振动系统固有频率的测试v1.外形尺寸：弹性系数大频率低，面积大频率低、长度短频 率低。v 2.质地晶格结构和外形：不同的原子面对应的外形频率不同 。（石英晶振有AT、BT、SC等不同多种切割方法） v3.温度：温度高低对谐振体内部晶格排列有影响故而影响频 率。 v4.硬度：硬度高、频率高 v5谐振体（谐振腔）的环境参照（或叫作支点）：谐振体单 端支点、中心支点等都会影响其频率。 计算频率公式计算误 差较大，一般使用特定温度、电压等外界条件后，使用频率 计来实测比较准确。 v汽车转向系统固有频率检测作者：王 鑫 文章来源：北方重工沈矿集团 有限责任公司汽车转向系统分公司 点击数：1527 更新时间：2009-5- 21 图1 检测仪器操作台 v锤击法固有频率测试分析系统又称锤击法振动测试系统，在实验分析中的 主要目的是计算出结构的固有频率。采用锤击法振动测试系统来测量结构 的固有频率具有极好的经济性，是理想的振动测试方法。v NVH是噪声(Noise)、振动(Vibration)与舒适性(Harshness)的英文缩写 ，由于三者在汽车等机械振动中同时出现且密不可分，因此常把它们放在 一起进行研究，并统称为车辆的NVH问题。由于车辆的NVH问题日益受 到消费者的普遍关注，因此该问题也成为国内外汽车业各大整车、零部件 生产企业关注的重点。v 人们在汽车中的舒适性感受都属于车辆NVH问题研究的范畴，并可从不 同角度对其进行分析和解决，既可以是系统的，又可以是独立的。从感受 不舒适的地方开始，判断振动的起源，分析噪声传播的途径等，最后做出 解决问题的方案。为整车制造厂提供汽车零部件的生产企业同样也会遇到 NVH问题。以我厂生产的汽车转向管柱产品为例，可以通过对转向操纵机 构和仪表板进行有限元分析，使转向管柱、方向盘的固有频率移出激励频 率范围，并保证仪表板的响应振幅最小。v对汽车转向管柱、方向盘进行固有频率的检测，主 要目的是进一步确认汽车零部件产品的固有频率是 否在激励频率范围以外，是对车辆NVH问题解决的 结果进行验证。检测方法v锤击法固有频率测试分析系统又称锤击法振动测试 系统，在实验分析中的主要目的是计算出结构的固 有频率。采用锤击法振动测试系统来测量结构的固 有频率是经济、理想的振动测试方法。系统实现了 激振(如力锤敲击)和响应，并在电脑上实时显示频 率响应曲线，计算出传递函数等各种谱分析。锤击 法振动测试系统采用高速、高精度的便携式USB接 口数据采集器，便于在试验室使用或者现场测试。v检测仪器v采用锤法进行固有频率检测的仪器包括：数 据采集与信号分析仪（型号：AVANT Lite MI -6004）；调理放大器（型号：AVANT MI- 2004）；力锤(型号：LC-02A)；加速度传感 器(型号：CA-YD-185)，具体如图1所示v检测程序 v1.检测件安装v将检测件固定在检测平台上，在检测件的安装孔上进行固定夹紧，检测件悬挂部分用 砂袋压紧。检测件的安装如图2所示。v2.检测仪连接与调对v对检测仪器的连线与接口进行检查(如图3所示)，确认无脱落、松动后，将加速度传感 器安装在测试件方向盘上。打开检测仪通电开关，从桌面上选取动态信号分析调出测 试软件，出现“信号分析软件”窗口，如出现提示框说明检测系统有的仪器开关没打开或 者有的连线有问题，需重新检查，直到出现“信号分析软件”窗口。在“信号分析软件”窗 口选取“模态数据采集”进入到“数据采集”窗口，在“数据采集”窗口中选取“控制工具栏”中 的开始测试开关，测试系统进入到了检测状态。 v3锤击操作v（1）锤击点：在转向管柱的下端选择锤击点。v（2）锤击方向：设垂击方向为垂直，并通过转向管柱的转向轴中心线。v（3）锤击方式：手握击锤分别对检测件进行横向和垂直两个方向的击打。v击锤操作的质量好坏直接关系到整个测试数据的准确性和可靠性。由于击锤操作主要 依靠人为完成，因此人的主观因素影响着击锤的操作质量，如锤击速度的快慢，锤击 力的大小等无法统一到标准参数值以及重复测试很难保证每次锤击点落在同一击点的 准确性等。只能依靠检测人员在检测实践中反复练习、不断摸索积累击锤操作的经验 ，从而不断提高击锤操作的质量，保证整个测试数据的准确性与可靠性。v检测结果v每个测试项目的检测结果都分别进行了三次击锤， 取三次采集数据的平均值：垂直方向击锤检测的固 有频率值为45.04Hz；横向方向检测的固有频率值 为44.68Hz。v以上介绍了我公司的产品试验室对汽车零部件进行 固有频率检测的基本过程，没有对检测结果的具体 数据做进一步研究讨论，目的是让读者对汽车NVH 问题分析有初步的了解。目录一、实验目的二、实验装置三、实验原理四、实验步骤五、实验结果实验目的v1. 学习振动系统固有频率的测试方法；v2. 学习共振动法测试振动固有频率的原理与方法；（幅值判 别法和相位判别法）v3.学习衰减振动波形自谱分析法测试振动系统固有频率的原 理和方法。（自谱分析法）v物体作自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化，又称为 简谐振动。简谐振动的振幅及初相位与振动的初始条件有关 ，振动的周期或频率与初始条件无关，而与系统的固有特性 有关，称为固有频率或者固有周期。 物体频率与它的硬度、 质量、外形尺寸有关，当其发生形变时，弹力使其恢复。弹 力主要与尺寸和硬度有关，质量影响其加速度。同样外形时 ，硬度高的频率高，质量大的频率低。 实验装置v1、振动系统：简支 梁、激振器。v2、测振系统：传感 器、 ZJY-601A型 振动教学实验仪、 INV303系列智能信 号采集处理分析仪 、计算机及DASP大 容量数据采集与信 号处理分析软件。 实验原理实验原理对于振动系统，经常要测定其固有频率 ，最常用的方法就是用简谐力激振，引起 系统共振，从而找到系统的各阶固有频率 。另一种方法是衰减法，用冲击力激振， 通过衰减振动波形自谱分析法测试振动系 统固有频率。实验原理实验原理1. 1. 简谐力激振简谐力激振: :由简谐力作用下的强 迫振动系统如右图，其 运动方程为：KCm方程式的解由自由振动基和强迫振动项两部 分组成。由于阻尼的存在，自由振动基随时间 不断的衰减消失，最后，只剩下强迫振动部分 。实验原理式中：当强迫振动频率和系统固有频率相等时引 起系统共振，共振时振幅和相位都有明显的 变化，通过对这两个参数进行测量，我们可 以判别系统是否达到共振动点，从而确定出 系统的各阶振动频率。强迫振动解可写成：在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振 器的激振频率，通过示波器，我们可以观察到在 某一频 率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增 加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。1.2 1.2 相位判别法相位判别法 1.1 1.1 幅值判别法幅值判别法相位判别法是根据共振时特殊的相位值以及共振动 前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简 谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为 敏感的方法，而且共振的频率就是系统的无阻尼固有 频率，可以排除阻尼因素的影响。实验原理将激振信号输入到采集仪的第一通道（即将激振信号输入到采集仪的第一通道（即X X轴），轴）， 加速度传感器输出信号输入到第二通道（即加速度传感器输出信号输入到第二通道（即Y Y轴），轴）， 此时两通道的信号分别为：此时两通道的信号分别为： 激振信号为：激振信号为：加速度信号为：加速度信号为：加速度判别共振加速度判别共振: :X轴信号和Y轴信号的相位差为90度。根据利萨如 图原理可知，屏幕上的图象应是一个正椭圆。共振时，实验原理实验原理2、自谱分析法:当系统做自由衰减振动时包含了各阶 频率成分，时域波形反映了各阶频率下自 由衰减波形的线性叠加，通过对时域波形 做FFT转换就可以得到其频谱图，从而我 们可以从频谱图中峰值处得到系统的固有 频率。 1 1、幅值判别法测量、幅值判别法测量 1.11.1安装仪器安装仪器把电动接触式激振器安装在底座上，调节电动把电动接触式激振器安装在底座上，调节电动 接触式激振器高度，让接触头对简支梁产生一定接触式激振器高度，让接触头对简支梁产生一定 的预压力，使激振杆上的红线与激振器端面平齐的预压力，使激振杆上的红线与激振器端面平齐 为宜。把激振器的信号输入端用连接线接到为宜。把激振器的信号输入端用连接线接到ZJY-ZJY- 601A601A型振动教学实验仪的功放输出接口。型振动教学实验仪的功放输出接口。把带磁座的加速度传感器放在简支梁上，输简支梁上，输 出信号接到出信号接到ZJY-601AZJY-601A型振动教学实验仪的型振动教学实验仪的加速 度传感器输入端，功能档位拨到加速度档的a加 速度。实验步骤1.21.2开机开机 打开ZJY-601A型振动教学实验仪的电源开关 ，调大功放输出按钮，注意不要过载，从0开始 调节频率按钮，当简支梁产生振动，振动最大 时，记录当前频率。进入进入DASP2000DASP2000标准版软件的主界面，选择标准版软件的主界面，选择 单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形示波单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形示波 。 1.3测量实验步骤2、相位判别别法测测量2.1 将激励信号源输出端信号波形监视，接入采集仪 第一通道（X轴），加速度传感器输出信号经ZJY- 601A型振动教学实验仪后接入采集仪第二通道（Y轴 ）。加速度传感器放在距离梁端1/3处。2.2 用DASP2000标准版双通道中的利莎如图示波， 调节激振器的频率，观察图像的变化情况，用ZJY- 601A型振动教学实验仪加速度档的a进行测量，观察图 像，根据共振时的判别法原理，来确定共振频率。2.3 可通过ZJY-601A型振动教学实验仪“输出增益” 旋钮调节传感器测试通道信号的大小，调节“波形监 视调节”旋钮调节信号源输出信号幅值大小。实验步骤实验步骤3、衰减振动法测量 v3.1安装仪器把带磁座的加速度传感器放在简支梁上， 输出信号接到ZJY-601A型振动教学实验仪的 加速度传感器输入端，功能档位拨到加速度 档的a加速度，输出信号接到采集仪的第一通 道。 3.2 开机进入DASP2000标准版软件的主界面，选择 单通道按钮。进入单通道波谱双显状态示波。3.3 测量敲击简支梁中部，就可看到时域波形和频谱 显示，谱峰就是系统的固有频率。实验步骤实验结果测试方法固有频频率幅值判别法24.3相位判别法24.4自谱判别法24.8