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振動測試中需要掌握的常識(一):幾個基本概念

       振動測試與分析的兩個核心背景知識是機械振動和信號分析,但兩者都具有較強的理論性,讓人難以在短時間內熟練掌握。而實際上,只要了解和掌握機械振動的一些基本概念和常識,便可輕松應對絕大多數測試場合,且能做出準確判斷。本文試圖不使用任何公式,僅從定性角度介紹這些概念和常識,以使讀者能夠快速入門,獨立完成振動測試。

       一、幾個基本概念

       現實世界中,幾乎所有物體或系統都可以振動。物體能不能振動、做什么樣的振動,取決于內部屬性和外在條件,其中,內部屬性包括質量、剛度和阻尼,即振動的三要素,外部條件則為激振力。

       1. 質量

       質量可以近似理解為通常意義上的質量,習慣上使用的單位是千克。“質量大,慣性大”,這是人們熟知的常識,所以,質量對物體振動的影響便表現在慣性上。

       2. 剛度

       剛度指的是物體抵抗彈性變形的能力,可以近似理解為彈性。這里有兩方面含義,第一,物體若能振動,必須有彈性,即受力后能產生變形,力撤掉后又能恢復原狀;第二,剛度值越大,在相同力的作用下,產生的彈性變形量會越小。

       物體只要具有質量和剛度,若外部條件滿足,便可以振動,即無阻尼振動。

       在機床和機器人等設備中,通常要求零部件具有較高的剛度,如機床的主軸、機器人的手臂等,其目的便是減小振動幅度,保證運轉精度。

       3. 阻尼

       阻尼的作用是減小物體振動幅值,有時由物體自身特性決定,如材料、結構物中的結合部位特性等,有時可在物體外部施加阻尼裝置。

       4. 激振力

       只有對物體施加激振力,物體才能振動。根據力值隨時間變化的情況,激振力可以包括脈沖力、周期力和隨機力,而常力(大小不變、方向不變)則不能引發物體的振動(只有在施力和撤力瞬間有振動)。

       在實際當中,脈沖力可以指作用時間非常短促的沖擊力,如錘子敲擊物體時的力、機器中零件相互碰撞的力、車過減速帶時受到的力等。

       對于機械設備來說,激振力通常包括外部負載作用力、內部旋轉零部件質量偏心力、零件間的摩擦力等。

       5. 響應

       在激振力的作用下,物體會產生振動,這便是物體對激振力的響應,有振動測試得到的波形便是測點處的響應波形。物體振動響應的特點由質量、剛度、阻尼和激振力共同決定。這里先介紹一個基本規律,對于線性系振動統來說,響應的頻率與激振力的頻率相等,比如,激振力若是頻率為20Hz的正弦力,則響應也是頻率20Hz的正弦(與激振力很可能存在相位差)波形,若激振力由多個頻率正弦力組成,那么,振動響應中也存在相同頻率的正弦波形。 


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