第37卷第12期
振动与冲击
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.12 2018
角振动测量方法的研究
刘爱东$$于梅$$何闻2
(1.中国计量科学研究院，北京100029;2.浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室，杭州310027)
摘要：中国计量科学研究院研制出频率范围〇. 〇〇〇 5 H y ~ 1 200 H z高精度角振动基准装置，低频角振动装置最 大角位移300°，中频角振动装置最大角位移60°，角加速度范围为0.04 ra d/I ~2 000ra d/1。装置实现了衍射式外差激
光干涉仪测量方法，以及圆光栅和双光束外差激光干涉仪差动测量。角加速度复灵敏度测量不确定度（N =2):参考点优
于 0.5%，0. 5°，通频带优于 1.0%，1.0。。
关键词：角振动;角加速度;角速度;角位移;外差激光干涉仪;衍射光栅;正弦逼近法
中图分类号：TH825 文献标志码：A DOI:10.13465/https://www.doczj.com/doc/8715184062.html,ki.jvs.2018.12.032
A study of an angle vibration measuring method
LIUAidong1，YUM ei1，HEWen2
(1. National Institute of Metrology，Beijing 100029,China；2. Key Lboratory of Advanced Manufacturing Technology of Zhejiang Province，
School of Mechanical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)
Abstract: Primary standard of angular vilDration devices have been developed in the National institute of Metrology. T he max i m u m angular displacement of low angular vibration device i s300 0 and medium angular vibration device i s60 °.
T he dynamic range of angular accelerate i s 0. 04 rad/s2to 2 000 rad/s2.Diffraction grating and heterodyne laser interferometer acted as t he main measurement metliod. At the same time，circular grating and two-l3eam heterodyne laser interferometer differential measurement have been realized. Uncertainty of measurement of angu (N = 2) is: 0.5%，0.5o(reference)，and others are better than 1.0%，1.0o in whole frequency band.
Key words ：angular vibration; angular accelerate; angular velocity; angular disp l acement; heterodyne laser interferometer；diffraction grating; sine approximation method
振动按位移形式可分为直线振动和角振动，角振 动与直线振动在应用中同等重要，在航空航天飞行器 姿态控制，交通运输工具转向以及平稳性行驶，机器人 的研究与控制等存在大量的科学研究与应用。德国物 理技术研究院建立了 〇.3 Hz~ 1 000 H z的角振动计量 标准装置，最大角位移60。，测量方法采用衍射光栅式 外差激光干涉仪的测量法[1_2]。韩国标准与科学研究 院建立了 8 Hz~5 000 H的角振动标准装置，测量方法 为零差激光干涉仪与棱镜配合的测量方法[3?4]。我国 304所先后研制了低频角振动标准装置和中频角振动 标准装置，其中低频角振动台采用电机拖动方式，使用 圆光栅测量法，频率范围o.l Hz~ 100 H z。中频角振动 采用电磁原理，使用平面光栅和外差激光干涉仪测量 法，频率范围10 H z~550 H z[5_6]。中国计量科学研究 院在2012年开展了角振动计量基准装置的研制，以及
收稿日期！2016 -08 -30 修改稿收到日期:2016-12-28
第一作者刘爱东男，硕士，副研究员,1977年生
通信作者于梅女,研究员，1956年生基于衍射光栅式外差激光干涉仪的正弦逼近法、双光 束外差激光干涉仪差动法，圆光栅法等多种高精度角 振动测量方法的研究，并于2015年建立了0.000 5 Hz _ 1 200 H z的角振动计量装置，其中：0. 05 Hz _1 200 Hz 可精确复现角加速度幅值和相位；0.000 5 Hz_ 0.05 Hz可精确复现角速度和角位移幅值和相位。
1角振动原理
角振动基准装置由角振动激励源和角振动测量系 统构成。角振动台产生往复的机械旋转振动，即角加 速度、角速度、角位移。测量系统测得上述角振动参量，同时测得被校角振动传感器或者角振动测量仪器 的信号输出，得出被校传感器或者测量仪器的性能，结 构原理如图1所示。中国计量科学研究院建立的低频 角振动基准装置，频率范围0.000 5 Hz~160 H z，最大 角位移300。；中频角振动基准装置0.1Hz~1 200 H z，最大角位移60。。两个角振动台均采用磁电原理设计，具有低失真、大承载、大动态角加速度范围的特点。
振动的测量方法 摘要 本文主要介绍了振动的测量方法与分类，并简要说明了各测量方法的原理及优缺点，以及在测量过程中所使用的传感器。并且详细的介绍了加速度传感器与磁电式速度传感器的工作原理。简要介绍了振动量测量系统的原理框图 关键词：加速度传感器、振动、磁电式速度传感器
1引言 机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。各种机器、仪器和设备在其运行时，由于诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起力的变化、各部件之间的碰撞和冲击，以及由于使用、运输和外界环境条件下能量的传递、存储和释放等都会诱发或激励机械振动。 2振动概述 2.1振动测量方法分类 振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。各测量方法的原理及优缺点见表1. 表1振动测量方法分类 2.2振动测试的内容： 1. 振动基本参数的测量。 测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位。其目的是了解被测对象的振动状态、评定振动量级和寻找振源，以及进行监测、诊断和评估。 2. 结构或部件的动态特性测量。 以某种激振力作用在被测件上，对其受迫振动进行测试，以便求得被测对象
的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗、响应和模态等。这类测试又可分为振动环境模拟试验、机械阻抗试验和频率响应试验等。 2.3振动测量的基本原理与方法 振动检测按测量原理可分为相对式与绝对式(惯性式)两类。振动检测按测量方法可分为接触式与非接触式两类。 2.3.1相对式振动测量 相对式振动测量是将振动变换器安装在被测振动体之外的基础上，它的测头与被测振动体采用接触或非接触的测量。所以它测出的是被测振体相对于参考点的振动量 图1 相对式测振仪的原理 1测量针与笔 2 被测物体 3 走动纸 2.3.2绝对式振动测量 采用弹簧—质量系统的惯性型传感器(或拾振器)，把它固定在振动体上进行测量，所以测出的是被测振动体相对于大地或惯性空间的绝对运动。 图2 绝对式测振仪原理 1质量块 2 弹簧 3 阻尼器 4 壳体机座 5 振动体
四自由度汽车振动影响分析 一、汽车振动问题分析 汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。汽车平顺性是影响汽车乘坐舒适性的重要原因，而平顺性的主要就是依靠汽车减振来保证，汽车振动日益成为汽车研发和性能提高的关键所在。 在了解了汽车振动的危害之后，就需要人们研究振动问题，掌握振动机理，消除振动带来的不利影响，利用振动规律指导汽车的研发。汽车振动所要研究的问题主要有路面等级对汽车振动影响、车速对汽车振动影响、悬架参数对汽车振动影响。 二、汽车四自由度系统建模 图2.1四自由度汽车模型 考虑汽车纵向角振动时悬架对车身激振影响就必须至少将汽车振动系统简化为如图所示的一个四自由度平面振动模型。在这个振动模型中，要求车辆相对于纵垂面完全对称，并且左右车轮下的路面不平度完全一样，则认为车辆是在纵垂面上振动。把车身简化为质量为m，绕质心的转动惯量为觉得平面刚体；把前后车轴（包括轮胎）的质量简化为二个质量点m1，m2；前后悬架刚度为左右两侧刚度之和用k1，k2表示，而前后悬架减震器的阻尼系数为左右两侧之和用c1，c2表示：kt1和kt2为轮胎刚度，ct1，ct2为轮胎阻尼，它们也为两侧之和。
为了研究悬架与车身连接点处悬架振动对车身的激励，必须首先列出整个振系的振动微分方程组。为此根据分析动力学中的粘滞阻尼力的拉格朗日方程： . ..Z Z Z Z R U T T dt d ??- =??+??-? ??? ? ????)1.2( 式中：T ——振动系统的总动能； U ——振动系统的总位能； R ——振动系统的总耗散函数； 对四自由度平面振动模型其总动能为： 2.2 22.112.2.2 1 212121z m z m J z m T +++=θ)2.2( 总位能为： 22222111222211)(21 )(21)(21)(21q z k q z k z b z k z a z k U t t -+-+-++--= θθ )3.2( 总耗散能为： 2 .2.222 .1.112...22...1)(21)(21)(21)(21q z c q z c z b z c z a z c R t t -+-+--+--=θθ )4.2( 将三式代入拉格朗日方程求出系统振动的微分方程组整理成矩形式为： . . .. Q C Q K KZ Z C Z M t t +=++)5.2( 其中： ?? ??? ?? ?? ???=2100 0000000000m m J m M ?? ??? ?? ?????+--+--++---+-+=2222 1 111212 2 2121 21212 10 0t t k k b k k k k a k k b k a k b k a k b k a k k k b k a k k k K
《机械振动》单元测试题(含答案) 一、机械振动 选择题 1．如右图甲所示，水平的光滑杆上有一弹簧振子，振子以O 点为平衡位置，在a 、b 两点之间做简谐运动，其振动图象如图乙所示．由振动图象可以得知( ) A ．振子的振动周期等于t 1 B ．在t ＝0时刻，振子的位置在a 点 C ．在t ＝t 1时刻，振子的速度为零 D ．从t 1到t 2，振子正从O 点向b 点运动 2．如图所示，在一条张紧的绳子上悬挂A 、B 、C 三个单摆，摆长分别为L 1、L 2、L 3，且L 1＜L 2＜L 3，现将A 拉起一较小角度后释放，已知当地重力加速度为g ，对释放A 之后较短时间内的运动，以下说法正确的是（ ） A ．C 的振幅比 B 的大 B ．B 和 C 的振幅相等 C ．B 的周期为2π 2 L g D ．C 的周期为2π 1 L g 3．如图所示的单摆，摆球a 向右摆动到最低点时，恰好与一沿水平方向向左运动的粘性小球b 发生碰撞，并粘在一起，且摆动平面不便．已知碰撞前a 球摆动的最高点与最低点的高度差为h ，摆动的周期为T ，a 球质量是b 球质量的5倍，碰撞前a 球在最低点的速度是b 球速度的一半．则碰撞后 A 56 T
B ．摆动的周期为 65 T C ．摆球最高点与最低点的高度差为0.3h D ．摆球最高点与最低点的高度差为0.25h 4．如图所示,甲、乙两物块在两根相同的弹簧和一根张紧的细线作用下静止在光滑水平面上,已知甲的质量小于乙的质量．当细线突然断开斤两物块都开始做简谐运动,在运动过程中（ ） A ．甲的最大速度大于乙的最大速度 B ．甲的最大速度小于乙的最大速度 C ．甲的振幅大于乙的振幅 D ．甲的振幅小于乙的振幅 5．如图所示，一端固定于天花板上的一轻弹簧，下端悬挂了质量均为m 的A 、B 两物体，平衡后剪断A 、B 间细线，此后A 将做简谐运动。已知弹簧的劲度系数为k ，则下列说法中正确的是（ ） A ．细线剪断瞬间A 的加速度为0 B ．A 运动到最高点时弹簧弹力为mg C ．A 运动到最高点时，A 的加速度为g D ．A 振动的振幅为 2mg k 6．用图甲所示的装置可以测量物体做匀加速直线运动的加速度，用装有墨水的小漏斗和细线做成单摆，水平纸带中央的虚线在单摆平衡位置的正下方。物体带动纸带一起向左运动时，让单摆小幅度前后摆动，于是在纸带上留下如图所示的径迹。图乙为某次实验中获得的纸带的俯视图，径迹与中央虚线的交点分别为A 、B 、C 、D ，用刻度尺测出A 、B 间的距离为x 1；C 、D 间的距离为x 2。已知单摆的摆长为L ，重力加速度为g ，则此次实验中测得的物体的加速度为（ ） A ． 212()x x g L π- B ． 212()2x x g L π- C ． 212()4x x g L π- D ． 212()8x x g L π-
汽车整车振动诊断和校正<经验交流> 整车振动可分为轮胎和车轮振动、起步颤动、排气呼啸声、发动机点火振动、传动系振动等。诊断整车振动的基本步骤是识别振动原因，查找再现条件，确定消除方法。 一、振动的检查及分类 1、轮胎和车轮的检查 在新生产的车型上，轮胎侧部都模塑有轮胎性能条件（TPC）额定值，如图1所示。TPC的额定值为一组4位数字，靠近轮胎尺寸，前边有字母TPCSPKC。替换轮胎应该具有相同的TPC额定值。 检查轮胎和车轮的一些特征可以发现振动的原因。轮胎不正常磨损（如图示2示）、胎壁凸起、不合理的充气、弯曲的轮圈法兰都可能引起整车振动。轮胎和车轮的径向跳动规格如表1所示。
2、路试检查程序 路试的目的在于再现振动现象并找出改变和消除振动的条件。更重要的是，路试可以确定振动是否与发动机转速和车速有关。为了迅速、准确地完成路试，在车辆上安装上发动机转速表（如扫描工具）和小型电子振动分析仪（EV A）。将EV A传感器放在用户可以感受振动的地方。路试检查包括轮胎和车轮检查、缓慢加速测试、空档滑行减速测试、挂低档测试、空档升速测试、制动器转矩测试、转向机械输入测试和静止起步加速测试（起步颤动）。 （1）缓慢加速测试：缓慢加速测试的步骤是： 1）在平整的水平路面上，缓慢加速至公路行驶速度。 2）查找与用户描述相符的故障。 3）在出现振动时，观察车速、发动机转速，如果有可能观察振动频率。 （2）空档滑行测试：空档滑行测试的步骤是： 1）在平整的水平路面上，将速度提高到略高于振动出现的速度 2）将车辆挂上空档并滑行，体验振动速段。 3）观察挂空档时是否有振动。 如果挂空档时仍有振动，则振动肯定对车速十分敏感。此时，发动机、变速器挠性板、变矩器作为振源的可能已经排除，可按照症状或振动频率集中维修轮胎和车轮总成或变速器输入轴。 （3）挂低档测试：挂低档测试的步骤是： 1）在平整的水平路面上，将速度提高到略高于振动出现的速度。 2）减速并安全减低一档。 3）提高发动机转速到减速前时的转速。 如果在相同的发动机转速下振动再次出现，则发动机、变速器挠性板、变矩器便是最可能的振源。每次减一档并在空档重复本测试，对确认测试结果。 （4）空档高速测试：本测试是为识别与发动机车速相关的振动而设计的。当用户投诉车辆在怠速情况下发生振动时，可行进行该项测试，或者在挂低档测试后进行该项测试。如果用户抱怨的振动仅与车速有关，本测试不一定适用。测试时缓慢提高发动机转速，同时观察是
一、填空题 1、机械振动按不同情况进行分类大致可分成（线性振动）和非线性振动；确定性振动和（随机振动）；（自由振动）和强迫振动。 2、周期运动的最简单形式是（简谐运动），它是时间的单一（正弦）或（ 余弦）函数。 3、单自由度系统无阻尼自由振动的频率只与（质量）和（刚度）有关，与系统受到的激励无关。 4、简谐激励下单自由度系统的响应由（瞬态响应）和（稳态响应）组成。 5、工程上分析随机振动用（数学统计）方法，描述随机过程的最基本的数字特征包括均值、方差、（自相关函数）和（互相关函数）。 6、单位脉冲力激励下，系统的脉冲响应函数和系统的（频响函数）函数是一对傅里叶变换对，和系统的（传递函数）函数是一对拉普拉斯变换对。 2、在离散系统中，弹性元件储存( 势能)，惯性元件储存（动能），（阻尼）元件耗散能量。 4、叠加原理是分析（线性）系统的基础。 5、系统固有频率主要与系统的（刚度）和（质量）有关，与系统受到的激励无关。 6、系统的脉冲响应函数和（频响函数）函数是一对傅里叶变换对，和（传递函数）函数是一对拉普拉斯变换对。 7、机械振动是指机械或结构在平衡位置附近的（往复弹性）运动。 1．振动基本研究课题中的系统识别是指根据已知的激励和响应特性分析系统的性质，并可得到振动系统的全部参数。（本小题2分） 2．振动按激励情况可分为自由振动和强迫振动两类。（本小题2分）。 3．图（a）所示n个弹簧串联的等效刚度= k ∑ = n i i k1 1 1 ；图（b）所示n个粘性阻尼串联的等效粘 性阻尼系数= e C ∑ = n i i c1 1 1 。（本小题3分） （a）（b） 题一 3 题图 4．已知简谐振动的物体通过距离静平衡位置为cm x5 1 =和cm x10 2 =时的速度分别为s cm x20 1 = &和s cm x8 2 = &，则其振动周期= T；振幅= A10.69cm。（本小题4分） 5．如图（a）所示扭转振动系统，等效为如图（b）所示以转角 2 ?描述系统运动的单自由度 系统后，则系统的等效转动惯量= eq I 2 2 1 I i I+，等效扭转刚度= teq k 2 2 1t t k i k+。（本小题4分）
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个； 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200～240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率<150W； 2.2.4工作环境温度：-10?C ～50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术，动态围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽，根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级；
“刚性连接”中，相对的连接件之间不得有位移，在大多数的紧固中都是这样的连接。 “挠性连接”中，相对的连接件既有约束或传递动力的关系，又可以有一定程度的相对位移。 如常见的联轴器，刚性联轴器将两个部分用螺栓紧固，这样的安装要求同心度极高，稍有误差，机械就会震动，而且寿命不长。 挠性联轴器就有措施，在联轴器的两部分之间，使用滑块、弹性柱销、木销或万向节等，即传递了动力，也满足了设备的使用要求。 刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联 两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。属于刚性联轴器的 有套筒联轴器、夹壳联轴器和凸缘联轴器等。其它联轴器都是挠性联轴器了． 企业设备振动故障诊断 相对标准的建立及应用 陈兆虎李兰儒张红 摘要本文结合克拉玛依石化厂实际情况，从安全性、经济性出发，叙述建立适合现代企业设备管理维修的动设备振动故障诊断相对标准的方法，以及相对标准应用效果。 一、设备振动故障诊断标准 1.标准的类型及理论依据 标准有绝对标准和相对标准两大类型。绝对标准就是人们常说的国际标准。各种转动机械的振源主要来自结构设计，制造、安装质量，调试情况和环境本身。振动的存在必然不同程度引起设备自身及其附属管线的结构疲劳和损伤。美国齿轮制造协会(AGMA)提出在低频域(10Hz以下)，以位移作为振动标准；中频域(10Hz～1kHz)，以速度作为振动标准；而高频域(1kHz以上)则以加速度作为标准。 理论已经证明，振动部件的疲劳与振动速度成正比，振动所产生的能量与振动速度的平方成正比，能量传递的结果必然造成磨损或其它缺陷。因此，在振动判断标准中，无论从疲劳损伤还是磨损等缺陷来说，以振动速度标准最为适宜。 )标准mm/s 表1 电动机器振动(v rms
（共计15分） 故系统的周期为 2.重物m 1悬挂在刚度为k 的弹簧上，并处于静平衡位置，另一重物m 2 从高度为h 处自由落到m i 上无弹跳，如图2所示，求其后的运动。（共 计15分） 解：根据题意，取M=M 1+m 2所处的平衡位置为原点，向下为正，得系 统运动的微分方程为: =詈cos （pZ t ） jl^sin （pZ t ） k m 1 m 2 . k . m, m 2 3.如图3所示系统两个圆盘的半径为r ,设 I 1 I 2 I,k 1 k 2 k,k 3 3k,求系统的固有频率和振型。（共计15分） 解：取1, 2为系 统的广义坐标， 系统的动能为 E T I 1 12 212 22 11 （ 12 22） 振动分析与实验基础课程考试 3答案 1.求如图1所示系统的周期，三个弹簧都成铅垂, 且k 2 2k 〔 ， k g k 〔 o 解: 等效刚度二一1— 1 1 (-—) k 1 k 2 k 3 永1 5k 1 k m 3m 解得 x x 0cos n t —°sin n t n T 乙2 n
2). 1 2 1 2 1 2 U 尹i (r J 2 步(「! r 2)2 尹(「2)2 系统的特征方程为: 在频率比/ n = , 2时，恒有X A 2).在/ n V 、2 , X/A 随E 增大而减小，而在 / n > 2 , X/A 随 E 增大而增大 (共计15分) 证明：1).因—<1 (2 / n )2|H() A^ 1 故当 / n = 2 时， |H(W )| .—. V 1 (2 J 2)2 所以，X 1 (2 2 )2 1,故无论阻尼比E 取何值恒有 X/A A ；1 (2 厨 (2 / n )2 ( / n )2 2( / n )2 1 (2 / n )2 (1 ( / n )2)2 (2 / n )2'2 系统的势能为 从而可得 k 1r 2 k 2r 2 k 2r 2 k 2r 2 k 2r 2 k 3r 2 2kr 2 kr 2 kr 2 4kr 2 得 W 12 (3 .2)牛 (3 其振型分别为：U 1 u 2 4. H( )| 1 (2 / n )2, |H( )| 1/ . 1-( / n ) 2 2 (2 / n )2 证明: 1).无论阻尼比E 取何值,
机械设备振动标准 它是指导我们的状态监测行为的规范 最终目标：我们要建立起自己的每台设备的标准（除了新安装的设备）。 ?监测点选择、图形标注、现场标注。 ?振动监测参数的选择：做一些调整：长度、频率范围 ?状态判断标准和报警的设置 1 设备振动测点的选择与标注 1.1监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动。铅垂方向标注为V，水平方向标注为H，轴线方向标注为A，见图6-1。 图6-1 监测点选择
图6-2在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图 1.2 振动监测点的标注 （1）卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001开始，朝着被驱动设备，按数字次序排列，直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动)机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3～6-5。 图6-3 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注
图6-5 振动监测点的标注 （2）立式机器 遵循与卧式机器同样的约定。 1.3 现场机器测点标注方法 机壳振动测点的标注可以用油漆标注，也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标注。采用钢盘时，机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm，直径30mm，用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。 2 设备振动监测周期的确定 振动监测周期设置过长，容易捕捉不到设备开始劣化信息，周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期。在确定设备监测周期时，应遵守以下原则； 1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次），待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长。 2）检测周期应尽量固定。 3）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为7至14天；对接近或高于3000转/分的高速旋转设备，应至少每周监测1次。 4）对车间级设备监测，监测周期一般可定为每天1次或每班1次。 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期。如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修。如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为1天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择
关于汽车的振动的分析 汽车振动系统是由多个子系统组成的具有质量、弹簧和阻尼的复杂的振动系统。汽车振动源主要有：路面和非路面对悬架的作用、发动机运动件的不平衡旋转和往复运动、曲轴的变动气体负荷、气门组惯性力和弹性力、变速器啮合齿轮副的负荷作用、传动轴等速万向节的变动力矩等。 在汽车工程中,多数振动是连续扰动力,而其他一些则是汽车承受的冲击力和短时间的瞬态振动力。振动又可分为周期性的和随机性的,发动机旋转质量的不平衡转动是周期振动的典型例子,而随机振动主要是由路面不平引起的。所有质量--弹性系统都有自己的固有频率,如果作用于系统的干扰频率接近振动系统的固有频率,就会发生共振现象。因此即使自身具有抗干扰能力的系统,装配到汽车上时仍有可能产生振动问题,这就要求在设计阶段准确建立系统模型及运动方程,分析自由振动特性和受迫振动响应,研究控制振动的方法。 汽车振动按照频率范围可分为： 1、影响行驶平顺性的低频振动：它产生的主要振源由于路面不平度激励使得汽车非悬挂质量共振和发动机低频刚体振动，从而引起悬架上过大的振动和人体座椅系统的共振造成人体的不舒适，其敏感频率主要在1-8Hz(最新的研究表明：当考虑人体不同方向的响应时可到16Hz)。对于乘员其评价指标一般是：针对载货汽车的疲劳降低工效界限和针对乘用汽车的疲劳降低舒适界限，或直接采用人体加权加速度均方根值进行评价；对于货物其评价指标是：车箱典型部位的均方根加速度。由于该指标于人体生理主观反映密切相关，因此试验和评价往往采用测试和主观评价相结
合。 2、车身结构振动和低频噪声：大的车身结构振动，不仅引起自身结构的疲劳损坏，而且更是车内低频结构辐射噪声源。其频率主要分布在20—80Hz 的频带内。由两方面引起：(1)激励源；主要有：道路激励、动力传动系统尤其是动力不平衡和燃烧所产生的各阶激励、空气动力激励；(2)车身结构和主要激励源系统的结构动力特性匹配不合理引起的路径传递放大。当前对于低频结构振动和噪声分析研究的方法有：计算预测分析，(1)基于有限元方法通过建立结构动力学模型取得结构固有振动模态参数对结构动力学特性进行评价，通过试验载荷分析得到振动激励并结合结构动力学模型计算振动响应；(2)基于有限元和边界元的系统声学特性计算和声响应计算。试验分析：(1)各种结构振动和声学系统的导纳测量和模态分析；(2)基于实际运行响应的工作振型分析；(3)基于机械和声学导纳测量的声学寄予率分析； 3、各种操纵机构的振动：操纵机构的振动主要是因为其安装吊挂刚度偏低或自身结构动力特性不当或车身振动过大而产生，它不仅容易使驾驶者疲劳严重时可能使操纵失控。对于这些振动各企业都有相应得评价和限值规定。最为典型的是方向盘(线性)振动(转向管柱振动)，其产生的主要原因是方向盘及管柱安装总成与车身振动或其它激励源发生共振；另一重要的振动现象是行驶过程中的方向盘旋转振动(即：方向盘及转向轮摆振)。其产生的原因是：行驶过程中转向轮的跳动与自身的转动而产生的陀螺效应引起转向轮的波动并被转向结构放大从而引起方向盘旋转振动。 4、空气声：车内空气声是由于隔声吸声措施不当从而使得动力传动
机械振动基础试卷 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
振动分析与实验基础课程考试试卷 1 1. 设有两个刚度分别为21,k k 的线性弹簧如图1所示， 试证明：1）它们并联时的总刚度eq k 为： 2）它们串联时的总刚度eq k 为： (共计15分) 2. 弹簧下悬挂一物体，弹簧静伸长为δ，设将物体向下拉，使弹簧有静 伸长3δ，然后无初速度地释放，求此后的运动方程。 (共计15分) 3. 求如图2所示系统微幅扭振的周期。图中两个摩擦轮可分别绕水平轴1O ，2O 转动，它们相互啮合，不能相对滑动，在图示位置（半径1O A 与2O B 在同一水平线上），弹簧不受力。摩擦轮可以看做等厚均质圆盘， 质量分别为1m ,2m 。(共计15分) 4. 试证明：对数衰减率也可用下式表示 n n x x l n 01=δ （式中n x 是经过n 个循环后的振幅）。 并给出在阻尼比ξ为0.01，0.1，0.3时振幅减小到50%以下所需要的循环数。(共计15分) 5. 如图3所示的扭振系统，设, 221I I =12t t K K = 1).写出系统的刚度矩阵和质量矩阵。 2).写出系统的频率方程并求出固有频率和振型，画出振型图。 (共计15分) 6. 证明：对系统的任一位移{}x ，Rayleigh 商 满足221)(n x R ωω≤≤
这里[]K和[]M分别是系统的刚度矩阵和质量矩阵，1ω和nω分别是系统的最低和最高固有频率。(共计15分) 7. 求整流正弦波 T tπ A x(t) 2 sin =的均值，均方值和方差。(共计10分)
振动测试必须知道的27个基本常识 (2015-12-16 10:52:39) 转载▼ 标签： 杂谈 1、什么是振动 振动是机械系统中运动量（位移，速度和加速度）的振荡现象。 2、振动实验的目的 振动试验的目的是模拟一连串振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验，也能确定产品设计和功能的要求标准。振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来，并评估其不良品的失效分析使其成为高水平，高可靠性的产品。 3、振动分几种 振动分确定性振动和随机振动两种。 4、什么是正弦振动 能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。例如凡是旋转、脉动、振荡（在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的）所产生的振动均是正弦振动。 5、正弦振动的目的 正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响，并考核其适应性。 6、正弦振动的试验条件 正弦振动试验的验条件（严酷等级）由振动频率范围、振动量、试验持续时间（次数）共同确定。 7、什么是振动频率范围 振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。例如：试验频率范围5-50Hz，表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。 8、什么是频率 频率：每秒振动的次数.单位：Hz。 9、什么是振动量
振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。加速度：表示速度对时间倒数的矢量。加速度单位:g或m/s2速度：在数值上等于单位时间内通过的路程位移：表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。位移单位:mm 10、什么是试验持续时间 振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。 11、什么是扫频循环 扫频循环：在规定的频率范围内往返扫描一次：例如：5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz 扫描到50Hz后再扫描到5Hz。 12、什么是重力加速度 重力加速度：物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。1gn=10m/s2（GB/T 2422-1995 电工电子产品环境试验术语） 13、扫描方式分几种 线性扫描：是线性的，即单位时间扫过多少赫兹，单位是Hz/s或Hz/min，这种扫描用于细找共振频率的试验。对数扫描：频率变化按对数变化，扫描率可以是oct/min ，对数扫描的意思是相同的时间扫过的频率倍频程数是相同的。 14、什么是扫描速度 扫描速度(sweep speed):指从最低频率扫描到最高频率的速度。有以下几种：1）oct/min:多少倍频程每分钟。例:1oct/min,5Hz到10Hz需1分钟,10Hz到20Hz需1分钟。2）min/sweep:多少分钟每次扫频。例:5-500Hz,扫描速度:1分钟/sweep,表示从5Hz到500Hz需1分钟。3）Hz/s:多少Hz每秒。例:5-10Hz,扫描速度:1Hz/s,表示5Hz到6Hz需1秒,6Hz到7Hz需1秒。 15、振动试验中有几个方向 除有关规范另有规定外，应在产品的三个互相垂直方向上进行振动试验。一般定义产品长边为X轴向，短边为Y轴向，产品正常摆放上下为Z轴向。 16、什么是交越频率 交越频率：在振动试验中由一种振动特性量变为另一种振动特性量的频率。如交越频率由等位移——频率关系变为等加速度——频率关系时的频率。 17、为什么要共振搜寻 一般待测物上有各种零组件，而每一个不同的零组件，皆有其不同的共振频率，同时会因形状、重量、固定方式不同而在振动发生时产生不同的共振频率及放大
汽车的振动测试技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
汽车的振动测试技术 汽车供应商们采用先进的振动测试技术来保证汽车在行驶中的安静和平稳。汽车上的零件和组装件必须经受振动可控测试技术的检验。 汽车内部从仪表板到桌椅，从安全气囊传感器到引擎注油泵，诸多零部件都要经过精确振动模式和幅度的测试。 在有些情况下，要用振动测试法验证汽车的各种装置在一般路面条件下不会损坏。在另一些情况下，通过振动测试来识别机械发出的烦人的噪声。 在振动控制的工业中，开发成功的数字信号处理技术有可能在实验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。今天，振动测试除了使用随机波、正弦波和冲击波的传统方法，又增加了更加复杂的方法，比如随机波上加正弦波和波形复制。 正如名称所示，随机正弦波是把随机振动与正弦波结合起来形成复杂的振动形式；波形复制振动模仿出真实的汽车振动环境。随机正弦波振动把多个正弦波与具有宽频带的噪声结合在一起。正弦波振动可以是固定的或者是扫描式的谐波或非谐波振动，而且在整个频带内的振动幅度是可变的。就模仿在路面变化行驶中的随机振动的汽车来说，其引擎转速增加或减少时，随机正弦波振动是很好的测试方法。 实际应用 采用随机正弦波振动和波形复制方法对汽车进行测试，可真实地再现汽车行驶中的实际环境，用作设计验证和质量控制。 ?仪表板 许多汽车制造厂对仪表板组件进行振动测试以检查其发出的咯吱声和卡嗒声。这一项是新车购买者可能最不满意的地方，在保证金中占很大份额。 为了测试建造了专用振动台，它不使用风扇，为的是造成清静的环境来验证振动中的仪表板是否有咯吱声和卡嗒声。因为没有通风散热，只能在温升超过工作温度时做短时间的振动测试，然后测试要暂停一会儿让设备冷却下来。 除振动台外，所有能发出噪声的仪器设备，包括振动台的控制器都应放在测试室的列边。遥控面板和显示器要悬挂在测试装置的上面，便于工作人员能听见噪声并控制测试过程。 用于检验咯吱声和卡嗒声的振动模式，由随机波、扫描正弦波和代表负荷的多段波形所构成。其振动幅度要控制在汽车正常行驶中的额定实验值内。为了避免振动过于猛烈。要维修部件并做好紧固工作。 在振动测试中，操作人员起着关键性的作用，例如施加扫描式正弦波来重复加速引擎的振动模式，此时可能要加上几次扫频来发现异常的噪声。由于咯吱声和卡嗒声难于发现起因，操作者必须停止对仪表板做下一步的操作，并且用于动方式来控制振动频率和振幅，检查产生噪音的真正原因。这样才能找到产生噪声的机理，许多设备生产厂也采用这种方法作为质量控制的手段。
振动量的常用测量方法三种: 1.机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。 2.电测法：将振动参量(位移、速度、加速度)转换成电信号，经电子系统 放大后进行测量记录的方法。 3.光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记 录。 直接为震动试验提供振动源的设备是激振设备，包括：振动台和激振器两类；有机械式、电动式、电动液压式、压电式。 1.机械式振动台的工作原理: (1)离心式：利用偏心块绕定轴转动，产生离心力。质量为m,偏心 距r的质量块，以角速度3绕0转动，产生离心力 F x F cos t mr 2 cos t 2 F y F sin t mr sin t 为了产生单一方向激振力，将其设计成双轴式结构，即把两偏 心块对称地安装在两轴上，并使偏心块作反向同角速度的旋转。水平 分力相互抵消，只剩下按正弦规律变化的垂直激振力 通常偏心质量块由活动扇形块与固定扇形块构成
的角度，则可以改变激振力值，也就是台面的振幅值。当180时, 离心力为最大，此时激振力为： 当°,台面的振幅不随激振频率改变, 同偏心质量、偏心距成正 F 2mr sin t 振动台的运动方程：My ky F 台面的振幅：A2m r 22 M( 2o) m每组偏心块的质量；r偏心距；M 0 为振台的固有频率； 运动部分的总质量 2mr M (2.)凸轮式振动台: 台面振幅由偏心距r决定：y rsin t ,频率由直流电机的转速决定。为了调节振幅，常用同轴的双凸轮装置。通过调节内外两凸轮的相对位置调节凸轮的偏心距，即调节了振幅。 机械式振动台的特点： 简单、可靠，承载力较大。由于旋转机构的惯性大，所以工作的频率不高，低于50~60H N另外，机件之间存在加工间隙，工作时会引起碰撞，影响台面波形。用于中小型模型试验，也用于对产品作环境实验 2.电磁式振动台： 电磁式振动台是把交变的电量变为交变的机械量的装置。利用带 电导线在磁场里受到安培力的作用，使得导线产生运动的原理制成 F 0.102BLI 10
《机械振动》单元测试题(含答案) 一、机械振动选择题 1．甲、乙两弹簧振子，振动图象如图所示，则可知（） A．甲的速度为零时，乙的速度最大 B．甲的加速度最小时，乙的速度最小 C．任一时刻两个振子受到的回复力都不相同 D．两个振子的振动频率之比f甲：f乙=1：2 E.两个振子的振幅之比为A甲：A乙=2：1 2．如图所示,甲、乙两物块在两根相同的弹簧和一根张紧的细线作用下静止在光滑水平面上,已知甲的质量小于乙的质量．当细线突然断开斤两物块都开始做简谐运动,在运动过程中（） A．甲的最大速度大于乙的最大速度 B．甲的最大速度小于乙的最大速度 C．甲的振幅大于乙的振幅 D．甲的振幅小于乙的振幅 3．甲、乙两单摆的振动图像如图所示，由图像可知 A．甲、乙两单摆的周期之比是3:2 B．甲、乙两单摆的摆长之比是2:3 C．t b时刻甲、乙两摆球的速度相同D．t a时刻甲、乙两单摆的摆角不等 4．在科学研究中，科学家常将未知现象同已知现象进行比较，找出其共同点，进一步推测未知现象的特性和规律．法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引力问题时，曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系．已知单摆摆长为l，引力常量为G，地球质量为M，摆球到地心的距离为r，则单摆振动周期T与距离r的关系式为() A．T=2GM l B．T=2 l GM
C ．T = 2πGM r l D ．T =2πl r GM 5．用图甲所示的装置可以测量物体做匀加速直线运动的加速度，用装有墨水的小漏斗和细线做成单摆，水平纸带中央的虚线在单摆平衡位置的正下方。物体带动纸带一起向左运动时，让单摆小幅度前后摆动，于是在纸带上留下如图所示的径迹。图乙为某次实验中获得的纸带的俯视图，径迹与中央虚线的交点分别为A 、B 、C 、D ，用刻度尺测出A 、B 间的距离为x 1；C 、D 间的距离为x 2。已知单摆的摆长为L ，重力加速度为g ，则此次实验中测得的物体的加速度为（ ） A ． 212 ()x x g L π- B ． 212 ()2x x g L π- C ． 212 ()4x x g L π- D ． 212 ()8x x g L π- 6．如图所示，将小球甲、乙、丙（都可视为质点）分别从A 、B 、C 三点由静止同时释放，最后都到达竖直面内圆弧的最低点D ，其中甲是从圆心A 出发做自由落体运动，乙沿弦轨道从一端B 到达最低点D ，丙沿圆弧轨道从C 点运动到D ，且C 点很靠近D 点，如果忽略一切摩擦阻力，那么下列判断正确的是（ ） A ．丙球最先到达D 点，乙球最后到达D 点 B ．甲球最先到达D 点，乙球最后到达D 点 C ．甲球最先到达 D 点，丙球最后到达D 点 D ．甲球最先到达D 点，无法判断哪个球最后到达D 点 7．如图1所示，轻弹簧上端固定，下端悬吊一个钢球，把钢球从平衡位置向下拉下一段距离A ，由静止释放。以钢球的平衡位置为坐标原点，竖直向上为正方向建立x 轴，当钢球在振动过程中某一次经过平衡位置时开始计时，钢球运动的位移—时间图像如图2所示。已知钢球振动过程中弹簧始终处于拉伸状态，则（ ） A ．1t 时刻钢球处于超重状态
JLYY—JT —08 乘用车基本振动测量 编制： 校对： 审核： 审定： 标准： 批准： 浙江吉利汽车研究院有限公司 二〇〇八年六月 前言 为统一吉利汽车研究院对乘用车基本振动性能的测量，用以评价汽车的振动性能。根据本企业现有技术条件，制定出本标准。 本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。 本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部负责起草。 本标准主要起草人：胡寿品。 本标准于2008年6月1日发布实施。 Ⅰ1 范围 本标准规定了车辆基本振动性能测量的测量方法和测量条件等内容。 本方法适当乘用车和小型商用车的汽车基本振动性能的测量。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB /T 2298-1991 机械振动与冲击术语 3 定义 功率谱 针对功率有限的信号，所表现的单位频带内信号功率随频率的变换情况的。 振动方向 X向：由汽车的前端指向汽车的尾部，平行于水平参考平面。 Y向：驾驶员侧指向副驾驶员侧（对于右置方向盘车，则由副驾驶员侧指向驾驶员侧），平行于汽车水平参考面，与X方向垂直。 Z向：垂直于汽车水平参考平面。 图1：振动方向 阶次切片 在指定的阶次内，测量信号的能量随已知的周期运动频率的变化。 4 测量仪器 振动测量仪器 振动测量仪器通常由数据测量分析系统、数据采集系统、振动加速度传感器（包括电荷放大器）共4页第1 页 组成。整个测量应有足够大的动态响应范围，具振动信号的频谱分析功能和有效值的计算功能以及振动的阶次跟踪测量分析的能力。如LMS的SCADAS 305 数据采集系统+–Signature Acquisition RT 可以满足使用要求。 测量振动加速度传感器应优先选择三轴加速度传感器，频响误差不大于±5%的有效测量频率范围必须覆盖5—2000 Hz。传感器质量不得大于20g，以减小对被测部件的影响。对于受条件限制，在没有三轴加速度传感器的情况下，允许使用三个单向加速度传感器组合在一起使用，但其性能不得低于规定。 3振动测量仪器每年至少需要进行一次计量检定，且在有效期使用期内。 转速测量仪器 用于测量发动机转速的转速仪的测量精度±%。不得使用车上的同类仪表作为测量数据的输入。 气象仪 测温装置：精度在±1以内。 测风速装置：精度在±3％以内。 5 测量条件
振动量的常用测量方法三种： 1． 机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。 2． 电测法：将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电信号，经电子系统放大后进行测 量记录的方法。 3． 光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记录。 直接为震动试验提供振动源的设备是激振设备，包括：振动台和激振器两类；有机械式、电动式、电动液压式、压电式。 1． 机械式振动台的工作原理： （1） 离心式：利用偏心块绕定轴转动，产生离心力。质量为m,偏心距r 的质量块，以角 速度ω绕O 转动，产生离心力 t m r t F F t m r t F F y x ωωωωωωsin sin cos cos 22==== 为了产生单一方向激振力，将其设计成双轴式结构，即把两偏心块对称地安装在两轴上，并使偏心块作反向同角速度的旋转。水平分力相互抵消，只剩下按正弦规律变化的垂直激振力。 通常偏心质量块由活动扇形块与固定扇形块构成。若改变活动扇形块的角度α ，则可以改变激振力值，也就是台面的振幅值。当 180=α时，离心力为最大，此时激振力为： t mr F ωωsin 22= 振动台的运动方程： F ky y M -=+ 台面的振幅： ) (22022 ωωω-=M mr A M k =0ω为振台的固有频率；m 每组偏心块的质量；r 偏心距；M 运动部分的总质量 当0ωω>>，台面的振幅不随激振频率改变，同偏心质量、偏心距成正比M mr A 2= 。
（2．）凸轮式振动台： 台面振幅由偏心距r 决定：t r y ωsin =，频率由直流电机的转速决定。为了调节振幅，常用同轴的双凸轮装置。通过调节内外两凸轮的相对位置调节凸轮的偏心距，即调节了振幅。 机械式振动台的特点： 简单、可靠，承载力较大。由于旋转机构的惯性大，所以工作的频率不高，低于50~60Hz 。另外，机件之间存在加工间隙，工作时会引起碰撞，影响台面波形。用于中小型模型试验，也用于对产品作环境实验。 2． 电磁式振动台： 电磁式振动台是把交变的电量变为交变的机械量的装置。利用带电导线在磁场里受到安培力的作用，使得导线产生运动的原理制成的。 410102.0-?=BLI F B ——磁场强度 L ——导线有效长度 I ——导线内电流强度 改变磁力线圈中电流的频率及强度，就能改变振动台振动的频率及幅值。 3． 电气液压式振动台 工作过程：电信号转化为大功率液压信号，液压油进入激振器，激振器带动台面按照输入电信号的规律振动。 4． 大型模拟地震振动台 地震荷载是因地面运动而引起的一种惯性力，仅用激振器所产生的集中力来模拟地震力是不确切的。大型模拟地震振动台可以模拟地震运动，具有大振幅、大出力、多方向震动及频率低的特点。