機械設(shè)備振動源特性測試方法研究

楊順利 孫君勇

摘 要：機械噪聲作為船舶的主要噪聲源之一，一直是船舶振動降噪研究的重點。設(shè)備激勵特性的精確控制是機械系統(tǒng)定量聲學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)。本文全面介紹了機械設(shè)備的噪聲和振動控制特性，包括其傳遞噪聲和振動能量的能力、不同條件下電源的性能特性以及與裝配基座的連接特性。它在振動能量、振動和聲輻射等領(lǐng)域具有重要的研究價值。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)備;振動源;特性測試

1機械設(shè)備激勵特性的概述

為了描述機械設(shè)備的振動激勵特性，主要問題是確定哪些參數(shù)代表聲源的強度特性，以及如何通過簡單的技術(shù)或理論獲得這些參數(shù)的數(shù)據(jù)。這些參數(shù)應(yīng)用于相同的類型或比例對設(shè)備進行比較或與邊界曲線進行比較，并為開發(fā)低噪聲振動系統(tǒng)和聲學(xué)結(jié)構(gòu)（如船舶聲學(xué)）提供基本數(shù)據(jù)。對于不同的應(yīng)用，設(shè)備定時的描述參數(shù)可以相同。例如，對于同一類型的簡單設(shè)備的比較，特征描述參數(shù)顯然比聲學(xué)設(shè)計中使用的參數(shù)具有更簡單和更直觀的數(shù)據(jù)。然而，為了進行準(zhǔn)確的研究，有必要全面地再現(xiàn)設(shè)備的振動強度參數(shù)。

對于不同的應(yīng)用，有許多參數(shù)可以反映設(shè)備的振動強度，如強大的速度（加速度）、輸出功率等，如質(zhì)心處的激振力、質(zhì)心處的振動速度，足部的興奮，足部的振動旋轉(zhuǎn)（速度）輸入基座的功率流等。對于不同的參數(shù)，有不同的測量和評估方法，如根據(jù)牛頓理論方法測量力或力矩，通過相互作用測量力，通過在機器底座上加載不同質(zhì)量塊等測量激振力。在不同的測量和評估系統(tǒng)中有各種簡化假設(shè)，以便于實際應(yīng)用，例如：例如，恒功率源或恒速度源，忽略相位關(guān)系，忽略某些運動自由度，忽略自由度之間的聯(lián)系等。

2功率流測量方法的原理

功率流表示單位時間內(nèi)結(jié)構(gòu)輸入或輸出的能量，即相互作用力所做的功率，用公式表示為：

式中的Fi及Vi分別代表結(jié)構(gòu)上某點處的作用力和相應(yīng)速度的瞬時值。按時間平均的功率流要比瞬時值重要的多，通常所說的功率流就是指的時間平均功率流。如果力和速度是作簡諧變化的，則：

3 激勵力直接測量方法測量原理

通過壓電傳感器可以測量機器底座從設(shè)備振動傳遞到底座的動力。通常，力傳感器安裝在底座和底座之間，以便設(shè)備產(chǎn)生的功率通過力傳感器傳輸?shù)降鬃?。強行傳感器的安裝和拆卸必須將設(shè)備從底座上拆下，這使得實際應(yīng)用變得困難。然而，與其他間接測量方法（即無力傳感器的力估算方法）相比，直接測量方法減少了測量不確定度的來源，并且在準(zhǔn)確性方面具有優(yōu)勢。特別是在實驗室試驗中，直接測力方法仍然是可取的。通常使用直接法測得的力作為準(zhǔn)確值來評估間接漫畫估算值的準(zhǔn)確性。

由于力傳感器的安裝方法不同，力測量值可能不同，因此必須校正力傳感器的輸出數(shù)據(jù)。力傳感器有兩種安裝方法。除了在機座和底座之間安裝力傳感器外，還可以使用另一種安裝方法，即將力傳感器安裝在機座和螺栓固定螺釘之間，使螺釘穿過力傳感器。這使得安裝力傳感器更容易。在這兩種情況下，力傳感器的輸出信號不同，必須校正從設(shè)備傳輸?shù)交募盍的準(zhǔn)確值。擰緊時，f通過兩種方式轉(zhuǎn)移到底座上，第一種方式是通過機器的上半部分、螺栓和底座表面的下半部分;第二條路徑穿過機器底座的下半部分和底板的上半部分。這樣，傳感器僅能測量到通過兩條途徑之一的部分力，因此對力傳感器的讀數(shù)應(yīng)引入修正量a，它等于：

4設(shè)備安裝對基座導(dǎo)納測量的影響

設(shè)備設(shè)置依據(jù)的機械批準(zhǔn)（速度限制或加速度增加）是測試振動傳輸、振動源特性和振動分離設(shè)計時的一個重要參數(shù)。通常需要在原始狀態(tài)下測量訪問數(shù)據(jù)（設(shè)備未安裝在基座上）。如前所述，在間接評估設(shè)備的興奮性之前，有必要測量基本傳輸功能，這實際上是基礎(chǔ)加速度的增加。

然而在實踐中拆卸設(shè)備非常困難，而且往往需要在設(shè)備安裝狀態(tài)下對其進行測量。目前，由于設(shè)備測量塊的存在，測量記錄將導(dǎo)致錯誤。在什么情況下可以忽略此錯誤？如果這一條件易于滿足，技術(shù)測量的難度將大大降低。本文從理論和實驗兩方面分析了剛性和彈性安裝（包括單點連接和多點安裝）下輸入和傳輸授權(quán)的測量誤差，并在頻率范圍內(nèi)進行了分析。推導(dǎo)過程中涉及的參數(shù)是時域信號的傅里葉變換。加速度和加速度阻抗簡稱為輸入和阻抗。分析的基本假設(shè)是：設(shè)備與底座之間的裝配點可以視為點接觸;底座的彎曲強度不會因加載設(shè)備而改變;系統(tǒng)是線性的;忽略絕緣體的質(zhì)量。

5多點多激勵狀態(tài)

除非在頻帶中忽略每個安裝點之間的連接，并且設(shè)備僅由垂直力刺激，否則實際工程中的一點一激發(fā)組件是困難的。在機器實踐中，忽略瞬時激勵和水平激勵，即忽略相互激勵。僅考慮多點組件的傳遞耦合。

在考慮傳輸耦合和互連時，統(tǒng)一采用有效記錄的概念。在有效記錄分析中，不僅要單獨檢查轉(zhuǎn)移耦合和倒數(shù)耦合，而且只要公式中包含的單個點被有效批準(zhǔn)所取代，這些公式的矩陣形式也可用于分析多點和多刺激狀態(tài)的振動，以便在這種復(fù)雜情況下輕松獲得所需的結(jié)果?；谟行Э蛇_性的多點安裝和多刺激下的結(jié)構(gòu)聲源描述符（即振動源描述符）是反映振動聲源特性的最佳參數(shù)，使振動源的能量和功率輸出分析更加清晰。

6結(jié)語

自由振動速度作為振動源的唯一特征參數(shù)，可用于機械實踐，由設(shè)備的固有特性決定，在船舶聲學(xué)設(shè)計中應(yīng)發(fā)揮更大的作用。由于自由振動速度不受試驗環(huán)境的影響，尤其是基本性能因此，最好將其用作船舶裝載裝置出廠試驗的振動極限參數(shù)，以避免在使用該參數(shù)進行電流響應(yīng)緩解時，基礎(chǔ)電壓過度干擾的問題。

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[5] 申永勝.機械原理教程[ M ].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

作者簡介：

楊順利（1980-），男，漢族，山東菏澤人，?？?，助理工程師，研究方向：機械電氣。

孫君勇（1979-），男，漢族，山東濟南人，本科，助理工程師，研究方向：機械電氣。