1、53 振动的激励和激振器n在机械动态特性的测试中，首先要激励被测对象，让它按测试的要求作受迫振动或自由振动。531 振动的激励方法1）稳态正弦激振）稳态正弦激振 *稳态正弦激振又称简谐激振。 * 它是借助激振器对被测对象施加一个频率与 幅值均可控制的正弦激振力。 *优点是激振功率大，信噪比高，测试精度高；缺点是测试周期长，特别是对小阻尼的测试对象，每次激振频率的改变均需要较长的稳定时间。2）瞬态激振n瞬态激振时，施加在被测对象上的力是瞬态变化力，它属于宽带激振方法。常用的瞬态激振方法有以下几种。n快速正弦扫描激振n快速正弦扫描激振的激振信号由振荡频率变化可控的信号发生器供给，激振力的大小仍按正
2、弦规律变化。n常采用线性正弦扫描激振信号频率在扫描周期内线性增加，但最大幅值不变。n扫描周期和激振的上、下限频率可根据试验要求选定，扫描周期仅为1s2s，可快速测试被测对象的动态特性。n脉冲激振n脉冲激振又称锤击法。通常，用一个带有力传感器的脉冲锤敲击被激对象，同时测量激励和响应。这种方法具有试验时间短，现场使用的设备简单，在试验对象上没有附加质量等优点。其主要缺点是：力的大小不易控制，过小会降低信噪比，过大会引起非线性；试验结果误差较大，准确度差。n阶跃激振n阶跃激振是指被测对象突然受到或消除一恒作用力而产生自由振动的激振方法。例如，在被测对象选定点处，用一重量轻、受拉方向刚度大的钢索对被测
3、对象施加一恒张力，然后突然切断或松脱钢索，就相当于对被测对象施加一负的阶跃激振力，激起被测对象的宽带自由振动。对于大型结构件，如建筑物、桥梁等的激振，就可采用类似的办法。n3 3）随机激振）随机激振n随机激振也是一种宽带激振方式，一般采用白噪声或伪随机信号发生器作为激振的信号源。n白噪声发生器能产生连续的随机信号，可激起被测对象在一定频率范围内的随机振动。利用频谱分析仪可得到被测对象的频率响应。n许多干扰力和动载荷(如切削力等）也具有随机性质，也可作为现场测试的随机激振源。n随机激振方式的优点是测试速度快、效率高，但所用仪器设备复杂而昂贵。532 激振器n激振器是对被测对象施加某种预定要求的激
4、振力，使其产生预期振动的装置。n激励器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、足够稳定的激振力。n激振器的形式有脉冲的、正弦的和随机的三种。目前，国内普遍应用的是脉冲力激振器和正弦力激振器。1 1）脉冲力激振器）脉冲力激振器n脉冲力激振器是一个内部装有压电式力传感器的测力榔头，又称脉冲锤。n图5.6给出脉冲锤的结构简图及装在锤中的力传感器测得的敲击力的波形图和频谱图。其中，锤帽1可以按需要采用不同的材料，如钢、橡胶和塑料等。锤帽装在压电力传感器2上，力传感器2装在锤体3上，4为手柄 ，当用脉冲敲击激振对象时，敲击力由传感器测出，经电荷放大器放大后，可由峰值电压表读出其峰值，或送到光线示波器、磁
5、带记录器其波形。图中同时给出三种不同锤帽材料敲击的波形图及频谱图。n从波形图和频谱图可以看出：n锤帽材料越硬，其敲击力波形图的峰值越高，持续时间越短，越接近于理想的脉冲函数；而且，锤帽材料越硬，其敲击力的谱特性图中平坦段的频率范围越宽。n试验时，应当根据试验对象的特点选择不同的锤帽，使试验对象的响应有效频率范围处于测力锤频谱特性的平坦段之内。n脉冲激振测试系统的设备和试验方法都比较简单，在试验设备上也没有任何附加质量。n这种试验方法结果比较分散，通常进行多次试验，取试验结果的平均值，并应尽量使每次敲击力近于不变。2 2）正弦力激振器）正弦力激振器n2 2）正弦力激振器）正弦力激振器n正弦力激振
6、器的特点是：n若在激振器的交流励磁线圈中通入频率为的正、余弦电流，则它将产生同频率正、余弦形的交变力。n如果力的频响特性在某一范围内近于水平（如0max）,则它可以用作此频率范围内的随机激振器。n正弦激振器安装方式不同，分为绝对式和相对式两种。电动式激振器绝对式n电动式激振器是利用电磁感应原理将电能转变为机械能对被测对象提供激振力的装置。n按磁场形成方式不同，电动式激振器分为永磁式和励磁式两类，前者多用于小型激振器，后者多用于大型激振器振动台。n励磁线圈6（也可用永久磁铁）通电后，在磁路（铁心8外壳7磁极4动线圈3铁心8）中产生固定磁场。这时如果在动线圈（即交流励磁线圈）中再通以交流电， t，
7、则动线圈上就感生一个交变电磁力tIimcosn则动线圈上就感生一个交变电磁力n式中，L为在气隙中，动线圈被磁场作用的导线的长度；B为气隙中的磁感应强度。n此力通过顶杆1作用于激振对象之上，顶杆和动线圈通过特制的平板弹簧固定到壳体上。n顶杆加到试件上的激振力，并不等于线圈所产生的电动力，而是等于电动力和激振器运动部件的弹簧力、阻尼力、惯性力的矢量差。n在重要的测试中，不能忽略这些力的影响，也不能认为激振力和线圈电流i成正比。tBLIBLiFmcosn电动式激振器主要用于使试验对象产生绝对振动（以大地作为参考坐标习惯上称为绝对振动人激振时，应让激振器壳体在空间基本保持静止，使激振器产生的能量尽量用
8、在对试验对象的激振上。n图58所示的激振器安装方法能满足上述要求。在进行高频率的激振时，用软弹簧或橡皮绳套在激振器壳体的两个把手上，将它悬挂在空中对试验对象进行激振，如图5.8a所示。n这时因为激振器本身自重大，弹簧绳刚度小，当激振力频率不太低时，激振器壳体在空中近于静止。 n当激振器悬挂于空中作水平方向激振时，应倾斜角悬挂，如图5.8c所示。n这样一方面可对试验对象2施加固定的预加载荷，也可使激振器的弹簧工作于水平段。n在进行低频激振时，应将激振器刚性地安装在地面或刚性很好的支架上，如图 5.8b所示，并让安装支架的固有频率比激振频率高3倍以上。电磁式激振器相对式n电磁式激振器是直接利用电磁力作为激振力，它常用于非接触式激振。其结构如图5.9所示。n在U型铁心回上放置有直流励磁线圈3、交流激振线圈2和力检测线圈5，并且常在中央部分安装非接触位移传感器4。n使用时将激振器安装在两个作相对振动的部件之间。 n电磁激振器的特点是：可以对旋转着的被测对象进行激振，它不受附加质量和刚度的影响，其激振频率上限约为500 Hz800 Hz。
