第八章 振动与噪声的测量

◇振动测试系统的组成
①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，所以这类测试的振动传感器可根据 测试要求安装在被测对象测点上，常用测振系统原理如下 图。
发电型传感器
前置放大器 微积分放大器
参数型传感器
调制器， 测量电桥
放大器解调器
分
指示
析 仪
记录
器
仪器
载波发生器
一些传感器，如磁电式速度传感器，可以将其输出电 信号直接输入放大器进行放大。而另一些传感器，如压电 式加速度传感器，其输出电信号则必须进行预放大再输入 放大器，这是因为压电式加速度传感器是一个能产生电荷 的高内阻发电元件，但由于产生的电荷总量级小，难以直 接传输；同时，由于一般测量仪器的输入阻抗不可能很高， 此微弱电荷又极易在测量电路的输入电阻上被释放掉，所 以要求连接压电加速度传感器测量或放大装置必须有较高 的输入阻抗，并且将压电式加速度传感器的高输出阻抗变 换为低输出阻抗，以便与主放大器连接。
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，振动测试作为一来自百度文库现代技术手段，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。
第八章 振动的测量
◇振动的概念 ◇机械振动产生的原因 ◇研究机械振动的意义 ◇机械振动测试研究的内容 ◇机械振动测试系统的组成 ◇测振传感器
◇振动的概念
从狭义上说：通常把具有时间周期性的运动称为振动。 从广义上说：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。
力学量（如位移）
机械振动
电磁量（如I 、V、 E、 B） 电磁振动
◇机械振动测试研究内容
机械振动测试的内容大致分为两类：
①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。
②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。
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。
◇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。
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。
机械振动：是物体在一定位置附近所作的周期性往复的运 动。 机械振动系统：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。
构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻尼。 惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢复性就是 能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼就是能使系统 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M、刚度K和阻尼C表征。
机械振动分强迫振动和自激振动两种类型
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。
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。
◇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，夯实，捣固，清洗， 脱水，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。