西安交通大学机械转子试验台振动与噪声测量综合试验报告.docx

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西安交通大学机械转子试验台振动与噪声测量综合试验报西安交通大学机械转子试验台振动与噪声测量综合试验报告告机械测试技术实验实验报告机械转子试验台的振动和噪声测试及分析综合实验班级：

第三小组组长：

成员（按姓氏）：

仅供参考，不得抄袭！

西安交通大学机械基础实验教学中心2013年12月一实验简介11.1实验目的11.2实验仪器与设备11.3实验要求1二实验方案22.1实验阶段22.1.1准备阶段22.1.2实施阶段22.1.3总结分析阶段22.2注意事项2三测试系统搭建33.1测试系统框架图33.2传感器的位置选择与搭建43.2.1位移传感器43.2.2加速度传感器43.2.3速度传感器63.2.4声级计73.2.5转速传感器73.3传感器后续连接9四信号采集与分析94.1信号采集94.2声级计标定104.3转子轴心轨迹的测量104.4不同转速下转子振动的时域分析114.5不同转速下转子振动的频域分析134.6不同转速下噪声的时域分析194.7不同转速下噪声的频域分析214.8转子振动与噪声相干分析254.9转子动平衡26五实验总结275.1实验结论275.2实验中遇到的问题275.3实验心得28一实验简介1.1实验目的针对机械转子实验台，能够较熟练地掌握机械动态信号（振动、噪声等）测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号处理的方法和技术。

1.2实验仪器与设备机械动态信号测量与信号采集分析系统机械转子实验台1台加速度传感器1个速度传感器1个电涡流位移传感器2个光电传感器1个噪声测量仪1台计算机1台1.3实验要求1.针对转子实验台对象，按照机械动态特性测试要求，完成机械振动和噪声的计算机测试系统设计；2.选用合适的振动和噪声测试传感器及其信号调理装置；3.构建计算机测试系统，掌握振动和噪声信号分析软件使用方法；4.自主完成转子实验台振动和噪声的测量、信号采集；5.通过信号分析，得出转子实验台在不同转速下的振动和噪声的时域波形、频谱（从转速600rpm1800rpm每200转测一组转速、振动时域信号、振动频域信号、噪声时域和频域的信号数据）；找出转速和振动及噪声的关系，并对转子实验台的动态特性进行分析评价。

6.对振动和噪声进行相干分析，并对结果进行合理解释。

二实验方案2.1实验阶段根据实验要求和实际情况，我们大致将本次实验分为三个阶段进行，即准备阶段、实施阶段、总结分析阶段。

2.1.1准备阶段1.熟悉试验台，熟悉各个传感器的安装位置及功能，以及整个测试系统的线路连接。

2.基本掌握信号分析软件的使用。

3.掌握各传感器的标定方法，尝试进行信号采集及分析处理，为正式采集做准备。

2.1.2实施阶段1.连接测试线路，对各传感器进行灵敏度设定，对声级计进行标定。

2.通过两个电涡流传感器采集的信号，得到轴心的运动轨迹，观察其形状，判断转子转动的不平衡程度。

3.合理安装声级计位置，准备进行噪声信号的采集。

4.通过速度和加速度传感器采集并得到转子转动引起的振动的时域和频域图。

与此同时，采集得到噪声信号的时域和频域图。

5.通过计算机软件对振动和噪声进行相干分析，并判断噪声是否由转子的振动引起。

6.在不同转速下重复上述实验过程。

2.1.3总结分析阶段利用实验得到的数据，对噪声和振动的关系进行分析讨论，得出噪声的主要来源，如果可能，进一步提出降低转自振动的方案。

2.2注意事项以上方案是通过理论分析联系实际在理想情况下提出的，实际实施中可能会出现各种问题：

1.设备及软件使用不熟练引起的操作失误及数据异常。

2.信号采集过程中干扰信号的混入难以避免，应尽量根据实际条件采取措施，减小干扰信号的影响。

如：

实验台桌面的振动；其他实验小组的影响；噪声采集过程中其他声音的干扰以及周围物体对声波反射作用的干扰。

3.有实验设备包括传感器存在自身故障的可能，实验前应仔细检查。

4.实际数据可能会与理想的实验数据存在出入，应对得到的数据进行大致判断，估计其合理性。

5.实验过程中应具体问题具体分析，合理调整实验方案。

三测试系统搭建3.1测试系统框架图图3.1.1测试系统框架图3.2传感器的位置选择与搭建3.2.1位移传感器位移传感器是利用电涡流传感器制成，根据电磁感应原理，通过检测磁场的大小来检测传感器与转轴之间的距离，从而达到测量位移的作用。

共有两个，XY方向各一个，装在转轴的支撑处。

图3.2.1位移传感器安装3.2.2加速度传感器加速度传感器是利用压电传感器制成，所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。

加速度传感器安装在基架上。

图3.2.2加速度传感器安装3.2.3速度传感器速度传感器是接触式传感器，多为磁电式速度传感器或者其他，也是安装在基架上。

图3.2.3速度传感器安装3.2.4声级计声级计是最基本的噪声测量仪器，它是一种电子仪器，但又不同于电压表等客观电子仪表。

在把声信号转换成电信号时，可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性；对高低频有不同灵敏度的频率特性以及不同响度时改变频率特性的强度特性。

因此，声级计是一种主观性的电子仪器。

图3.2.4声级计安放3.2.5转速传感器本次试验转速传感器是利用光电式转速传感器，反射式光电传感器在被测转轴上设有反射记号，由光源发出的光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。

本次试验中光电传感器安装在转轴一端。

图3.2.5转速传感器安装图3.4.6传感器整体安装位置3.3传感器后续连接在连接仪器时，一号通道接通的为转速传感器，二号通道接通的为速度传感器，三号通道接通的为加速度传感器，四号五号都是接通的为电涡流位移传感器，六号通道接通的为噪声声级计，通过计算机软件对振动和噪声进行相干分析，获得实验结果。

图3.3.1传感器与动态信号采集系统的连接四信号采集与分析4.1信号采集本实验一共用到四种传感器分别是：

光电转速传感器、加速度传感器、速度传感器、电涡流位移传感器。

其中通过两个电涡流传感器采集的信号，得到轴心的运动轨迹，用速度和加速度传感器采集并得到转子转动引起的振动的时域和频域图，但由于在运用加速度传感器进行采集数据时，受到外围环境的影响，误差较大，所以我们就以速度传感器测得数据进行测量分析，同时采集得到噪声信号的时域和频域图，进行比较分析。

4.2声级计标定图4.2.1声级计的标定截图正确连接声级计到测试系统，图中为通道2-7，设置单位为Pa，使用94dB标准声源，调节灵敏度，使信号在时域图中的有效时为1Pa，可看到此时灵敏度为2100。

完成声级计的标定。

4.3转子轴心轨迹的测量轴心轨迹由两个互为的90度的电涡流传感器测出。

可以反映出转轴的不平衡成度。

若转动平衡，轴心轨迹应为直径很小的圆，若不平衡，轨迹呈现尺寸较大的椭圆。

设置转速为1200rpm（实际为1211rpm），测量轴心轨迹如图所示，由图可看出，转子中心转动不平衡，最大振动幅值在30m左右。

（此值可与后续平衡后振幅做比较）图4.3.1转速1211rpm轴心轨迹截图4.4不同转速下转子振动的时域分析图4.4.1转速600rpm转子振动时域截图图4.4.2转速798rpm转子振动时域截图图4.4.3转速1221rpm转子振动时域截图图4.4.4转速1616rpm转子振动时域截图图4.4.5转速1831rpm转子振动时域截图4.5不同转速下转子振动的频域分析将转子转速从1800转至600转以200转为间隔进行测试，从而得到了以下7个频域图谱。

图4.5.1转速1801rpm转子振动频域截图图4.5.2转速1597rpm转子振动频域截图图4.5.3转速1399rpm转子振动频域截图图4.5.4转速1210rpm转子振动频域截图图4.5.5转速1009rpm转子振动频域截图图4.5.6转速818rpm转子振动频域截图图4.5.7转速606rpm转子振动频域截图表4.5.1转子振幅及频率与转速的关系图4.5.8转子振幅与转速折线图分析:

从图中可以看出，振动信号表现出明显的谐波性，主要的峰值基本出现在工频处，其他的峰值所对应的频率也基本为工频的谐波。

以转速为1801转时的频谱为例，峰值出现在工频（1800/60=30HZ）处，而在二倍频60HZ处也有明显的振动信号。

当转速在1000转以上时，主要峰值出现在工频处，倍频处的峰值影响相对较小，振动主要是由于转子转动的不平衡引起的；而当转速低于1000转时，工频处的峰值与倍频处的峰值相差无几，这时振动不仅是由于转子转动不平衡引起，还与其他的外界因素有较大关联。

而在不同转速下，振动信号峰值的大小也不一样，从一系列的频谱可以知道，转速越快，振动信号的峰值越大。

其中1210转时峰值逆趋势发生突增，是因为在实验时干扰引起的误差。

综上所述，振动主要是由转子转动时的不平衡所引起的，并且随着转速的增大，振动也会随之增大。

4.6不同转速下噪声的时域分析图4.6.1转速798rpm噪声时域截图图4.6.2转速1221rpm噪声时域截图图4.6.3转速1408rpm噪声时域截图图4.6.4转速1616rpm噪声时域截图图4.6.5转速1831rpm噪声时域截图4.7不同转速下噪声的频域分析噪声测量时，由于电动机会产生较大的噪声，在频谱图中将会占据最主要的地位，这样就无法分析转轴所产生的噪声，所以我们将频谱图频率范围固定在0至200HZ进行分析。

在频谱图中我们可以看出，噪声信号也表现出了明显的谐波性，主要峰值出现在工频处，而其他峰值基本也处于倍频处。

如转速为1797转时，噪声信号峰值出现在工频（1800/60=30HZ）处，而2倍频60HZ出也有一峰值。

工频处噪声信号的大小有着随转速减小而减小的趋势，当转速降至1000转时，噪声信号基本为0，而其余的信号没有太大变化，从这里可以初步得出噪声信号主要是由于转子转动引起的，其他不变的为外界的干扰信号。

图4.7.1转速1797rpm噪声频域截图图4.7.2转速1608rpm噪声频域截图图4.7.3转速1408rpm噪声频域截图图4.7.4转速1203rpm噪声频域截图图4.7.5转速1004rpm噪声频域截图表4.7.1噪声峰值频率与转速关系4.8转子振动与噪声相干分析通过把所测噪声的频谱图与所测转速振动频谱图进行相干分析获得振动与噪声的的关系。

在转速为1403rpm时，其工频为24Hz，其相关分析见图4.8.1。

图4.8.1转子振动与噪声相干分析截图图中横坐标为不同的频率，纵坐标为相干系数表征在不同频率下的振动和噪声的相干性，由图可知，在整个分频带内，有许多频率对应的相干系数都较大，在大概23.78Hz，的时候我们看到相干函数值0.90，说明振动和噪声的相干性很好，故可知该噪声和机械转子的振动在工频处有很大程度的相关程度，可以认为转子的噪声主要是由转子的振动引起。

4.9转子动平衡图4.9.1转子动平衡前后振动幅值对比图图4.9.2转子动平衡前后轴心轨迹对比图通过在转盘上加装质量块，对转盘的不平衡进行补偿，补偿后测量的振动及轴心轨迹如图所示。

未平衡前，速度传感器测得的最大值为1.7mm/s，轴心轨迹振幅在30m左右；平衡后，速度传感器测得的最大值为0.84mm/s，轴心轨迹振幅在13m左右。

因此，平衡对改善转自振动有较明显的效果。

五实验总结5.1实验结论振动信号表现出明显的谐波性，主要峰值出现在工频处，振动主要是由于转子转动的不平衡引起的。

转速越快，振动信号的峰值越大。

噪声信号表现出了明显的谐波性，主要峰值出现在工频处。

工频处噪声信号的大小随转速减小而减小。

转子振动和噪声信号有很强的相干性，工频处相干度为0.91，转子的噪声主要是由转子的振动引起。

转子经过动平衡，轴心轨迹振幅由30m降为13m；振动最大值为由1.7mm/s下降为0.84mm/s。

5.2实验中遇到的问题图5.2.1转速1015噪声频域截图在图5.2.1中，高频成分占据了绝大部分，而且最高值也出现在高频处，根据理论计算，本该出现最高值的地方，频谱图是极值，根据我们的讨论分析，是由于在这个频率下，系统受到的外界干扰起了绝大部分作用，而且外界干扰是高频居多。

所以在这种情况下，不应该只根据最高值来分析频谱图，而应该理论实际结合，屏蔽高频干扰。

5.3实验心得本次试验是我们进入大学后自助独立完成的第一个综合大实验，本次试验需要我们自己做出试验方案，搭建试验测试系统，分析总结。

通过本次试验，我们更加充分的理解了电涡流传感器，光电传感器，磁电式传感器在工业测试系统中的应用。

本次试验中，通过分析，我们发现了转子振动，噪声信号源的产生机理。

增强了我们的动手能力和探索能力，充分将理论和实际结合在一起，真正做到了将课本上所学的知识应用到了实际生产中。