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机械振动基础实验报告


《机械振动基础》实验报告
(2014 年春季学期)

姓 学 班 专

名 号 级 业 1108103 班 机械设计制造及其自动化 2014 年 4 月 23 日

报告提交日期

哈尔滨工业大学

《机械振动基础》实验报告

报告要求
1. 实验报告统一用该模板撰写,必须包含以下内容: (1) 实验名称 (2) 实验器材 (3) 实验原理 (4) 实验过程 (5) 实验结果及分析 (6) 认识体会、意见与建议等 2. 正文格式:四号字体,行距为 1.25 倍行距; 3. 用 A4 纸单面打印;左侧装订; 4. 报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档,电子文档由班长收 齐,统一发送至:shanxiaobiao@hit.edu.cn。 5. 此页不得删除。

评语:

实验一成绩(9 分) : 实验二成绩(6 分) : 总分(15 分) :

教师签名:







1

《机械振动基础》实验报告

实验一报告正文
一、 二、 实验名称:机械振动的压电传感器测量及分析 实验器材 1套 1套 1只 1台 l台 l台 l台 l套 l套

1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 2、激振器 3、加速度传感器 4、电荷放大器 5、信号发生器 6、示波器 7、电脑 8、NI9215 数据采集测试软件 9、NI9215 数据采集卡 三、 实验原理

信号发生器发出简谐振动信号,经过功率放大器放大,将简谐激励信号施加 到电磁激振器上, 电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂 梁。压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上,可以观测悬臂梁的振动情况;另 一方面, 加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上,将加速度传感器与电荷放大 器连接,将电荷放大器与数据采集系统连接,并将数据采集系统连接到计算机 (PC 机)上,操作 NI9215 数据采集测试软件,得到机械系统的振动响应变化曲 线,可以观测电磁激振器的振动信号,并与信号发生器的激励信号作对比。实验 中的 YD64-310 型压电式加速度计测得的加速度信号由 DHF-2 型电荷放大器后 转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图 1 所示。
CF RF Ca Cc Ci
0

q
0

0

uo

Ra 传感器

Rc 电缆

Ri 电荷放大级

图 1 加速度传感器经电荷放大的等效电路

压电悬臂梁的简谐振动振幅与频率测量实验原理如图 2 所示, 实验连接图如 图 3 所示。
2

《机械振动基础》实验报告

电脑

数据采 集卡

电荷放 大器

加速度 传感器

压电悬臂梁

信号 发生器

功率 放大器

激振器

示波器

图 2 简谐振动振幅与频率测量原理图
信号发生器 功率放大器

电荷放大器

压电俘能器器

加速度传感器

电磁激振器

数据采集卡

示波器

电脑

图 3 实验连接图

四、

实验过程

打开所有仪器电源,将 DG-1022 型信号发生器的幅值旋钮调至最小,采用 正弦激励信号, DHF-2 型电荷放大器设置为 100mv/UNIT。设置信号发生器为 “手动”模式,调节“手动扫频”至固定频率(20~80Hz 任意自选),调节幅值旋 钮使其输出电压为 2V。 利用 HEA-200C 型功率放大器调节信号输入使其加速度保持为 10m/s2,最 后激振器振动后, 压电悬臂梁装置通过将振动的机械能转化为电能,并接到示波 器上,观察随激励振动产生的交变电压。 观察示波器的电流变化并记录电脑软件界面的频率和幅值。

3

《机械振动基础》实验报告

重复步骤 3 次,制成表格后计算平均值。 五、 实验结果及分析
数组 频率 采集电压 V 1 32 -6.65281 2 20 -3.48455 3 40 -7.41373 平均值 30.7 -5.85036

实验结果如下图:

从图中可以看出,三次试验频率为 32Hz、20Hz、40Hz,对应峰值电压分别 为-6.65281v、-3.48455 v 、 -7.41373v ,求得频率均值为 30.7Hz ,电压均值为
-5.85036v。

4

《机械振动基础》实验报告

六、

认识体会、意见与建议等

通过本次试验, 我们对机械振动学有了更加形象具体的理解,此次试验也激 发了我们对机械振动学习的兴趣。实验中独自操作实验器械探索实验乐趣,增强 了我们的动手操作能力,培养了我们勇于探索、敢于尝试的良好实验素养。 由于实验前对实验内容没有进行充分的预习, 试验中又没有对实验要求有一 个明确的认识, 导致我们在实验中测得的数据与实验指导书中所要求的有一定差 别,进而使实验数据处理遇到了问题,造成了小小缺憾。 机械振动基础是一门新开的课程,所以难免遇到一些问题。在平时教学中, 由于推荐课本与老师讲授内容并不协调,而且这门课程对我们来说有比较陌生, 导致我们并没有从中汲取到应该学到的知识,而是打了个大大的折扣,使得这门 课程的意义受到很大影响;在此次实验中,由于实验前没有得到实验指导书,试 验中并没有按指导书进行, 对实验应该掌握的内容并未完全掌握,所以一定意义 上讲实验的目的并未真正达到。 相信随着教学的完善,以后我们的学弟学妹们能 有更大的收获。

5

《机械振动基础》实验报告

实验二报告正文
一、 二、 实验名称:用激光测振仪测试超声马达的振动模态(演示实验) 实验器材 1台 1套

1、POLYTEC 扫描式激光测振仪 PSV-400 2、机械振动综台实验装置(压电换能器) 三、 实验原理

激光测量是一种非接触式测量,其测量精度高、测量动态范围大,同时 不影响被测物体的运动, 具有很高的空间分辨率。 因此特别适合测量频率高、 要求频率分辨率高、测量频率范围宽的光存储系统振动测量。 激光多普勒干涉技术用于振动测量的原理是:光源发射一束频率为 f0 的 光照射到物 体表面,根据多普勒原理,运动物体接收到光信号后把它反射出 来,在 H2 的方向光接收器接收到频率为 f 光波信号,其频率随运动物体速度 增加而增加。即速度为 v 的运动物体产生的多普勒频移为 df。根据激光多普 勒干涉技术的激光振动测量仪 (包括单点和全场 )的工作过程为 : 激光器发出 的激光经过透 镜分成两束光(见图 3),图 3 中光束 1 是参考光束,直接被光 检测器接收;另一束光经过一对可摆动的透镜照射在物体表面上,受运动物 体表面粒子散射或反射的光为光束 2,它被集光镜收集后由光检测器接收, 经过干涉产生正比于运动物体速度的多普勒信号,通过频率和相位解调便可 得到运动物体速度和位移的时间历程信号。

图 3 激光多普勒测振基本原理

四、

实验过程

全班同学在实验老师的讲解、指导及演示下,观察了扫描式激光测振仪测量 机械振动系统的固有频率及模态,了解了扫描式激光测振仪的工作原理,熟悉并 掌握了扫描式激光测振仪的使用方法,以及械系统振动模态测定的工程应用。 五、 实验结果及分析 二阶弯振复合超声电机的竖直二阶弯振图如下:

6

《机械振动基础》实验报告

从图中可得下表:
模态 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶

频率/kHz

12.5

23.2

26.5

27.3

33.9

二阶弯振复合超声电机的竖直一阶弯振图如下:

从图中可得下表:

7

《机械振动基础》实验报告
模态 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶

频率/kHz

12.5

23.2

26.5

27.3

33.9

二阶弯振复合超声电机的水平二阶弯振图如下:

从图中可得下表:
模态 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶

频率/kHz

21.2

23.3

26.5

33.9

43.5

二阶弯振复合超声电机的水平一阶弯振图如下:

8

《机械振动基础》实验报告

从图中可得下表:
模态 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶

频率/kHz

21.2

23.3

26.5

33.9

43.5

一阶弯振复合超声电机的水平一阶弯振图如下:

从图中可得下表:

9

《机械振动基础》实验报告 模态 频率 1阶 25.4 2阶 36.2 3阶 45.5

一阶弯振复合超声电机的竖直一阶弯振图如下:

从图中可得下表:
模态 频率 1阶 23.8 2阶 45.8 3阶 46.9

六、

认识体会、意见与建议等

此次观摩实验,开拓了我们的视野,增长了我们的见识,激发了我们学习的 兴趣。但是,由于基础知识的欠缺,我们对实验中一阶弯振、二阶弯振,水平弯 振、 竖直弯振并没有一个完整清晰的认识,以致在实验结束后对实验内容感觉还 是模模糊糊,不明所以。希望在以后的教学中能有所改进,在实验中不只是对实 验过程讲解,对实验内容也能进行说明。

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