课题振动模态测试系统的组成
专业机电工程
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指导教师
二○一四年三月
机电工程学院（常州）
振动模态测试系统的组成
——基于某数控机床主轴箱振动模态测试系统主要由激振系统、拾振系统和分析系统组成。

系统的结构框图如下图所示。

图1.测试系统结构框图
（1）测点布置
采用移动锤击法，即逐点敲击多点测量的脉冲激励测试技术。

测试的具体方法是：在数控机床主轴箱上按照建立的动力学模型的激励点和拾振点布置图确定激励点和拾振点的位置，在激振点上以多次平均方式施加激振力（每点激振５次），同时测量各拾振点的振动响应，激励信号和响应信号分别依靠输入数据和分析系统进行分析处理，得到反映激振力和振动响应关系的传递函数。

采用五次平均法的原因：在锤击脉冲激振试验中，敲击力脉冲信号的质量是测试的关键，它直接影响着振动模态测试的精度。

振动模
态测试中所选的数控机床属于小型机床，对于锤击激振这种方式的锤击力要控制在适当的载荷范围内。

当敲击力小时，高频模态不易被激出来，信噪比小，可能引起二次锤击（连击）；当敲击力过大时，容易使结构进入弹塑性或非线性范围等。

因此，系统采用信号５次平均的方法，该方法可以明显提高信号的信噪比。

图2.测点布置图
（2）传感器选型
拾振传感器选用了Ｂ＆Ｋ公司生产的４５１４－００１型集成电路式压电加速度传感器。

该加速度传感器的灵敏度为１０ｍＶ／ｇ，主要特性是内置低噪声电路、质量相对低（８．６ｇ）、具有电绝缘基座、１０ｋＨｚ（±１０％）频率范围，这些特性使得该传感
器有着极强的通用性，适合众多的
测量应用。

图3.４５１４－００１型集成电路式压电加速度传感器（3）测试仪器
测试使用产生脉冲信号的激振锤作为激振器．脉冲锤由锤头、力传感器、锤柄、附加质量等组成，锤头由钢、铝、尼龙、氟四种不同材料组成。

使用不同的锤头激励，可得到不同的激励频率范围．试验采用申克的８２０７型脉冲响应力锤，其本身具有ＳＡ－０１１型压电式加速度传感器，特点是体积小、质量轻、固有频率高，可测频率范围宽。

（4）分析仪器
本次测试采用的是PULSE 系统。

PULSE 系统是丹麦B&K 公司于1996 年推出的世界上首个噪声、振动分析仪系统，能够同时进行多通道、实时、FFT、CPB、总级值等分析。

图4.PULSE测试仪
1.采样参数的设置
采样参数的设置是通过７７００－Ｐｕｌｓｅ分析系统的“ＡｎａｌｙｓｅＳｅｔｕｐ（分析设置）”功能完成的，根据选取的数控机床的转速条件和所关心的模态固有频率特性，选取最高分析频率为ｆｃ＝２００Ｈｚ，仪器自动根据采样定理，确定采样频率ｆｓ，根据ｆｓ＝２．５６ｆｃ（不产生频率混迭的最低采样频率ｆｓ要求在2倍最大分析频率ｆｃ，之所以采用2.56倍，主要跟计算机二进制的表示方式有关，其主要目的是避免信号混淆，保证高频信号不被歪曲成低频信号），确定ｆｓ为５１２Ｈｚ。

选取分析结果为２００线，仪器自动确定采样点数Ｎ。

其７７００－Ｐｕｌｓｅ分析系统的
部分分析设置界面如下图所示。

2.分析结果
图6.分析结果图
从振动模态测试结果分析可知，各阶振动都有主轴箱前面板的参
与，特别在高阶模态时，主轴箱前面板振动剧烈，发生了弹性变形．由
于主轴箱结构的刚度也是机床设计中的一项重要工作，通常需要通过控制结构的刚度以防止发生振动、降低加工的精度．因此，建议该机床在进行结构修改时增加主轴箱前面板的刚度。