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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。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1 / 11CWY-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、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)。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”,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
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