析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采
取相应的措施。 3） 相位
第一节 振动的基础知识
简谐振动是最基本的周期运动，各种不同的周期运动
都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。其运 动规律可用简谐函数表示为
x(t ) A sin(t )
x
t m
fx(t )A来自k T质量 － 弹簧系统的运动
第7章 振动的测量
§7.1 振动基础
§7.2 振动的激励
§7.3 振动测量传感器
§7.4 位移的测量
机械振动是普遍存在的物理现象 如：旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、结构刚度
各向异性、对中不良、润滑不良、支撑松动等 振动
• 机械振动大多数情况下有害：破坏机器正常工作，降低 其性能，缩短其使用寿命，甚至机毁人亡； • 机械振动还伴随着产生同频率的噪声，恶化环境和劳动 条件，危害人们的健康；
ω/ωn
第一节 振动的基础知识
2) 基础运动产生的受迫振动
在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动引起的。设基础的绝对 位移为 z1 ，质量块 m 的绝对位移为 z0，则质量块 m 的运动方程为:
d 2 z0 d m 2 c ( z0 z1 ) k ( z0 z1 ) 0 dt dt
质量块 m 的相对位移
z01 z0 z1
d 2 z01 dz01 d 2 z1 m 2 c kz01 m 2 dt dt dt
第一节 振动的基础知识
1. 当ω<<ωn，质量块相对基础几乎一起移动；
2. 当ω>>ωn ，z01≈-z1，→ z0 ≈0，质量块几乎处于静止状态。
工程中的振动问题,可用弹簧—阻尼—质量块构成的单自由度 振动系统模型来描述。
分类 振动 ：在一定条件下，振动体在其平衡位置附近 随时间作来回往复变化的运动。
第一节 振动的基础知识
第一节 振动的基础知识
振动信号三要素：
1） 幅值：振动体离开其平衡位置的最大位移，是振动强度的标
志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。 2） 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分
第一节 振动的基础知识
1) 质量块受力产生的受迫振动 在外力 f(t) 的作用下，质量块 m 的运动方程为：
第一节 振动的基础知识
当激振力频率远小于固有频率 时，输出位移随激振频率的变 化十分小，几乎和“静态”激 振力所引起的位移一样。 A(ω)/dB
φ(ω)
当激振频率远大于固有频率时， 输出位移接近于零，质量块近 于静止。 当激振频率接近系统固有频率 时，系统的响应特性主要取决 于系统的阻尼，并随频率的变 化而剧烈变化。
单自由度系统的受迫振动
为了正确理解机械振动测试和分析技术的概念，我们讨论 单自由度系统在两种不同激励下的响应。
质量块受力产生的受迫振动：传感器安装在某一固定点， m 以该点为参考点，测量物体对参考点的相对运动，相应的传 感器称为相对式传感器。 基础运动所引起的质量块受迫振动：传感器安装在试件上， k c 以大地为参考基准，测量振动物体相对于大地的绝对振动， 相应的传感器称为绝相对式(惯性式)传感器。
(4) 对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。
一般来讲，振动研究就是对“机械系统”、“激励”和 “响应”三者已知其中两个，再求另一个的问题。振动研
究可分为以下三类：
(1) 振动分析，即已知激励条件和系统的振动特性，欲求
系统的响应；
(2) 系统识别，即已知系统的激励条件和系统的响应，要 确定系统的特性，这是系统动态响应特性测试问题； (3) 环境监测，即已知系统的振动特性和系统的响应，欲 确定系统的激励状态，这是寻求振源的问题。
第二节 振动的激励
在振动测量中，在很多场合需运用激振设备使被测试的 机械结构产生振动，然后进行振动测量。例如： (1) 研究结构的动态特性，确定结构模态参数，如固有频
率、振型、动刚度、阻尼等；
(2) 产品环境试验，即一些机电产品在一定振动环境下进 行的耐振试验，以便检验产品性能及寿命情况等； (3) 拾振器及测振系统的校准试验。在这些场合，激振设 备都是不可缺少的设备。
第二节 振动的激励
振动的激励方式通常有稳态正弦激振、随机激振和瞬态 激振三种。 1. 稳态正弦激振
稳态正弦激振又称简谐激振，它是借助于激振设备对被 测对象施加一个频率可控的简谐激振力。是一种应用最为 普遍的激振方法。
在进行稳态正弦激振时，一般进行扫频激振，通过扫频 激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段 再进行稳态正弦激振获取严格的动态特性。
• 振动也能被利用来完成有益的工作，如上料、运输等。
目的
振动测试的目的，归纳起来主要有以下几个方面： (1) 检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量； (2) 测定机械系统的动态响应特性，并为产品的改进设计 提供依据，进行振动设计； (3) 分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减 振和隔振措施；
振动测试内容：
• 测量机器或结构在工作状态下的振动
–掌握被测对象的运行状态
–状态监测、故障诊断 –环境控制、等级评定
• 对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动
–获得被测对象的动态性能：固有频率、阻尼、响应、模 态等 –找出薄弱环节，通过改进设计提高其抗振能力 轿车的乘坐舒适性试验框图
第一节 振动的基础知识
第二节 振动的激励
第一节 振动的基础知识
位移
x A sin(t )
dx v A cos(t ) 超前90° dt dv a 2 A sin(t ) 2 x dt
速度 加速度
超前180°
在位移、速度和加速度三个参量中，测出其中之 一即可利用积分或微分求出另两个参量。
第一节 振动的基础知识
在振动测量时，应合理选择测量参数: 振动位移是研究强度和变形的重要依据；
加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重 要依据；
速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频 率范围内是由速度决定的。速度与能力和功率有关，决定了力 的动量。
第一节 振动的基础知识