機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)新

1、實(shí)驗(yàn)一 建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同頻率激勵(lì)下振動(dòng)的過程，掌握激振與響應(yīng)的基本知識(shí)。2、了解和掌握振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的標(biāo)定和使用。3、掌握結(jié)構(gòu)共振的概念，以及結(jié)構(gòu)固有頻率和阻尼的測(cè)試方法。二、 實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖1、功率放大器 2、信號(hào)發(fā)生器 3、力測(cè)量?jī)x 4、位移測(cè)量?jī)x 5、應(yīng)變放大器6、非接觸式激振器 7、力傳感器 8、建筑結(jié)構(gòu) 9、應(yīng)變測(cè)點(diǎn) 10、渦流式位移傳感器本實(shí)驗(yàn)采用YE6252實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖。該裝置由測(cè)試儀器、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、激振器和傳感器等組成。1、 測(cè)試儀器，包括：YE6252Y1功率放大器，通過調(diào)節(jié)功率放大器的電流改變激振的功率，輸出電流范圍01A，連續(xù)可調(diào)。

2、YE6252Y2掃頻信號(hào)發(fā)生器，激振頻率變化范圍5Hz100Hz，連續(xù)量程。YE6252Y3力測(cè)量?jī)x，配接應(yīng)變式力傳感器。YE6252Y4位移測(cè)量?jī)x，配接渦流式位移傳感器。YE6252Y5應(yīng)變測(cè)量?jī)x，配接應(yīng)變式傳感器。2、實(shí)驗(yàn)臺(tái) 包括建筑（樓房）模型，激勵(lì)及測(cè)量裝置。3、激振器和傳感器 包括YE1501非接觸式激振器CWY-DO-504電渦流式位移傳感器CL-YB-3/100K力傳感器六個(gè)可自由組橋的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。 三、 實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)在外力的激勵(lì)下產(chǎn)生受迫振動(dòng)，受迫振動(dòng)的振幅取決于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)和激振力的幅值與頻率。若激振力的幅值一定，則受迫振幅的大小與激振力的頻率有關(guān)，當(dāng)激振力的頻率與系統(tǒng)的

3、結(jié)構(gòu)固有頻率相同時(shí)，結(jié)構(gòu)的振幅將達(dá)到極大值，這就是結(jié)構(gòu)共振。通過改變激振器的力值（由變化功率放大器電流實(shí)現(xiàn)）和頻率（由變化掃頻信號(hào)發(fā)生器頻率實(shí)現(xiàn)），對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生不同頻率和力值的激勵(lì)，結(jié)構(gòu)則產(chǎn)生不同振幅的振動(dòng)，通過測(cè)試結(jié)構(gòu)在不同頻率下的響應(yīng)，繪出結(jié)構(gòu)的受迫振動(dòng)幅頻曲線圖。 受迫振動(dòng)頻譜圖由于阻尼的存在，共振時(shí)系統(tǒng)的振幅有一定的限度。系統(tǒng)的阻尼大，則共振時(shí)的振幅小；系統(tǒng)的阻尼小，則共振時(shí)的振幅大。阻尼比可用系統(tǒng)受迫振動(dòng)幅頻曲線來確定。即按下式計(jì)算（這種測(cè)定阻尼比的方法稱為半功率法）： 式中， 結(jié)構(gòu)的固有頻率 固有頻率后振幅為最大振幅倍點(diǎn)處的頻率。 固有頻率前振幅為最大振幅倍點(diǎn)處的頻率。因此，

4、根據(jù)結(jié)構(gòu)的受迫振動(dòng)幅頻曲線圖，可得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼等重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 熟悉實(shí)驗(yàn)用設(shè)備和儀器。2、 傳感器的標(biāo)定 確定激振力、振動(dòng)位移和結(jié)構(gòu)應(yīng)變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系整理出激振力、振動(dòng)位移和應(yīng)變的標(biāo)定數(shù)據(jù)表。3、 激振實(shí)驗(yàn)，繪出結(jié)構(gòu)的受迫振動(dòng)幅頻曲線圖。確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼。 在一定的力值下，由5Hz開始，逐漸變化掃頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，記錄不同頻率下結(jié)構(gòu)的振幅，觀察分析結(jié)構(gòu)振幅隨激振頻率變化的情況?？捎^察到，隨著激振頻率的升高，結(jié)構(gòu)的振幅也越來越高，當(dāng)激振頻率達(dá)到結(jié)構(gòu)固有頻率時(shí)，振幅出現(xiàn)一個(gè)峰值。當(dāng)激振頻率超過結(jié)構(gòu)固有頻率后繼續(xù)升高激振頻率，振幅又逐漸降低。改變功率放大器的電流

5、，在新的力值下，重復(fù)過程，并記錄結(jié)構(gòu)在不同激振頻率下的振幅。整理結(jié)構(gòu)在不同頻率下的振幅，根據(jù)數(shù)據(jù)畫出結(jié)構(gòu)的幅頻曲線圖。并確定該建筑結(jié)構(gòu)的固有頻率（既最大振幅所對(duì)應(yīng)的頻率）。 用半功率法估算出該結(jié)構(gòu)的阻尼。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括以下內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)裝置，畫出實(shí)驗(yàn)裝置示意簡(jiǎn)圖3、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過程4、標(biāo)定數(shù)據(jù)表5、幅頻曲線圖6、結(jié)論，結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼。實(shí)驗(yàn)二 轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)現(xiàn)象，了解和掌握轉(zhuǎn)子不平衡引起激勵(lì)以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的概念，以及轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜特性。2、了解和掌握轉(zhuǎn)子振動(dòng)測(cè)量分析儀器的使用，掌握轉(zhuǎn)子振動(dòng)振幅和相位的測(cè)試方法。二、

6、實(shí)驗(yàn)裝置1、 轉(zhuǎn)子振動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)。圖1、轉(zhuǎn)子振動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1.含油軸承支座 2 .限位保護(hù)支座 3.轉(zhuǎn)盤4.光電傳感器頭 5.傳感器 6.轉(zhuǎn)軸7.傳感器支座 8.聯(lián)軸節(jié) 9.電機(jī)10.調(diào)壓器 11.前置放大器 12. 振動(dòng)測(cè)試分析儀圖1所示為轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)裝置，它包括轉(zhuǎn)子故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和測(cè)試分析儀器兩部分，故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)型號(hào)為QPZ-II，它包括電機(jī)、支撐和轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子由軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)盤組成，轉(zhuǎn)盤尺寸為20010。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可調(diào)，轉(zhuǎn)速變化是通過串激電機(jī)改變電壓實(shí)現(xiàn)的。測(cè)試儀器為兩個(gè)測(cè)振傳感器（速度傳感器）及其前置放大器，測(cè)試轉(zhuǎn)速的激光轉(zhuǎn)速傳感器，以及計(jì)算機(jī)化振動(dòng)分析儀器等。2、 振動(dòng)測(cè)試及分析儀器本實(shí)驗(yàn)

7、的振動(dòng)測(cè)試及動(dòng)平衡分析采用CRAS動(dòng)平衡分析系統(tǒng)。該儀器可進(jìn)行轉(zhuǎn)子振動(dòng)的振幅與相位測(cè)試和頻譜分析。三、轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)原理 不平衡是轉(zhuǎn)子最常見的故障。造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的原因大致有：設(shè)計(jì)制造方面的原因 如旋轉(zhuǎn)體幾何形狀不對(duì)稱，材料缺陷、焊接或澆鑄上的缺陷、裝配誤差、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法不當(dāng)?shù)纫鸬馁|(zhì)量不對(duì)稱，使轉(zhuǎn)子重心不在旋轉(zhuǎn)軸線上。圖 2 典型的不平衡頻譜工藝過程的原因 如轉(zhuǎn)子初始彎曲、轉(zhuǎn)子受熱不均勻、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢、轉(zhuǎn)子部件脫落、分離機(jī)械轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料分布不均勻等，引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就在轉(zhuǎn)子或軸承處產(chǎn)生一次激振。因此它的振動(dòng)頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)

8、速頻率，即 或轉(zhuǎn)速頻率也稱為工頻，即工作頻率，如圖6-5中0。這種頻率成分很容易在頻譜圖上觀察到。轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征是：在轉(zhuǎn)子徑向方向的頻譜圖上，轉(zhuǎn)速頻率成分具有突出的峰值；轉(zhuǎn)速頻率成的高次諧波幅值很低，因此反映在時(shí)域上的波形很接近于一個(gè)正弦波；對(duì)于普通兩端支承的轉(zhuǎn)子，軸向測(cè)點(diǎn)上的振值一般并不明顯。典型的不平衡振動(dòng)頻譜圖中轉(zhuǎn)速頻率成分幅值占有最大比例，如圖2，這是不平衡振動(dòng)明顯的特征，其波形圖基本上是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。圖中還會(huì)出現(xiàn)2×，3×，4×等一些高頻成分，主要是系統(tǒng)受非線性振動(dòng)的影響。實(shí)際轉(zhuǎn)子軸承并非完全線性振動(dòng)系統(tǒng)，非線性影響的特點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生激勵(lì)頻率的超諧

9、波響應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)過程1、熟悉實(shí)驗(yàn)用設(shè)備和儀器。2、打開振動(dòng)測(cè)試及儀電源，進(jìn)入系統(tǒng)。3、 建立作業(yè)，送入作業(yè)名。4、 設(shè)置傳感器的參數(shù)信息。5、 在正常狀態(tài)啟動(dòng)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在額定轉(zhuǎn)速下記錄轉(zhuǎn)子的振動(dòng)量，并進(jìn)行頻譜分析。6、 在轉(zhuǎn)子上加不平衡重，啟動(dòng)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在額定轉(zhuǎn)速下記錄轉(zhuǎn)子的振動(dòng)量，并進(jìn)行頻譜分析。7、 比較以上5、6、兩結(jié)果的頻譜分析有什么不同，并分析、說明轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜特性。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)裝置，畫出實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意簡(jiǎn)圖3、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理4、簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程，分別給出正常轉(zhuǎn)子和加不平衡重轉(zhuǎn)子的振動(dòng)量以及頻譜分析。說明轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜特性。實(shí)驗(yàn)

10、三 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察和了解轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)的幅值和相位的變化情況。2、利用振型圓和波德圖測(cè)量轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。3、觀察和驗(yàn)證轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響。4、了解非接觸渦流式位移傳感器和振動(dòng)測(cè)量分析儀器的使用。二、 實(shí)驗(yàn)裝置與原理1、 柔性轉(zhuǎn)子振動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)。圖1、柔性轉(zhuǎn)子臨界速度測(cè)定裝置1.含油軸承支座 2 .限位保護(hù)支座 3.轉(zhuǎn)盤4.光電傳感器頭 5.傳感器(非接觸渦流傳感器) 6.轉(zhuǎn)軸7.傳感器支座 8.聯(lián)軸節(jié) 9.電機(jī)10.調(diào)壓器 11.前置放大器 12.數(shù)據(jù)采集接口箱圖1所示為柔性轉(zhuǎn)子臨界速度測(cè)定裝置，它包括和測(cè)試儀器兩部分，實(shí)驗(yàn)臺(tái)部分是電機(jī)、支撐和

11、轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由等直徑軸和若干轉(zhuǎn)盤組成，轉(zhuǎn)盤在軸上的位置可以改變，轉(zhuǎn)軸的直徑為9.5，轉(zhuǎn)盤分為兩種規(guī)格。7625，其質(zhì)量為800g；7619 ，其質(zhì)量為600g。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化通過串激電機(jī)改變電壓實(shí)現(xiàn)的。測(cè)試儀器主要是兩個(gè)渦流式位移傳感器及其前置放大器，光電轉(zhuǎn)速傳感器，數(shù)據(jù)采集接口箱等。2、 計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集與處理，均通過計(jì)算機(jī)化的“信號(hào)采集與分析系統(tǒng)CRAS”實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包括傳感器以及放大器（非接觸渦流式位移傳感器二只，光電轉(zhuǎn)速傳感器一只），直流穩(wěn)壓電源，數(shù)據(jù)采集卡，接口箱，以及VMCRAS軟件等。圖 2 轉(zhuǎn)子軸心軌跡的監(jiān)測(cè)圖 3 轉(zhuǎn)子的波德圖3、 實(shí)驗(yàn)原理測(cè)定轉(zhuǎn)

12、子的臨界轉(zhuǎn)速n，即轉(zhuǎn)子彎曲固有頻率。可通過觀察轉(zhuǎn)子升速旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸心軌跡圖或波德圖實(shí)現(xiàn)。軸心軌跡圖的測(cè)試如圖2所示，通過將兩個(gè)渦流傳感器分別置于軸某一截面相互垂直的兩個(gè)方向上，把兩個(gè)方向上的振動(dòng)信號(hào)分別輸入信號(hào)分析儀的X軸和Y軸，由此測(cè)得轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為軸心軌跡。用某種方法測(cè)得的軸心軌跡圖也稱為李莎如圖。轉(zhuǎn)子的軸心軌跡一般為橢圓，當(dāng)轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，橢圓迅速變大，橢圓軸線方向迅速改變。通過臨界轉(zhuǎn)速后，橢圓又縮小。波德圖是反映轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的曲線，如圖3。通過波德圖，可清楚看出轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅迅速變大，通過臨界轉(zhuǎn)速后，振幅又變小。臨界轉(zhuǎn)速前后的相位迅速改變

13、。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)用設(shè)備和儀器。2、打開數(shù)據(jù)采集接口箱的電源。3、打開計(jì)算機(jī)電源，鼠標(biāo)點(diǎn)擊：CRAS 5.1（快捷方式），進(jìn)入計(jì)算機(jī)化的振動(dòng)信號(hào)采集分析系統(tǒng)CRAS。再點(diǎn)擊：“旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)示與分析VMCRAS”。在“VMCRAS”狀態(tài)下，點(diǎn)擊：“作業(yè)”：在“搜尋（I）” 欄確認(rèn)作業(yè)文件的位置；在“文件名稱（N）” 欄寫入所起的文件名；在“文件類型（T）” 欄點(diǎn)入外部雙通道（*.RED）” (注:內(nèi)部方式指定采樣率采樣、適用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；外部方式指整周期采樣、采樣頻率隨轉(zhuǎn)速同步變化，適用于起停車的瞬態(tài)過程。)。4、設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置” 采集方式：外部；鍵相位為：64或128（表

14、示整轉(zhuǎn)速周期的測(cè)點(diǎn)數(shù)）。采集控制：監(jiān)示采集； 轉(zhuǎn)速控制為“升速”； 在老師的指導(dǎo)下或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)填入 “總記錄時(shí)間（秒）”、“開始轉(zhuǎn)速”、“停止轉(zhuǎn)速”、“轉(zhuǎn)速間隔”等。 監(jiān)測(cè)值類型：pp（雙峰值）。 工程單位：m。 電壓范圍：±5000Mv。 通道標(biāo)記：確認(rèn)各通道（傳感器）的振動(dòng)方向，X或Y。 所有參數(shù)確定后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。5、在每個(gè)軸承座鑼釘孔滴入所需潤(rùn)滑油；然后打開試驗(yàn)臺(tái)調(diào)速器電源。微小轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器旋鈕，轉(zhuǎn)子即會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器，逐步升速；升速時(shí)必須注意防止瞬時(shí)電流過大。升速記錄時(shí)不得降速（即反向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器）。振動(dòng)記錄結(jié)束后，反向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓器平穩(wěn)降速。直至電壓為零，再切斷電源。6、

15、在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)的同時(shí)，點(diǎn)擊“在線監(jiān)測(cè)”，即可觀察到由兩個(gè)傳感器（一個(gè)水平放置、一個(gè)垂直放置）分別采集的轉(zhuǎn)子兩個(gè)方向的振動(dòng)波形，隨著轉(zhuǎn)速的升高，振幅也越來越高，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅出現(xiàn)一個(gè)高峰。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速后繼續(xù)升速，振幅降低，逐漸達(dá)到一穩(wěn)定值。7、振動(dòng)記錄結(jié)束后，通過顯示器觀察轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性，有兩種方式： 伯德圖 依次點(diǎn)擊“瞬態(tài)分析”，“伯德圖”，即看到兩通道的轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅頻特性和相頻特性曲線。點(diǎn)擊通道1或通道2，觀察并記錄單個(gè)通道的從振幅和相位兩個(gè)方面反映的轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況。一般振幅極大值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速，臨界轉(zhuǎn)速附近的高振幅區(qū)為共振區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)速經(jīng)過共振區(qū)時(shí)，相位發(fā)生突變（約180&

16、#176;的相位變化）。 軸心軌跡圖 依次點(diǎn)擊“圖形顯示”，“軌跡圖”，即看到某一轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡圖，看到轉(zhuǎn)速頻率的軸心軌跡圓，通過點(diǎn)擊改變轉(zhuǎn)速（時(shí)間），觀察不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡圓形狀。轉(zhuǎn)速由低速逐漸升高時(shí)，軌跡圓越來越大，再通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，圖形迅速增大，圖形的方向突然改變。通過臨界轉(zhuǎn)速后，圖形逐漸縮小。8、根據(jù)觀察分析結(jié)果，確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。9、改變轉(zhuǎn)子位置；重復(fù)步驟5-8。 10、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先切斷穩(wěn)壓電源，接口箱的電源，再切斷計(jì)算機(jī)的電源。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄第1次（a= b= ）第2次（a= b= ）轉(zhuǎn)速（rpm）幅值（m）相位（度）轉(zhuǎn)速（rpm）幅值（m）相位（度）四、數(shù)據(jù)整理1、畫出實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖2、手工畫出波德圖，（振幅-轉(zhuǎn)速圖和相位-轉(zhuǎn)速圖）列出最大振動(dòng)位移量和臨界轉(zhuǎn)速值3、按理論公式計(jì)算該轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)軸的直徑為9.5mm，轉(zhuǎn)盤分為兩種規(guī)格。76J較厚的轉(zhuǎn)盤質(zhì)量為800g；較薄的轉(zhuǎn)盤質(zhì)量為600g。）轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)易計(jì)算公式（鄧柯來公式）： 式中：的尺寸見圖4，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量以 “弧度/秒”單位表示的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分材料彈性膜量， ；兩轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量，