机械的振动实验指导新.docx

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机械的振动实验指导新

实验一建筑结构振动实验

一、实验目的

1、通过测试结构在不同频率激励下振动的过程，掌握激振与响应的基本知识。

2、了解和掌握振动测量仪器的标定和使用。

3、掌握结构共振的概念，以及结构固有频率和阻尼的测试方法。

二、实验装置

实验装置简图

1、功率放大器2、信号发生器3、力测量仪4、位移测量仪5、应变放大器

6、非接触式激振器7、力传感器8、建筑结构9、应变测点10、涡流式位移传感器

本实验采用YE6252实验系统，如图。

该装置由测试仪器、实验台、激振器和传感器等组成。

1、测试仪器，包括：

YE6252Y1功率放大器，通过调节功率放大器的电流改变激振的功率，输出电流范围0—1A，连续可调。

YE6252Y2扫频信号发生器，激振频率变化范围5Hz—100Hz，连续量程。

YE6252Y3力测量仪，配接应变式力传感器。

YE6252Y4位移测量仪，配接涡流式位移传感器。

YE6252Y5应变测量仪，配接应变式传感器。

2、实验台包括建筑（楼房）模型，激励及测量装置。

3、激振器和传感器包括

YE1501非接触式激振器

CWY-DO-504电涡流式位移传感器

CL-YB-3/100K力传感器

六个可自由组桥的应变测点。

三、实验原理

系统在外力的激励下产生受迫振动，受迫振动的振幅取决于系统本身的物理性质和激振力的幅值与频率。

若激振力的幅值一定，则受迫振幅的大小与激振力的频率有关，当激振力的频率

与系统的结构固有频率

相同时，结构的振幅将达到极大值，这就是结构共振。

通过改变激振器的力值（由变化功率放大器电流实现）和频率（由变化扫频信号发生器频率实现），对建筑结构模型产生不同频率和力值的激励，结构则产生不同振幅的振动，通过测试结构在不同频率下的响应，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。

由于阻尼的存在，共振时系统的振幅有一定的限度。

系统的阻尼大，则共振时的振幅小；系统的阻尼小，则共振时的振幅大。

阻尼比

可用系统受迫振动幅频曲线来确定。

即按下式计算（这种测定阻尼比的方法称为半功率法）：

式中，

—结构的固有频率

—固有频率后振幅为最大振幅

倍点处的频率。

—固有频率前振幅为最大振幅

倍点处的频率。

因此，根据结构的受迫振动幅频曲线图，可得到结构的固有频率和阻尼等重要动态参数。

四、实验步骤

1、熟悉实验用设备和仪器。

2、传感器的标定

确定激振力、振动位移和结构应变之间的对应关系

整理出激振力、振动位移和应变的标定数据表。

3、激振实验，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。

确定结构的固有频率

和阻尼

。

在一定的力值下，由5Hz开始，逐渐变化扫频信号发生器的频率，记录不同频率下结构的振幅，观察分析结构振幅随激振频率变化的情况。

可观察到，随着激振频率的升高，结构的振幅也越来越高，当激振频率达到结构固有频率时，振幅出现一个峰值。

当激振频率超过结构固有频率后继续升高激振频率，振幅又逐渐降低。

改变功率放大器的电流，在新的力值下，重复过程

，并记录结构在不同激振频率下的振幅。

整理结构在不同频率下的振幅，根据数据画出结构的幅频曲线图。

并确定该建筑结构的固有频率（既最大振幅所对应的频率）。

用半功率法估算出该结构的阻尼

。

五、实验报告

实验报告包括以下内容：

1、实验目的

2、实验装置，画出实验装置示意简图

3、简述实验过程

4、标定数据表

5、幅频曲线图

6、结论，结构的固有频率和阻尼。

实验二转子不平衡振动分析实验

一、实验目的

1、观察转子的不平衡振动现象，了解和掌握转子不平衡引起激励以及转子系统振动响应的概念，以及转子不平衡故障的频谱特性。

2、了解和掌握转子振动测量分析仪器的使用，掌握转子振动振幅和相位的测试方法。

二、实验装置

1、转子振动模拟试验台。

4.光电传感器头5.传感器6.转轴

7.传感器支座8.联轴节9.电机

10.调压器11.前置放大器12.振动测试分析仪

图1所示为转子实验装置，它包括转子故障模拟实验平台和测试分析仪器两部分，故障模拟实验平台型号为QPZ-II，它包括电机、支撑和转子；转子由轴和两个转盘组成，转盘尺寸为

200

10。

转子的转速可调，转速变化是通过串激电机改变电压实现的。

测试仪器为两个测振传感器（速度传感器）及其前置放大器，测试转速的激光转速传感器，以及计算机化振动分析仪器等。

2、振动测试及分析仪器

本实验的振动测试及动平衡分析采用CRAS动平衡分析系统。

该仪器可进行转子振动的振幅与相位测试和频谱分析。

三、转子的不平衡振动原理

不平衡是转子最常见的故障。

造成转子质量不平衡的原因大致有：

⑴设计制造方面的原因如旋转体几何形状不对称，材料缺陷、焊接或浇铸上的缺陷、装配误差、转子动平衡方法不当等引起的质量不对称，使转子重心不在旋转轴线上。

图2典型的不平衡频谱

⑵工艺过程的原因如转子初始弯曲、转子受热不均匀、转子部件结垢、转子部件脱落、分离机械转鼓内物料分布不均匀等，引起转子质量偏心。

转子质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，转子每旋转一周，就在转子或轴承处产生一次激振。

因此它的振动频率就是转子的转速频率，即

或

转速频率也称为工频，即工作频率，如图6-5中ω0。

这种频率成分很容易在频谱图上观察到。

转子不平衡故障的特征是：

⑴在转子径向方向的频谱图上，转速频率成分具有突出的峰值；

⑵转速频率成的高次谐波幅值很低，因此反映在时域上的波形很接近于一个正弦波；

⑶对于普通两端支承的转子，轴向测点上的振值一般并不明显。

监测值类型：

pp（双峰值）。

工程单位：

μm。

电压范围：

±5000Mv。

通道标记：

确认各通道（传感器）的振动方向，X或Y。

所有参数确定后，点击“确认”。

5、在每个轴承座锣钉孔滴入所需润滑油；然后打开试验台调速器电源。

微小转动调压器旋钮，转子即会转动。

缓慢地转动调压器，逐步升速；升速时必须注意防止瞬时电流过大。

升速记录时不得降速（即反向转动调压器）。

振动记录结束后，反向转动调压器平稳降速。

直至电压为零，再切断电源。

6、在转子启动的同时，点击“在线监测”，即可观察到由两个传感器（一个水平放置、一个垂直放置）分别采集的转子两个方向的振动波形，随着转速的升高，振幅也越来越高，当转速接近临界转速时，振幅出现一个高峰。

当转速超过临界转速后继续升速，振幅降低，逐渐达到一稳定值。

7、振动记录结束后，通过显示器观察转子的动态特性，有两种方式：

伯德图依次点击“瞬态分析”，“伯德图”，即看到两通道的转子振动幅频特性和相频特性曲线。

点击通道1或通道2，观察并记录单个通道的从振幅和相位两个方面反映的转子振动情况。

一般振幅极大值所对应的转速就是临界转速，临界转速附近的高振幅区为共振区。

当转速经过共振区时，相位发生突变（约180°的相位变化）。

轴心轨迹图依次点击“图形显示”，“轨迹图”，即看到某一转速下的轴心轨迹图，看到转速频率的轴心轨迹圆，通过点击改变转速（时间），观察不同转速下的轴心轨迹圆形状。

转速由低速逐渐升高时，轨迹圆越来越大，再通过临界转速时，图形迅速增大，图形的方向突然改变。

通过临界转速后，图形逐渐缩小。

8、根据观察分析结果，确定转子的临界转速。

9、改变转子位置；重复步骤5-8。

10、实验结束后，先切断稳压电源，接口箱的电源，再切断计算机的电源。

实验数据记录

第1次（a=b=）

第2次（a=b=）

转速（rpm）

幅值（μm）

相位（度）

转速（rpm）

幅值（μm）

相位（度）

四、数据整理

1、画出实验台转子结构示意图

2、手工画出波德图，（振幅-转速图和相位-转速图）列出最大振动位移量和临界转速值

3、按理论公式计算该转子的临界转速（转轴的直径为

9.5mm，转盘分为两种规格。

76J较厚的转盘质量为800g；较薄的转盘质量为600g。

）

转子临界转速简易计算公式（邓柯来公式）：

式中：

的尺寸见图4，由现场测量

——以“弧度/秒”单位表示的转子临界转速，

——转速转/分

材料弹性膜量，

；

——两转盘的质量，

轴的截面惯性距，

，

转轴直径，（较厚的转盘质量为800g；较薄的转盘质量为600g。

）

4、

图4转子示意图

对结果进行分析比较。

五、实验报告：

实验报告内容

1、实验目的

2、实验装置（画出实验台转子结构示意图）

3、实验过程

5、实验记录表

6、手工画振幅-转速图和相位-转速图

7、采用邓柯来公式分别计算出转子的临界转速，与实验值比较，并分析原因。

六、注意事项：

1、启动转子前先检查所有螺钉是否拧紧。

2、变速时要缓慢，开始时不要一下将转速升得很高。

3、在临界转速附近要避免停留时间过长。

4、传感器头与轴的距离要有1mm以上。