机械类毕业设计-机械振动测试系统的设计、金矿石开采及分选一体化设计.docx

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1、机械振动测试系统的设计1开题依据1.1 选题背景用试验方法测量机械的振动量(如位移、速度和加速度等)和系统特征参数(如固有频率、阻尼、振型等)，以及振动环境的模拟等，都属于振动测试。研究机械振动时通常采用理论分析和测试两种手段。通过测试可验证理论分析计算的正确性，提供所需的修正依据。2()世纪8()年代以来，振动测试仪器有了显著的进步，如传递函数分析仪、实时频率分析仪和快速傅里叶分析仪的相继应用，并与电子计算机相结合，为振动测试和测试结果的分析处理提供了方便的条件，从而也进一步推动了振动理论的研究和发展。系统的振动特性也可以应用激光全息照相法拍下实物或模型在振动时的全息照片，根据全息照片中的干

2、涉条纹图案来分析。1.2 本课题意义对于机械振动测试系统目前大多数的厂家还不具备先进的技术，装置大多从国外引进，从而设备成本较高。为了满足生产需要而又不需要投资太多的资金,我们需要不断学习国外的技术并不断地创新，研制出自己的产品。因此，我选择这个课题，对我来讲，意义非常深刻，也是一次不错的学习及自我能力提高的机会。2文献综述2.1 调研针对这次机械振动测试的题目，我特别到工厂进行调研。我了解到的机械振动测试的主要原理，方法和基本的过程，机械振动的研究可归结为机械系统的激励、响应和振动特性三个方面的问题。在已知其中两个方面的情况下可求第三方面的问题。与之相对应，振动测试的基本内容包括：已知激励和

3、系统的振动特性情况下求响应，即振动量的测量；已知激励和响应的情况下求系统的振动特性，即系统特征参数的测定，也称参数识别；已知系统的振动特性和响应的情况下求激励，即环境预测，这种测试称为振动环境模拟试验。3.振动测试方案3.1 振动测试方案1的提出和组成原理图振动系统动态测试仪器的设计过程是：首先按图1所示的流程图布置好振动系统动态测试仪器的硬件系统；然后，在个人计算机上开发相应的应用软件；最后，振动系统动态测试与模态识别的全过程，都是在个人计算机上通过软面板对话框和适当的控制按钮来完成。图1振动系统动态测试仪器原理图3.2 激振方式、激振器和振动传感器的布置激振方式可分为正弦稳态扫频和宽频带激

4、振两大类。通常采用“正弦稳态扫频激振”，其优点是激振能量集中，信噪比高，对于线性系统的动态特性测试具有很高的测量精度。首先，根据测试分析要求及振动系统的机械结构特点，确定激振点的位置和测量点的数量”及各测量点的位置。对于空间结构系统，往往需要测量1个点的3个方向，这时应选用三轴振动传感器。安装激振器时，必须注意激振力的正确施加。在安装测振传感器时，应保证传感器能正确感受被测体的振动。小型振动系统必须选用微型传感器，以避免传感器附加质量影响振动系统动态特性。3.3 振动系统动态测试应用软件的总体研究根据对前面振动系统动态测试虚拟仪器原理图的分析可知，振动系统动态测试应用软件的设计流程分为如下步骤

5、：(1)计算机发出指令控制“信号发生器”产生激励信号，再通过“激振器”施加于被测振动系统。激励信号的数字序列为人)。(2)等待被测振动系统稳定一定时间，然后计算机再发出指令同步采集数据序列才()和K()，乂，Kv(7) o采样时间间隔或采样频率应符合采样定理及频率分辨率的要求。利用按本原理设计的专用软件分析处理才和K()，K(n),Xv(n),就可得出被测振动系统的模态参数和相应数学模型。显然，整套应用软件应包括两大部分，即操作控制部分和数据处理部分。由于目前计算机控制技术和虚拟仪器技术的发展，已足以解决此应用软件中的操作控制部分，且鉴于篇幅有限，所以笔者对应用软件的操作控制部分不再作进一步讨

6、论，下面重点研究应用软件的数据处理部分。3.4 数据处理专用软件的设计原理3.5 . 1滤波方法由于数据序列在采集过程中难免会受到各种干扰，所以必须采取有效的滤波算法对采集得到的数据序列K()，%()，匕()进行修正。通常应采用相关滤波算法，因为相关滤波可以有效地把真正由才(/?)通过振动系统产生的信号3. 4.2频率响应函数的确定将确定性信号看成随机信号,XKa = FFT X (/?)SX5) = | XK(g | 2 /D5TK(A)= A(A) YK(J() /D为减少数据处理误差，要对从KG?), K(7), , K()中分离出来。将经过滤波算法处理后的数据序列记为1(/7), 1(

7、/7), , M(y),炉 1,2,。为采样点数量。采用离散数字随机信号的相关谱分析原理。YKi吩=FFT W/7)5K(A) = | YK | 2 /DXK*(加为由(公的共班复数。SXg SHA), SAT(A)采取平滑处理算法。分段时，相邻两段重叠50%的效果最佳，即将记录段翼)，匕V()分成多个样本,分别进行上述运算后再求平均值。4户二| 5JK(A) | 2 5J(A) 5K(A),相干系数切越接近1效果越好。=5TK(A) / 5T(A),由变量代换关系7/(北)二八久、为采样时间间隔)”可得到测试出的频率响应函数o对每一个数据序列K()，K(2),，均用上述方法处理，就可以得到测

8、试出来的N个频率响应函数(力，H人仔，,力(力o3. 4.3拟合求解模态参数机械振动系统模态参数识别，又称为曲线拟合，即采用最小二乘法将测试所得的频率响应值与系统模型值进行曲线拟合。优化准则就是使实测的频率响应值与理论数学模型对应值的总均方误差后极小。最小二乘曲线拟合过程中存在的有关问题，如方程组的病态问题，可根据数值分析理论，采用正交多项式的方法加以解决。通常机械振动系统的“理论数学模型”可用有理分式形式的传递函数来表示，即(s) = Ms)(s) = a0 s,l,+a1 sr! +alr 1 s+ a J / s+As 1+ftrs+J上式中，X7, F2q, 为系统的自由度数。一般选定

9、一个具体值，令g2q3然后循环拟合，直到满足米控制精度瓦。对于每一个频率响应函数，设由个采样点得到的个测试频率响应值记为HC9,对应的个理论模型值记为Z(),则总方差为(=1,d) HM-Z()2o这是非线性优化问题，为使用方便和保证精度，可转化为线性优化问题。令s=j尸j2* f,误差Mf) - (/)/(/),则总方差转化为后M)-D(4HC(Z此时，总方差函数为待求系数为也的线性函数，最小二乘解已变成线性优化问题。首先通过最小二乘拟合识别出有理分式的系数a(Xl,2,，血和(=l,2, , n),然后由特征方程(s) =0解得极点s及s*(尸1, 2,，q),由留数公式Al=Hs) (s

10、-乱)|簧/求出留数4及4* o则传递函数可表示为Hs) r=, , ,Av ssr) + 4* (sS*)最后以- -rWtj Wr (1-品为共加复数，求得各阶模态固有频率附和阻尼比。对于线性系统，模态固有频率和阻尼比是系统的总体固有参数，理论上应该不随测量点而改变。依次对N个测量点的频率响应函数进行曲线拟合，可得到A组模态固有频率和阻尼比，再求出平均值作为系统的模态固有频率和阻尼比，进而，再求出各阶振型,. O3. 4. 4其它输出振动系统动态测试所得的系统固有的各阶模态参数和用模态参数表示的各测量点，对应于输入点的数学模型。振动系统动态测试数据处理的全过程，可以用目前流行的程序设计语言

11、VC+或Java2开发成专用的数据处理程序软件包，然后通过相关程序语言接口方法嵌入到用LabVIEW或LabWindows平台开发的振动系统动态测试虚拟仪器中。采用本虚拟仪器，可以很容易通过计算机多次重复振动系统动态测试的整个过程，进一步提高振动系统动态特性的测试精度。利用动态测试得到的数学模型，通过Matlab6. 1仿真环境(或自己编制程序)可求出激振点处各种输入信号各测量点处的输出响应信号。3. 5振动测试方案2的组成根据课题的需要，以及对实际情况的考察和比较，我们设计出系统的方案，如下图所示：系统方案设计图（1）底座 C2）支座（3）二（三）自由度系统4）薄壁圆板（5）非接触式激振器!

12、（6）接触式激振器（7）力传感器（8）偏心电机（9）磁电式速度传感器（10）被动隔振系统（11）尚支架（12）主动隔振系统（13）单曹式动力吸振器（14）压电式加速度传感器（15）电涡流位移传感器（16）磁力表座振动测试与控制实验台由弹性体系统（包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆板、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型）配以主动隔振、被动隔振用的空气阻尼减震器、单式动力吸振器、复式动力吸振器等组成。是完成振动与振动控制等近30个实验的试验平台1、激振系统激振系统包括：DH1301正弦扫频信号源JZ-1型接触式激振器JZE-1型非接触式激振器偏心电动机、调压器力锤（包括测力传感器）2、测振系统D

13、H5922动态采集分析仪MT-3T型磁电式振动速度传感器DH103压电式加速度传感器WD302电涡流位移传感器测力传感器3、动态采集分析系统信号调理器数据采集仪计算机系统（或笔记本电脑）控制与基本分析软件模态分析软件系统软硬件配置合理、完善，能完成几乎全部与振动相关的试验，可完成各种模态试验（小到梁、板、构件，大到房屋、桥梁等），可完成频率耦合、结构修 改、灵敏度分析等动力学试验；4研究路线和技术方法振动量的测量测量机械系统某些选定点上的振幅（位移、速度和加速度）、频率、相位、振动的时间历程和频谱等。这种测量通常在机械系统的工作状态下进行，以了解其实际振动状况。对某些精密和大型机械设备的振动监

14、控和诊断所作的测量也属这种性质。振动量测量按振动信号和转换方式可分为电测法、光测法和机械测振法，其中以电测法应用最为广泛。图1为一个较完整的振动量电测系统。测振传感器（拾振器）将机械振动量转换为与它成比例的电量。常用的测振传感器有发电型（如压电式、电动式和磁电式等）和电参数变化型（如电感式、电容式、电阻式和涡流式等）两类。不同类型的传感器需要配接不同类型的中间测量变换装置（图2）o中间测量变换装置对传感器输出的电信号进行前置变换（电阻抗变换）、微积分运算、放大、调制和解调等，以便驱动后接的分析或显示、记录设备。分析设备完成对信号的频率分析。显示、记录设备给出振动信号（经过分析的或未经过分析的）的波形，并用数字或模拟方式指示出测量结果，以便于储存、分析信号和进行数据处理。图1 振动量电测系统中间酒量变换装置放大显示ie录设备2 传思龄与中间济置支换装U的配挂系统特征参数的测定 主要是应用机械阻抗测试技术，以获得机械阻抗数据（有时亦称频率响应数据），从而得到系统的特征参数如固有频率、阻尼、刚度、质量和振型等；还可通过模态分析求取系统在各阶模态下的特征参数，既模态参数。这一测试过程称为模态参数识别。这种测定通常在机械系统的非工作状态或模型试验情况下进行，以求全面了解其动态响应特性。若在工作状态下进行,则常称为在线识别。在机械阻抗测试技术中，施加的激励有简谐、瞬态