动态性能，如固有频率，刚度，阻抗，响应和模态等。这类测试又可分为振动环境模拟实验，机械阻抗试验，频率响应试验等。振动测试系统的组成振动基本参数的测试系统：振动基本参数的测试系统：因为振动基本参数的测量，其被测对象是振动的，所以这类测