西安交通大學(xué)機(jī)械轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺振動與噪聲測量綜合試驗(yàn)報(bào)告

機(jī)械測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)械轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺的振動和噪聲測試及分析綜合實(shí)驗(yàn)班級：第三小組組長：成員（按姓氏）：西安交通大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心目錄一實(shí)驗(yàn)簡介………………………11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備……………11.3實(shí)驗(yàn)要求……………………1二實(shí)驗(yàn)方案………………………22.1實(shí)驗(yàn)階段……………………22.1.1準(zhǔn)備階段………………22.1.2實(shí)施階段………………22.1.3總結(jié)分析階段…………22.2注意事項(xiàng)……………………2三測試系統(tǒng)搭建…………………33.1測試系統(tǒng)框架圖……………33.2傳感器的位置選擇與搭建…………………43.2.1位移傳感器……………43.2.2加速度傳感器…………43.2.3速度傳感器……………63.2.4聲級計(jì)…………………73.2.5轉(zhuǎn)速傳感器……………73.3傳感器后續(xù)連接……………9四信號采集與分析………………94.1信號采集……………………94.2聲級計(jì)標(biāo)定…………………104.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量………104.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的時(shí)域分析…………114.5不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的頻域分析…………134.6不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時(shí)域分析………………194.7不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析………………214.8轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析…………………254.9轉(zhuǎn)子動平衡…………………26五實(shí)驗(yàn)總結(jié)………………………275.1實(shí)驗(yàn)結(jié)論……………………275.2實(shí)驗(yàn)中遇到的問題…………275.3實(shí)驗(yàn)心得……………………28一實(shí)驗(yàn)簡介1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康尼槍C(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺，能夠較熟練地掌握機(jī)械動態(tài)信號（振動、噪聲等）測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試系統(tǒng)搭建、數(shù)據(jù)采集及信號處理的方法和技術(shù)。1.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備機(jī)械動態(tài)信號測量與信號采集分析系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺1臺加速度傳感器1個(gè)速度傳感器1個(gè)電渦流位移傳感器2個(gè)光電傳感器1個(gè)噪聲測量儀1臺計(jì)算機(jī)1臺1.3實(shí)驗(yàn)要求1.針對轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺對象，按照機(jī)械動態(tài)特性測試要求，完成機(jī)械振動和噪聲的計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2.選用合適的振動和噪聲測試傳感器及其信號調(diào)理裝置；3.構(gòu)建計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)，掌握振動和噪聲信號分析軟件使用方法；4.自主完成轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺振動和噪聲的測量、信號采集；5.通過信號分析，得出轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺在不同轉(zhuǎn)速下的振動和噪聲的時(shí)域波形、頻譜（從轉(zhuǎn)速600rpm—1800rpm每200轉(zhuǎn)測一組轉(zhuǎn)速、振動時(shí)域信號、振動頻域信號、噪聲時(shí)域和頻域的信號數(shù)據(jù)）；找出轉(zhuǎn)速和振動及噪聲的關(guān)系，并對轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺的動態(tài)特性進(jìn)行分析評價(jià)。6.對振動和噪聲進(jìn)行相干分析，并對結(jié)果進(jìn)行合理解釋。二實(shí)驗(yàn)方案2.1實(shí)驗(yàn)階段根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)際情況，我們大致將本次實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段進(jìn)行，即準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、總結(jié)分析階段。2.1.1準(zhǔn)備階段熟悉試驗(yàn)臺，熟悉各個(gè)傳感器的安裝位置及功能，以及整個(gè)測試系統(tǒng)的線路連接?；菊莆招盘柗治鲕浖氖褂?。掌握各傳感器的標(biāo)定方法，嘗試進(jìn)行信號采集及分析處理，為正式采集做準(zhǔn)備。2.1.2實(shí)施階段連接測試線路，對各傳感器進(jìn)行靈敏度設(shè)定，對聲級計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。通過兩個(gè)電渦流傳感器采集的信號，得到軸心的運(yùn)動軌跡，觀察其形狀，判斷轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的不平衡程度。合理安裝聲級計(jì)位置，準(zhǔn)備進(jìn)行噪聲信號的采集。通過速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的振動的時(shí)域和頻域圖。與此同時(shí)，采集得到噪聲信號的時(shí)域和頻域圖。通過計(jì)算機(jī)軟件對振動和噪聲進(jìn)行相干分析，并判斷噪聲是否由轉(zhuǎn)子的振動引起。在不同轉(zhuǎn)速下重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程。2.1.3總結(jié)分析階段利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，對噪聲和振動的關(guān)系進(jìn)行分析討論，得出噪聲的主要來源，如果可能，進(jìn)一步提出降低轉(zhuǎn)自振動的方案。2.2注意事項(xiàng)以上方案是通過理論分析聯(lián)系實(shí)際在理想情況下提出的，實(shí)際實(shí)施中可能會出現(xiàn)各種問題：設(shè)備及軟件使用不熟練引起的操作失誤及數(shù)據(jù)異常。信號采集過程中干擾信號的混入難以避免，應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際條件采取措施，減小干擾信號的影響。如：實(shí)驗(yàn)臺桌面的振動；其他實(shí)驗(yàn)小組的影響；噪聲采集過程中其他聲音的干擾以及周圍物體對聲波反射作用的干擾。有實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括傳感器存在自身故障的可能，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)檢查。實(shí)際數(shù)據(jù)可能會與理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在出入，應(yīng)對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大致判斷，估計(jì)其合理性。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)具體問題具體分析，合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。三測試系統(tǒng)搭建3.1測試系統(tǒng)框架圖轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速

噪聲

振動轉(zhuǎn)速傳感器

位移傳感器

速度傳感器

加速度傳感器

聲級計(jì)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置圖3.1.1測試系統(tǒng)框架圖3.2傳感器的位置選擇與搭建3.2.1位移傳感器位移傳感器是利用電渦流傳感器制成，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過檢測磁場的大小來檢測傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的距離，從而達(dá)到測量位移的作用。共有兩個(gè)，XY方向各一個(gè)，裝在轉(zhuǎn)軸的支撐處。圖3.2.1位移傳感器安裝3.2.2加速度傳感器加速度傳感器是利用壓電傳感器制成，所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。加速度傳感器安裝在基架上。圖3.2.2加速度傳感器安裝3.2.3速度傳感器速度傳感器是接觸式傳感器，多為磁電式速度傳感器或者其他，也是安裝在基架上。圖3.2.3速度傳感器安裝3.2.4聲級計(jì)聲級計(jì)是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號時(shí)，可以模擬人耳對聲波反應(yīng)速度的時(shí)間特性；對高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時(shí)改變頻率特性的強(qiáng)度特性。因此，聲級計(jì)是一種主觀性的電子儀器。圖3.2.4聲級計(jì)安放3.2.5轉(zhuǎn)速傳感器本次試驗(yàn)轉(zhuǎn)速傳感器是利用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，反射式光電傳感器在被測轉(zhuǎn)軸上設(shè)有反射記號，由光源發(fā)出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉(zhuǎn)軸上。本次試驗(yàn)中光電傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸一端。圖3.2.5轉(zhuǎn)速傳感器安裝圖3.4.6傳感器整體安裝位置3.3傳感器后續(xù)連接在連接儀器時(shí)，一號通道接通的為轉(zhuǎn)速傳感器，二號通道接通的為速度傳感器，三號通道接通的為加速度傳感器，四號五號都是接通的為電渦流位移傳感器，六號通道接通的為噪聲聲級計(jì)，通過計(jì)算機(jī)軟件對振動和噪聲進(jìn)行相干分析，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3.3.1傳感器與動態(tài)信號采集系統(tǒng)的連接四信號采集與分析4.1信號采集本實(shí)驗(yàn)一共用到四種傳感器分別是：光電轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、電渦流位移傳感器。其中通過兩個(gè)電渦流傳感器采集的信號，得到軸心的運(yùn)動軌跡，用速度和加速度傳感器采集并得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的振動的時(shí)域和頻域圖，但由于在運(yùn)用加速度傳感器進(jìn)行采集數(shù)據(jù)時(shí)，受到外圍環(huán)境的影響，誤差較大，所以我們就以速度傳感器測得數(shù)據(jù)進(jìn)行測量分析，同時(shí)采集得到噪聲信號的時(shí)域和頻域圖，進(jìn)行比較分析。4.2聲級計(jì)標(biāo)定圖4.2.1聲級計(jì)的標(biāo)定截圖正確連接聲級計(jì)到測試系統(tǒng)，圖中為通道2-7，設(shè)置單位為Pa，使用94dB標(biāo)準(zhǔn)聲源，調(diào)節(jié)靈敏度，使信號在時(shí)域圖中的有效時(shí)為1Pa，可看到此時(shí)靈敏度為2100。完成聲級計(jì)的標(biāo)定。4.3轉(zhuǎn)子軸心軌跡的測量軸心軌跡由兩個(gè)互為的90度的電渦流傳感器測出。可以反映出轉(zhuǎn)軸的不平衡成度。若轉(zhuǎn)動平衡，軸心軌跡應(yīng)為直徑很小的圓，若不平衡，軌跡呈現(xiàn)尺寸較大的橢圓。設(shè)置轉(zhuǎn)速為1200rpm（實(shí)際為1211rpm），測量軸心軌跡如圖所示，由圖可看出，轉(zhuǎn)子中心轉(zhuǎn)動不平衡，最大振動幅值在30μm左右。（此值可與后續(xù)平衡后振幅做比較）圖4.3.1轉(zhuǎn)速1211rpm軸心軌跡截圖4.4不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的時(shí)域分析圖4.4.1轉(zhuǎn)速600rpm轉(zhuǎn)子振動時(shí)域截圖圖4.4.2轉(zhuǎn)速798rpm轉(zhuǎn)子振動時(shí)域截圖圖4.4.3轉(zhuǎn)速1221rpm轉(zhuǎn)子振動時(shí)域截圖圖4.4.4轉(zhuǎn)速1616rpm轉(zhuǎn)子振動時(shí)域截圖圖4.4.5轉(zhuǎn)速1831rpm轉(zhuǎn)子振動時(shí)域截圖4.5不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的頻域分析將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從1800轉(zhuǎn)至600轉(zhuǎn)以200轉(zhuǎn)為間隔進(jìn)行測試，從而得到了以下7個(gè)頻域圖譜。圖4.5.1轉(zhuǎn)速1801rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.2轉(zhuǎn)速1597rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.3轉(zhuǎn)速1399rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.4轉(zhuǎn)速1210rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.5轉(zhuǎn)速1009rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.6轉(zhuǎn)速818rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖圖4.5.7轉(zhuǎn)速606rpm轉(zhuǎn)子振動頻域截圖表4.5.1轉(zhuǎn)子振幅及頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖4.5.8轉(zhuǎn)子振幅與轉(zhuǎn)速折線圖分析:從圖中可以看出，振動信號表現(xiàn)出明顯的諧波性，主要的峰值基本出現(xiàn)在工頻處，其他的峰值所對應(yīng)的頻率也基本為工頻的諧波。以轉(zhuǎn)速為1801轉(zhuǎn)時(shí)的頻譜為例，峰值出現(xiàn)在工頻（1800/60=30HZ）處，而在二倍頻60HZ處也有明顯的振動信號。當(dāng)轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)以上時(shí)，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，倍頻處的峰值影響相對較小，振動主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的不平衡引起的；而當(dāng)轉(zhuǎn)速低于1000轉(zhuǎn)時(shí)，工頻處的峰值與倍頻處的峰值相差無幾，這時(shí)振動不僅是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不平衡引起，還與其他的外界因素有較大關(guān)聯(lián)。而在不同轉(zhuǎn)速下，振動信號峰值的大小也不一樣，從一系列的頻譜可以知道，轉(zhuǎn)速越快，振動信號的峰值越大。其中1210轉(zhuǎn)時(shí)峰值逆趨勢發(fā)生突增，是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)時(shí)干擾引起的誤差。綜上所述，振動主要是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的不平衡所引起的，并且隨著轉(zhuǎn)速的增大，振動也會隨之增大。4.6不同轉(zhuǎn)速下噪聲的時(shí)域分析圖4.6.1轉(zhuǎn)速798rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.2轉(zhuǎn)速1221rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.3轉(zhuǎn)速1408rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.4轉(zhuǎn)速1616rpm噪聲時(shí)域截圖圖4.6.5轉(zhuǎn)速1831rpm噪聲時(shí)域截圖4.7不同轉(zhuǎn)速下噪聲的頻域分析噪聲測量時(shí)，由于電動機(jī)會產(chǎn)生較大的噪聲，在頻譜圖中將會占據(jù)最主要的地位，這樣就無法分析轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的噪聲，所以我們將頻譜圖頻率范圍固定在0至200HZ進(jìn)行分析。在頻譜圖中我們可以看出，噪聲信號也表現(xiàn)出了明顯的諧波性，主要峰值出現(xiàn)在工頻處，而其他峰值基本也處于倍頻處。如轉(zhuǎn)速為1797轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲信號峰值出現(xiàn)在工頻（1800/60=30HZ）處，而2倍頻60HZ出也有一峰值。工頻處噪聲信號的大小有著隨轉(zhuǎn)速減小而減小的趨勢，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至1000轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲信號基本為0，而其余的信號沒有太大變化，從這里可以初步得出噪聲信號主要是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動引起的，其他不變的為外界的干擾信號。圖4.7.1轉(zhuǎn)速1797rpm噪聲頻域截圖圖4.7.2轉(zhuǎn)速1608rpm噪聲頻域截圖圖4.7.3轉(zhuǎn)速1408rpm噪聲頻域截圖圖4.7.4轉(zhuǎn)速1203rpm噪聲頻域截圖圖4.7.5轉(zhuǎn)速1004rpm噪聲頻域截圖表4.7.1噪聲峰值頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系4.8轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析通過把所測噪聲的頻譜圖與所測轉(zhuǎn)速振動頻譜圖進(jìn)行相干分析獲得振動與噪聲的的關(guān)系。在轉(zhuǎn)速為1403rpm時(shí)，其工頻為24Hz，其相關(guān)分析見圖4.8.1。圖4.8.1轉(zhuǎn)子振動與噪聲相干分析截圖圖中橫坐標(biāo)為不同的頻率，縱坐標(biāo)為相干系數(shù)表征在不同頻率下的振動和噪聲的相干性，由圖可知，在整個(gè)分頻帶內(nèi)，有許多頻率對應(yīng)的相干系數(shù)都較大，在大概23.78Hz，的時(shí)候我們看到相干函數(shù)值0.90，說明振動和噪聲的相干性很好，故可知該噪聲和機(jī)械轉(zhuǎn)子的振動在工頻處有很大程度的相關(guān)程度，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子的噪聲主要是由轉(zhuǎn)子的振動引起。4.9轉(zhuǎn)子動平衡圖4.9.1轉(zhuǎn)子動平衡前后振動幅值對比圖圖4.9.2轉(zhuǎn)子動平衡前后軸心軌跡對比圖通過在轉(zhuǎn)盤上加裝質(zhì)量塊，對轉(zhuǎn)盤的不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后測量的振動及軸心軌跡如圖所示。未平衡前，速度傳感器測得的最大值為1.7mm/s，軸心軌跡振幅在30μm左右；平衡后，速度傳感器測得的最大值為0.84