机械设备振动源特性测试方法研究

杨顺利 孙君勇

摘 要：机械噪声作为船舶的主要噪声源之一，一直是船舶振动降噪研究的重点。设备激励特性的精确控制是机械系统定量声学设计的基础。本文全面介绍了机械设备的噪声和振动控制特性，包括其传递噪声和振动能量的能力、不同条件下电源的性能特性以及与装配基座的连接特性。它在振动能量、振动和声辐射等领域具有重要的研究价值。

关键词：机械设备;振动源;特性测试

1机械设备激励特性的概述

为了描述机械设备的振动激励特性，主要问题是确定哪些参数代表声源的强度特性，以及如何通过简单的技术或理论获得这些参数的数据。这些参数应用于相同的类型或比例对设备进行比较或与边界曲线进行比较，并为开发低噪声振动系统和声学结构（如船舶声学）提供基本数据。对于不同的应用，设备定时的描述参数可以相同。例如，对于同一类型的简单设备的比较，特征描述参数显然比声学设计中使用的参数具有更简单和更直观的数据。然而，为了进行准确的研究，有必要全面地再现设备的振动强度参数。

对于不同的应用，有许多参数可以反映设备的振动强度，如强大的速度（加速度）、输出功率等，如质心处的激振力、质心处的振动速度，足部的興奋，足部的振动旋转（速度）输入基座的功率流等。对于不同的参数，有不同的测量和评估方法，如根据牛顿理论方法测量力或力矩，通过相互作用测量力，通过在机器底座上加载不同质量块等测量激振力。在不同的测量和评估系统中有各种简化假设，以便于实际应用，例如：例如，恒功率源或恒速度源，忽略相位关系，忽略某些运动自由度，忽略自由度之间的联系等。

2功率流测量方法的原理

功率流表示单位时间内结构输入或输出的能量，即相互作用力所做的功率，用公式表示为：

式中的Fi及Vi分别代表结构上某点处的作用力和相应速度的瞬时值。按时间平均的功率流要比瞬时值重要的多，通常所说的功率流就是指的时间平均功率流。如果力和速度是作简谐变化的，则：

3 激励力直接测量方法测量原理

通过压电传感器可以测量机器底座从设备振动传递到底座的动力。通常，力传感器安装在底座和底座之间，以便设备产生的功率通过力传感器传输到底座。强行传感器的安装和拆卸必须将设备从底座上拆下，这使得实际应用变得困难。然而，与其他间接测量方法（即无力传感器的力估算方法）相比，直接测量方法减少了测量不确定度的来源，并且在准确性方面具有优势。特别是在实验室试验中，直接测力方法仍然是可取的。通常使用直接法测得的力作为准确值来评估间接漫画估算值的准确性。

由于力传感器的安装方法不同，力测量值可能不同，因此必须校正力传感器的输出数据。力传感器有两种安装方法。除了在机座和底座之间安装力传感器外，还可以使用另一种安装方法，即将力传感器安装在机座和螺栓固定螺钉之间，使螺钉穿过力传感器。这使得安装力传感器更容易。在这两种情况下，力传感器的输出信号不同，必须校正从设备传输到基座的激励力F的准确值。拧紧时，f通过两种方式转移到底座上，第一种方式是通过机器的上半部分、螺栓和底座表面的下半部分;第二条路径穿过机器底座的下半部分和底板的上半部分。这样，传感器仅能测量到通过两条途径之一的部分力，因此对力传感器的读数应引入修正量a，它等于：

4设备安装对基座导纳测量的影响

设备设置依据的机械批准（速度限制或加速度增加）是测试振动传输、振动源特性和振动分离设计时的一个重要参数。通常需要在原始状态下测量访问数据（设备未安装在基座上）。如前所述，在间接评估设备的兴奋性之前，有必要测量基本传输功能，这实际上是基础加速度的增加。

然而在实践中拆卸设备非常困难，而且往往需要在设备安装状态下对其进行测量。目前，由于设备测量块的存在，测量记录将导致错误。在什么情况下可以忽略此错误？如果这一条件易于满足，技术测量的难度将大大降低。本文从理论和实验两方面分析了刚性和弹性安装（包括单点连接和多点安装）下输入和传输授权的测量误差，并在频率范围内进行了分析。推导过程中涉及的参数是时域信号的傅里叶变换。加速度和加速度阻抗简称为输入和阻抗。分析的基本假设是：设备与底座之间的装配点可以视为点接触;底座的弯曲强度不会因加载设备而改变;系统是线性的;忽略绝缘体的质量。

5多点多激励状态

除非在频带中忽略每个安装点之间的连接，并且设备仅由垂直力刺激，否则实际工程中的一点一激发组件是困难的。在机器实践中，忽略瞬时激励和水平激励，即忽略相互激励。仅考虑多点组件的传递耦合。

在考虑传输耦合和互连时，统一采用有效记录的概念。在有效记录分析中，不仅要单独检查转移耦合和倒数耦合，而且只要公式中包含的单个点被有效批准所取代，这些公式的矩阵形式也可用于分析多点和多刺激状态的振动，以便在这种复杂情况下轻松获得所需的结果。基于有效可达性的多点安装和多刺激下的结构声源描述符（即振动源描述符）是反映振动声源特性的最佳参数，使振动源的能量和功率输出分析更加清晰。

6结语

自由振动速度作为振动源的唯一特征参数，可用于机械实践，由设备的固有特性决定，在船舶声学设计中应发挥更大的作用。由于自由振动速度不受试验环境的影响，尤其是基本性能因此，最好将其用作船舶装载装置出厂试验的振动极限参数，以避免在使用该参数进行电流响应缓解时，基础电压过度干扰的问题。

参考文献：

[1]俄罗斯联邦克雷洛夫中央科学研究院，潜艇声学特性的物理基础，2001

[2]邵汉林、姚心国、朱显明，浮筏隔振装置隔振效果评定，噪声与振动控制，2002

[3] 原春晖，朱显明.邵汉林，等.船舶机械振动源激励力的间接估算工程方法[J].中国舰船研究，2006， 1（1）：25-32.

[4]原春晖.机械设备振动源特性测试方法研究[D].武汉：华中科技大学，2006.

[5] 申永胜.机械原理教程[ M ].北京：清华大学出版社，2005.

作者简介：

杨顺利（1980-），男，汉族，山东菏泽人，专科，助理工程师，研究方向：机械电气。

孙君勇（1979-），男，汉族，山东济南人，本科，助理工程师，研究方向：机械电气。