机械振动实验指导

1、实验一 建筑结构振动实验一、 实验目的1、通过测试结构在不同频率激励下振动的过程，掌握激振与响应的基本知识。2、了解和掌握振动测量仪器的标定和使用。3、掌握结构共振的概念，以及结构固有频率和阻尼的测试方法。二、 实验装置 实验装置简图1、功率放大器 2、信号发生器 3、力测量仪 4、位移测量仪 5、应变放大器6、非接触式激振器 7、力传感器 8、建筑结构 9、应变测点 10、涡流式位移传感器本实验采用YE6252实验系统，如图。该装置由测试仪器、实验台、激振器和传感器等组成。1、 测试仪器，包括：YE6252Y1功率放大器，通过调节功率放大器的电流改变激振的功率，输出电流范围01A，连续可调。

2、YE6252Y2扫频信号发生器，激振频率变化范围5Hz100Hz，连续量程。YE6252Y3力测量仪，配接应变式力传感器。YE6252Y4位移测量仪，配接涡流式位移传感器。YE6252Y5应变测量仪，配接应变式传感器。2、实验台 包括建筑（楼房）模型，激励及测量装置。3、激振器和传感器 包括YE1501非接触式激振器2 / 19CWY-DO-504电涡流式位移传感器CL-YB-3/100K力传感器六个可自由组桥的应变测点。 三、 实验原理系统在外力的激励下产生受迫振动，受迫振动的振幅取决于系统本身的物理性质和激振力的幅值与频率。若激振力的幅值一定，则受迫振幅的大小与激振力的频率有关，当激振力的

3、频率与系统的结构固有频率相同时，结构的振幅将达到极大值，这就是结构共振。通过改变激振器的力值（由变化功率放大器电流实现）和频率（由变化扫频信号发生器频率实现），对建筑结构模型产生不同频率和力值的激励，结构则产生不同振幅的振动，通过测试结构在不同频率下的响应，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。 受迫振动频谱图由于阻尼的存在，共振时系统的振幅有一定的限度。系统的阻尼大，则共振时的振幅小；系统的阻尼小，则共振时的振幅大。阻尼比可用系统受迫振动幅频曲线来确定。即按下式计算（这种测定阻尼比的方法称为半功率法）： 式中， 结构的固有频率 固有频率后振幅为最大振幅倍点处的频率。 固有频率前振幅为最大振幅倍点处的

4、频率。因此，根据结构的受迫振动幅频曲线图，可得到结构的固有频率和阻尼等重要动态参数。四、 实验步骤1、 熟悉实验用设备和仪器。2、 传感器的标定 确定激振力、振动位移和结构应变之间的对应关系整理出激振力、振动位移和应变的标定数据表。3、 激振实验，绘出结构的受迫振动幅频曲线图。确定结构的固有频率和阻尼。 在一定的力值下，由5Hz开始，逐渐变化扫频信号发生器的频率，记录不同频率下结构的振幅，观察分析结构振幅随激振频率变化的情况。可观察到，随着激振频率的升高，结构的振幅也越来越高，当激振频率达到结构固有频率时，振幅出现一个峰值。当激振频率超过结构固有频率后继续升高激振频率，振幅又逐渐降低。改变功率

5、放大器的电流，在新的力值下，重复过程，并记录结构在不同激振频率下的振幅。整理结构在不同频率下的振幅，根据数据画出结构的幅频曲线图。并确定该建筑结构的固有频率（既最大振幅所对应的频率）。 用半功率法估算出该结构的阻尼。五、 实验报告实验报告包括以下内容：1、实验目的2、实验装置，画出实验装置示意简图3、简述实验过程4、标定数据表5、幅频曲线图6、结论，结构的固有频率和阻尼。实验二 转子不平衡振动分析实验一、实验目的1、观察转子的不平衡振动现象，了解和掌握转子不平衡引起激励以及转子系统振动响应的概念，以及转子不平衡故障的频谱特性。2、了解和掌握转子振动测量分析仪器的使用，掌握转子振动振幅和相位的测

6、试方法。二、实验装置1、 转子振动模拟试验台。图1、转子振动实验装置1.含油轴承支座 2 .限位保护支座 3.转盘4.光电传感器头 5.传感器 6.转轴7.传感器支座 8.联轴节 9.电机10.调压器 11.前置放大器 12. 振动测试分析仪图1所示为转子实验装置，它包括转子故障模拟实验平台和测试分析仪器两部分，故障模拟实验平台型号为QPZ-II，它包括电机、支撑和转子；转子由轴和两个转盘组成，转盘尺寸为20010。转子的转速可调，转速变化是通过串激电机改变电压实现的。测试仪器为两个测振传感器（速度传感器）及其前置放大器，测试转速的激光转速传感器，以及计算机化振动分析仪器等。2、 振动测试及分

7、析仪器本实验的振动测试及动平衡分析采用CRAS动平衡分析系统。该仪器可进行转子振动的振幅与相位测试和频谱分析。三、转子的不平衡振动原理 不平衡是转子最常见的故障。造成转子质量不平衡的原因大致有：设计制造方面的原因 如旋转体几何形状不对称，材料缺陷、焊接或浇铸上的缺陷、装配误差、转子动平衡方法不当等引起的质量不对称，使转子重心不在旋转轴线上。图 2 典型的不平衡频谱工艺过程的原因 如转子初始弯曲、转子受热不均匀、转子部件结垢、转子部件脱落、分离机械转鼓内物料分布不均匀等，引起转子质量偏心。转子质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，转子每旋转一周，就在转子或轴承处产生一次激振。因此它的振动频率

8、就是转子的转速频率，即 或转速频率也称为工频，即工作频率，如图6-5中0。这种频率成分很容易在频谱图上观察到。转子不平衡故障的特征是：在转子径向方向的频谱图上，转速频率成分具有突出的峰值；转速频率成的高次谐波幅值很低，因此反映在时域上的波形很接近于一个正弦波；对于普通两端支承的转子，轴向测点上的振值一般并不明显。典型的不平衡振动频谱图中转速频率成分幅值占有最大比例，如图2，这是不平衡振动明显的特征，其波形图基本上是一个标准的正弦波。图中还会出现2，3，4等一些高频成分，主要是系统受非线性振动的影响。实际转子轴承并非完全线性振动系统，非线性影响的特点是会产生激励频率的超谐波响应。四、实验过程1、

9、熟悉实验用设备和仪器。2、打开振动测试及仪电源，进入系统。3、 建立作业，送入作业名。4、 设置传感器的参数信息。5、 在正常状态启动转子实验台，在额定转速下记录转子的振动量，并进行频谱分析。6、 在转子上加不平衡重，启动转子实验台，在额定转速下记录转子的振动量，并进行频谱分析。7、 比较以上5、6、两结果的频谱分析有什么不同，并分析、说明转子不平衡故障的频谱特性。五、实验报告实验报告内容：1、实验目的2、实验装置，画出实验台示意简图3、简述实验原理4、简述转子的不平衡振动实验过程，分别给出正常转子和加不平衡重转子的振动量以及频谱分析。说明转子不平衡故障的频谱特性。实验三 转子临界转速测量实验

10、一、实验目的1、观察和了解转子在临界转速时的振动现象，振动的幅值和相位的变化情况。2、利用振型圆和波德图测量转子的临界转速。3、观察和验证转子结构对临界转速的影响。4、了解非接触涡流式位移传感器和振动测量分析仪器的使用。二、 实验装置与原理1、 柔性转子振动模拟试验台。图1、柔性转子临界速度测定装置1.含油轴承支座 2 .限位保护支座 3.转盘4.光电传感器头 5.传感器(非接触涡流传感器) 6.转轴7.传感器支座 8.联轴节 9.电机10.调压器 11.前置放大器 12.数据采集接口箱图1所示为柔性转子临界速度测定装置，它包括和测试仪器两部分，实验台部分是电机、支撑和转子，转子由等直径轴和若

11、干转盘组成，转盘在轴上的位置可以改变，转轴的直径为9.5，转盘分为两种规格。7625，其质量为800g；7619 ，其质量为600g。转子转速的变化通过串激电机改变电压实现的。测试仪器主要是两个涡流式位移传感器及其前置放大器，光电转速传感器，数据采集接口箱等。2、 计算机化的数据采集与信号分析系统本实验的数据采集与处理，均通过计算机化的“信号采集与分析系统CRAS”实现。该系统包括传感器以及放大器（非接触涡流式位移传感器二只，光电转速传感器一只），直流稳压电源，数据采集卡，接口箱，以及VMCRAS软件等。图 2 转子轴心轨迹的监测图 3 转子的波德图3、 实验原理测定转子的临界转速n，即转子弯

12、曲固有频率。可通过观察转子升速旋转时的轴心轨迹图或波德图实现。轴心轨迹图的测试如图2所示，通过将两个涡流传感器分别置于轴某一截面相互垂直的两个方向上，把两个方向上的振动信号分别输入信号分析仪的X轴和Y轴，由此测得转子的涡动运动，这种涡动运动的轨迹称为轴心轨迹。用某种方法测得的轴心轨迹图也称为李莎如图。转子的轴心轨迹一般为椭圆，当转子通过临界转速时，椭圆迅速变大，椭圆轴线方向迅速改变。通过临界转速后，椭圆又缩小。波德图是反映转子振幅和相位随转速变化的曲线，如图3。通过波德图，可清楚看出转子通过临界转速时，振幅迅速变大，通过临界转速后，振幅又变小。临界转速前后的相位迅速改变。三、实验步骤1、熟悉实

13、验用设备和仪器。2、打开数据采集接口箱的电源。3、打开计算机电源，鼠标点击：CRAS 5.1（快捷方式），进入计算机化的振动信号采集分析系统CRAS。再点击：“旋转机械振动监示与分析VMCRAS”。在“VMCRAS”状态下，点击：“作业”：在“搜寻（I）” 栏确认作业文件的位置；在“文件名称（N）” 栏写入所起的文件名；在“文件类型（T）” 栏点入外部双通道（*.RED）” (注:内部方式指定采样率采样、适用于稳定转速；外部方式指整周期采样、采样频率随转速同步变化，适用于起停车的瞬态过程。)。4、设置实验参数，点击“参数设置” 采集方式：外部；键相位为：64或128（表示整转速周期的测点数）。

14、采集控制：监示采集； 转速控制为“升速”； 在老师的指导下或根据经验填入 “总记录时间（秒）”、“开始转速”、“停止转速”、“转速间隔”等。 监测值类型：pp（双峰值）。 工程单位：m。 电压范围：5000Mv。 通道标记：确认各通道（传感器）的振动方向，X或Y。 所有参数确定后，点击“确认”。5、在每个轴承座锣钉孔滴入所需润滑油；然后打开试验台调速器电源。微小转动调压器旋钮，转子即会转动。缓慢地转动调压器，逐步升速；升速时必须注意防止瞬时电流过大。升速记录时不得降速（即反向转动调压器）。振动记录结束后，反向转动调压器平稳降速。直至电压为零，再切断电源。6、在转子启动的同时，点击“在线监测”，

15、即可观察到由两个传感器（一个水平放置、一个垂直放置）分别采集的转子两个方向的振动波形，随着转速的升高，振幅也越来越高，当转速接近临界转速时，振幅出现一个高峰。当转速超过临界转速后继续升速，振幅降低，逐渐达到一稳定值。7、振动记录结束后，通过显示器观察转子的动态特性，有两种方式： 伯德图 依次点击“瞬态分析”，“伯德图”，即看到两通道的转子振动幅频特性和相频特性曲线。点击通道1或通道2，观察并记录单个通道的从振幅和相位两个方面反映的转子振动情况。一般振幅极大值所对应的转速就是临界转速，临界转速附近的高振幅区为共振区。当转速经过共振区时，相位发生突变（约180的相位变化）。 轴心轨迹图 依次点击“

16、图形显示”，“轨迹图”，即看到某一转速下的轴心轨迹图，看到转速频率的轴心轨迹圆，通过点击改变转速（时间），观察不同转速下的轴心轨迹圆形状。转速由低速逐渐升高时，轨迹圆越来越大，再通过临界转速时，图形迅速增大，图形的方向突然改变。通过临界转速后，图形逐渐缩小。8、根据观察分析结果，确定转子的临界转速。9、改变转子位置；重复步骤5-8。 10、实验结束后，先切断稳压电源，接口箱的电源，再切断计算机的电源。 实验数据记录第1次（a= b= ）第2次（a= b= ）转速（rpm）幅值（m）相位（度）转速（rpm）幅值（m）相位（度）四、数据整理1、画出实验台转子结构示意图2、手工画出波德图，（振幅-转速图和相位-转速图）列出最大振动位移量和临界转速值3、按理论公式计算该转子的临界转速（转轴的直径为9.5mm，转盘分为两种规格。76J较厚的转盘质量为800g；较薄的转盘质量为600g。）转子临界转速简易计算公式（邓柯来公式）： 式中：的尺寸见图4，由现场测量以 “弧度/秒”单位表示的转子临界转速， 转速 转/分材料弹性膜量， ；两转盘的质量， 轴的截面惯性距， ， 转轴直径，（较厚的转盘质量为800g；较薄的转盘质量为600g。） 图4 转子示