某三缸发动机试验振动特性分析

李露露1，覃海峰1，穆建华1，郭涛1

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州 545007）

摘要：本文介绍了某三缸发动机试验振动特点，对该发动机振动特性进行研究分析。经过测试，该发动机振动加速度能够满足要求，由于测试工况要求低转速全负荷运行，使得发动机1.5阶燃烧激励产生振动峰值，其零部件工作正常。

关键字：三缸发动机； NVH；不平衡；振动；共振

节能减排成为当前汽车行业发展的一大趋势，各个汽车厂为了进一步的实现动力性与经济性的最佳平衡点，都使尽了浑身解数。

三缸发动机的出现为小排量发动机的发展提供了一条新的途径，三缸发动机在市场中逐渐流行，成为小排量发动机的新宠。由于三缸机惯性力矩不平衡而引发的振动噪声问题，也为它的普及增加了不少障碍，因此，解决三缸机不平衡所带来的NVH问题尤为关键。本文通过试验的方法，对某三缸发动机的试验振动特性进行分析研究，了解及验证其振动水平。

1.三缸发动机振动特点

在运转的发动机上，由于内部运动件位置不断变化，为了保障它的可靠性、平稳性和耐久性，要求它传递力和力矩的大小和方向不随时间发生变化，达到发动机内部的一种平衡。

三缸发动机的主要振动激励来源于1阶不平衡力矩和1.5阶燃烧激励[1]，而1阶不平衡力矩正是与四冲程四缸发动机相比所没有的。对于发展较成熟的四冲程四缸发动机而言，旋转惯性力、一阶往复惯性力和二阶往复惯性力的合力都已经平衡，但对于四冲程三缸机的旋转惯性力矩、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩均未平衡[2]。因此，三缸发动机除了受到1.5阶燃烧激励引起的振动问题，还受到的1阶不平衡力矩带来的振动问题，不平衡问题如果不能很好的解决，就会导致整车、零件的振动噪声问题，也会给零部件的可靠性带来威胁。

目前三缸发动机的平衡方案分为三种，第一种是在曲轴曲柄加上平衡重，来平衡三缸不平衡力矩，这样的方法适用于小排量的发动机；第二种方法是在加平衡重的同时，再装一根平衡轴；第三种方法则是加装两根平衡轴[3]。本文研究的发动机采用的是第一种平衡方法。2.三缸发动机振动试验

为了研究某三缸发动机的振动情况，特将该发动机安装在发动机试验台架上，通过振动测试及Test. Lab软件分析，了解它的振动特性。

2.1 振动测试方法

振动测试设备采用Test. Lab测试系统和PCB 三向振动加速度传感器，采集并记录发动机缸体、缸盖等主要部件的振动加速度值。

图1 LMS测试采集前端

2.2 振动试验过程

振动数据采集过程，要求发动机运行两种工况——全油门加速工况和稳态工况。发动机全油门加速振动测试是从怠速匀加速到额定转速,在这个过程中,记录发动机主要部件的振动加速度值；发动机稳态工况振动测试记录了发动机在各个稳定转速下的振动加速度值，两种测试可作为相互参考比较。

加速度测点主要包括缸体、缸盖以及较关键零部件等，以便对整机和零部件都进行振动对比，对该发动机进行全面的评价。测试过程中，需要保证发动机所有工况都能够采集完全，尤其是低转速工况，需要重点关注低速下振动和共振等的问

题。

3.振动结果分析

3.1整机振动测试结果

由于三缸发动机的主要振动激励来自于1阶不平衡力矩和1.5阶燃烧激励，这些激励对发动机振动贡献的大小就可以作为整机振动的评价。整机中的缸体、缸盖主要测点，能够较准确的反映这些主要激励对发动机的影响。

图2反映的是某三缸发动机缸体、缸盖振动的测试曲线。由几个测点的振动数据可以看出，随着转速增加，该发动机的振动加速度总体上呈现递增的趋势，在额定转速下振动达到最大值，最大值在缸体测点上为8.4g左右，缸盖测点的加速度较小。在低转速1000-1500rpm范围内，存在加速度为2-3g的振动峰值，原因需要进一步分析。

图2 整机测点振动曲线

图3就是对缸体测点的数据进行频谱分析的Colormap图。由图3可以看出，缸体测点的阶次激励较明显、清晰，没有共振现象，振动主要来自于1阶和1.5阶、3阶的贡献，其中1.5阶燃烧激励对低转速（1000-1500rpm）的贡献较为明显。

图3 缸体测点Colormap

图4是各测点的频谱分析，可以看出发动机1.5阶燃烧激励在整个发动机运转范围（25-140Hz）出现峰值，尤其在低转速是激励峰值最大。在低转速时发动机一直处于节气门全开，也就是说发动机在低转速时是处于低速全负荷的状态，缸内燃烧过程剧烈，导致低速过程中出现振动峰值。因此，1.5阶燃烧激励在振动曲线中贡献最大。

图4 各测点频谱分析

3.2零部件振动测试

整机试验过程中，常常伴随着一些零部件的异响或损坏，通常是由于发动机本体激励引起零部件振动或共振，加上发动机工作温度高、水路油路冷却不佳等情况，造成零件失效。因此，本文还对发动机一些主要零部件进行振动验证，包括进气歧管、增压器、管路及支架等，检查零件自身振动情况，发现并改进安装支架薄弱部位，在开发过程中解决问题。

4 结论

1、经试验验证，某三缸发动机振动水平能够达到整机振动的要求，振动主要来源于1阶不平衡力矩和1.5阶燃烧激励；

2、该发动机的1.5阶燃烧激励对低转速全油门工况时振动的贡献较大，使得振动曲线在低速时有振动峰值，但无共振发生。

3、经过零部件振动测试，检查其零部件的振动情况基本符合设计要求，详细情况需要进一步排查关键零件及部位。

参考文献

[1]朱廉洁,刘晓伟,孙跃辉,张步超等.三缸发动机整车怠速振动性能研究[J].噪声与振动制,2015.12(6):119-122 [2]何邦全,姚春德,刘增勇等.三缸发动机的平衡与结构设计[J].小型内燃机

,2000.04:5-8

[3]郁其祥,王明武,戴建飞.三缸汽车发动机的曲轴平衡与振动测试[J].噪声与振动控制，2000.10(5):15-17

发动机振动测试技术研究

硕士研究生课程论文发动机振动测试系统研究任课教师：XXX 学生姓名：XXX 年级：2013级学生编号：专业：车辆工程时间：2014年1月10日发动机振动测试系统研究摘要：发动机振动是影响汽车性能的重要因素，会严重影响汽车的平顺性以及其

他性能。因此对发动机振动的测试、信号处理以及分析是发动机测试中十分重要的环节。本文简述了发动机振动测试的意义，对发动机测试的方法、信号采集与分析的基本理论和测试系统的基本组成做了简要介绍。关键词：发动机振动；振动测试；测试系统 Study on Engine Vibration Test System Abstract: The vehicle vibration is the important factor which influences vehicle functions and this kind of vibration will seriously influence the performances and functions of the whole vehicle. So, vehicle vibration measurement, signal processing and analysis is a very important part.The significance of engine vibration test, basic theory of acquisition and analysis methods of the engine test signals and the constitute of the test system is introduced briefly in this thesis. Key words:engine vibration；vibration test；test system

实验二-发动机负荷特性试验资料讲解

实验二-发动机负荷特性试验

油量的大小，从而达到保持发动机转速不变的目的。（参见“发动机原理实验教程”P1～P4。） 1.1 负荷特性定义：当转速n不变时，发动机其它性能参数（燃油耗量、燃油耗率、排气温度等）随负荷的改变而变化的关系。 1.2 负荷特性试验的作用负荷特性试验表明在某规定转速下，各种不同负荷时的油耗率g e随功率P e变化的关系。通过负荷特性曲线可找出某转速下发动机所能达到的最大功率P emax和最低油耗率g emin，还可用来评价标定工况下的经济性，判断功率标定的合理性及有关调整的正确性。负荷特性主要用于对发动机的经济性进行比较和评价。 1.3 测量原理 1.3.1 功率测量原理（同发动机总功率试验） 1.3.2燃油消耗率测量原理（同发动机总功率试验） 2 实验设备及仪器：详见附件2。 3 实验技术标准及规范 3.1 技术标准 3.1.1 JB/T1147.2-2007《中小功率内燃机第2部分：试验方法》 3.1.2 JB/T1147.1-2007《中小功率内燃机第1部分：通用技术条件》 3.2 技术规范 3.2.1试验时发动机应带的附件及试验一般条件控制的要求详见附件4：“发动机原理实验教程”附录G--“发动机试验技术条件及规范”。 3.2.2《FC2000测控系统操作规程一》及《FC2000测控系统操作规程二》（见附件）。 3.2.3 S1110发动机主要技术参数表（见附件3）。

振动试验基本知识

专业知识 1、振动试验基本知识 1.1 振动试验方法试验方法包括试验目的，一般说明、试验要求、严酷等级及试验程序等几个主要部分。为了完成试验程序中规定的试验，在振动试验方法中又规定了“正弦振动试验”和“随机振动试验”两种型式的试验方法。正弦振动试验正弦振动试验控制的参数主要是两个，即频率和幅值。依照频率变和不变分为定频和扫频两种。定频试验主要用于： a）耐共振频率处理：在产品振动频响检查时发现的明显共振频率点上，施加规定振动参数振幅的振动，以考核产品耐共振振动的能力。 b）耐予定频率处理：在已知产品使用环境条件振动频率时，可采用耐予定频率的振动试验，其目的还是为考核产品在予定危险频率下承受振动的能力。扫频试验主要用于： ●产品振动频响的检查（即最初共振检查）：确定共振点及工作的稳定性，找出产品共振频率，以做耐振处理。 ●耐扫频处理：当产品在使用频率范围内无共振点时，或有数个不明显的谐振点，必须进行耐扫频处理，扫频处理方式在低频段采用定位移幅值，高频段采用定加速度幅值的对数连续扫描，其交越频率一般在55-72Hz，扫频速率一般按每分钟一个倍频进行。 ●最后共振检查：以产品振动频响检查相同的方法检查产品经耐振处理后，各共振点有无改变，以确定产品通过耐振处理后的可靠程度。随机振动试验随机振动试验按实际环境要求有以下几种类型：宽带随机振动试验、窄带随机振动试验、宽带随机加上一个或数个正弦信号、宽带随机加上一个或数个窄带随机。前两种是随机试验，后两种是混合型也可以归入随机试验。电动振动台的工作原理是基于载流导体在磁场中受到电磁力作用的安培定律。 1.2 机械环境试验方法标准电工电子产品环境试验国家标准汇编（第二版）2001年4月汇编中汇集了截止目前我国正式发布实施的环境试验方面的国家标准72项，其中有近50项不同程度地采用IEC标准，内容包括：总则、名词术语、各种试验方法、试验导则及环境参数测量方法标准。其中常用的机械环境试验方法标准：（1）GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击（2）GB/T 2423.6-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Eb和导则：碰撞（3）GB/T 2423.7-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ec和导则：倾跌与翻倒（主要用于设备型产品）（4）GB/T 2423.8-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ed和导则：自由跌落（5）GB/T 2423.10-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）（6）GB/T 2423.11-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法

汽车发动机振动噪声测试实用标准系统

附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求：该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个； 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200～240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率<150W； 2.2.4工作环境温度：-10?C ～50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术，动态围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽，根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级；

转动设备常见振动故障频谱特征案例分析

转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。转子不平衡的主要振动特征： 1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动； 2、波形为典型的正弦波； 3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm ／s，轴向12.0 mm／s。各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。

解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。不对中的振动特征： 1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；

2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主； 3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度； 4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显著，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。再测量泵轴承箱与电机轴承座对应部位的相位差，发现接近180度。解体检查发现联轴器有2根联接螺栓断裂，高速轴上部径向轴瓦有金属脱落现象，轴瓦间隙偏大；高速轴止推面磨损，推力瓦及惰性轴轴瓦的间隙偏大。检修更换高速轴轴瓦、惰性轴轴瓦及联轴器联接螺栓后，振动降到A区。三、松动机械存在松动时，极小的不平衡或不对中都会导致很大的振动。通常有三种类型的机械松动，第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存在结构松动，或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形，此类松动表现出的振动频谱主要为1x。第二种类型的松动主要是由于机器底座固定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起，其振动频谱除1X外，还存在相当大的2X分量，有时还激发出1／2X和3X振动

汽车发动机功率检测实验

汽车发动机功率检测实验一、实验目的和任务１、通过实验，找出发动机在不同负荷下工作时的动力性与经济性的变化规律。２、了解（或熟悉）测功机的特性和工作原理，掌握测功机的操作方法。３、了解（或熟悉）制取发动机的负荷特性的方法、步骤与基本操作技术。４、了解柴油机（或汽油机）当转速不变时，燃油消耗率b e，每小时油耗量Ｂ，排气温度t r，随负荷P e（或p me）变化的规律。二、实验仪器、设备及材料测功机（水力或电力）一台，柴油机或汽油机（单缸或多缸）一台，转速表（机械式或数字式）一只，温度计（排气温度、水温、油温）若干只，机油压力表，天平（或自动油耗测量仪），秒表，计算器一只，工具一套。三、实验条件、步骤及注意事项（一）实验条件１、调整柴油机（或汽油机）各参数（供油提前角或点火提前角、喷油压力、供油量、配气相位、气门间隙等）到规定值，紧固各连接螺栓，使发动机处于最佳技术状态。２、起动发动机后，使发动机运转到正常工作状况。（二）实验步骤及注意事项１、起动柴油机（或汽油机），看油压正常否，有无漏气、漏水、漏油现象，发动机响声正常否，如有不正常情况应排除后，方能计速。动机在选定转速下达到初步稳定的热平衡状态。２、观察发动机的转速（±1%），水温、机油温度和压力以及排温，是否达到规定值，只有达到规定值时，才能进行实验。３、把柴油机（或汽油机）的转速保持在选定转速，逐渐增加负荷，第一次增加负荷后，调节油门，待发动机稳定运转在选定转速下时，测量一次油耗G所用时间Δt，并计算出P e、b e、B 的值，记录于表中。再增加负荷，重复上述步骤。４、也可以从大负荷测试到低负荷。测量点最少不小于六点，取八个实验点较好。５、测试完成后，按规定将柴油机（或汽油机）熄火，整理现场。四、思考题

发动机振动特性分析与试验

发动机振动特性分析与试验作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。发动机结构振动分析方法简介图1 发动机结构振动分析方法如图1所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤： 1. 动力总成FE建模及模态校核建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。

2. 动力总成模态压缩缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性，进行评判和结构优化。实例分析 1. 分析对象以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，针对其结构振动问题，对其进行结构振动CAE 分析，并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下：缸径75mm，冲程85mm，缸间距84mm，最大缸压6MPa。 2. 坐标定义为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义（见图2）。

发动机负荷特性曲线(精)

发动机负荷特性曲线 2006-9-6 发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，由于与本文关系不大不作介绍。发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。汽油机负荷特性曲线

简谐振动特性研究实验

实验一、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量【实验目的】 1. 胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量； 2. 测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数； 3. 测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。 4. 了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。【实验原理】 1. 弹簧在外力作用下将产生形变（伸长或缩短）。在弹性限度内由胡克定律知：外力和它的变形量成正比，即：（1）（1）式中，为弹簧的劲度系数，它取决于弹簧的形状、材料的性质。通过测量和的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数。 2. 将质量为的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下（如用手下拉，或向上托）离开平衡位置少许，然后释放，则物体就在平衡点附近做简谐振动，其周期为：（2）式中是待定系数，它的值近似为，可由实验测得，是弹簧本身的质量，而被称为弹簧的有效质量。通过测量弹簧振子的振动周期，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数。 3. 磁开关（磁场控制开关）：如图1所示，集成霍耳传感器是一种磁敏开关。在“1脚”和“2 脚”间加直流电压，“1脚”接电源正极、“2脚”接电源负极。当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值时,该传感器处于“导通”状态，这时处于“”脚和“”脚之间输出电压极小，近似为零，当磁感

强度小于某值时，输出电压等于“1脚”、“2脚”端所加的电源电压，利用集成霍耳开关这个特性，可以将传感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所经时间。【实验仪器】 FB737新型焦利氏秤实验仪1台，FB213A型数显计时计数毫秒仪【实验步骤】 1. 用拉伸法测定弹簧劲度系数：（不使用毫秒仪）（1）按图2,调节底板的三个水平调节螺丝，使重锤尖端对准重锤基准的尖端。（2）在主尺顶部安装弹簧，再依次挂入带配重的指针吊钩、砝码托盘，松开顶端挂钩锁紧螺钉，旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意：力度要适当，若靠得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。这时因初始砝码等已使弹簧被拉伸了一段距离。（可参考说明书中的装置图）

1、发动机负荷特性试验

实验一:发动机负荷特性实验 (车2、) 一、实验仪器设备 1．测功机：长沙湘仪动力测式仪器有限公司生产的电涡流测功机：型号：GW160；额定吸收功率：160kw；最高转速：1,0000r/mim 启东市联通测功器有限公司生产的电涡流测功机：型号： DW400；额定吸收功率：400kw；最高转速：5000r/mim 2．实验用发动机型号： YC6L-280-30型柴油发动机：最大功率：206/2200 (kw/rpm)；排量：8.4L 3．发动机自动测控系统 4．数字智能油耗仪二、实验步骤起动发动机前，先检查发动机的燃油、润滑油、冷却水等是否正常，不正常不允许启动，正常则进行以下步骤： 1．起动发动机进行暖机，在热状态稳定旧准备进行测量。 2．调节测功器和油门，使发动机在预定的转速和测功器读数下运行，待运转稳定后，记录燃油消耗率，测功机读数和排气温度等数据，待测量记录完毕后，再调节测功机和油门大小，增加负荷至第一点预定值，同时保持发动机转速不变，待稳定后再测取第二点数据，依次进行，直至油门到达最大为止，每条曲线的测点在8个以上。试验时负荷可由低到高或由高到低进行调整。 3．改变发动机转速，重复上述过程，制取另一转速下的负荷特性。具体转速的确定应在最低稳定转速和标定转速之间取8个转速，应包括最大扭矩转速，每一转速下的测点不应少于8点。在制取各条负荷特性时，必须绘制以输出功率e P为横坐标，比油耗e b为纵坐标的监督曲线。如在实验过程中发现个别点偏离曲线很大，应重新补做这点的数据。 4．测量完毕，减去测功器负荷并减小油门，使柴油机在空转数分钟后停机。关掉所有开关，整理实验场地。

振动实验报告剖析

振动与控制系列实验姓名：李方立学号：201520000111 电子科技大学机械电子工程学院

实验1 简支梁强迫振动幅频特性和阻尼的测量一、实验目的 1、学会测量单自由度系统强迫振动的幅频特性曲线。 2、学会根据幅频特性曲线确定系统的固有频率f 0和阻尼比。二、实验装置框图图3.1表示实验装置的框图图3-1 实验装置框图 K C X 图3-2 单自由度系统力学模型三、实验原理单自由度系统的力学模型如图3-2所示。在正弦激振力的作用下系统作简谐强迫振动，设激振力F 的幅值B 、圆频率ωo(频率f=ω／2π)，系统的运动微分方程式为：扫频信号源动态分析仪计算机系统及分析软件打印机或绘图仪简支梁振动传感器激振器力传感器质量块 M

或 M F x dt dx dt x d M F x dt dx n dt x d F Kx dt dx C dt x d M /2/222 22 2 222=++=++=++ωξωω （3-1）式中：ω—系统固有圆频率 ω =K/M n ---衰减系数 2n=C/M ξ---相对阻尼系数 ξ=n/ω F ——激振力 )2sin(sin 0ft B t B F πω== 方程①的特解，即强迫振动为： ) 2sin()sin(0?π?ω-=-=f A A x （3-2）式中：A ——强迫振动振幅 ? --初相位 2 0222024)(/ωωωn M B A +-= （3-3）式(3-3)叫做系统的幅频特性。将式(3-3)所表示的振动幅值与激振频率的关系用图形表示，称为幅频特性曲线(如图3-3所示)： 3-2 单自由度系统力学模型 3-3 单自由度系统振动的幅频特性曲线图3-3中，Amax 为系统共振时的振幅；f 0为系统固有频率，1f 、2f 为半功率点频率。振幅为Amax 时的频率叫共振频率f 0。在有阻尼的情况下，共振频率为： 2 21ξ-=f f a (3-4) 当阻尼较小时，0f f a =故以固有频率0f 作为共振频率a f 。在小阻尼情况下可得 01 22f f f -= ξ (3-5) 1f 、2f 的确定如图3-3所示： M X C K

压电陶瓷振动的干涉测量实验报告

一、实验目压电陶瓷振动的干涉测量实验报告的与实验仪器 1.实验目的（1）了解压电陶瓷的性能参数；? （2）了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法； ? （3）、掌握压电陶瓷微位移测量方法。 2.实验仪器压电陶瓷材料（一端装有激光反射镜，可在迈克尔逊干涉仪中充当反射镜）、光学防震平台、半导体激光器、双踪示波器、分束镜、反射镜、二维可调扩束镜、白屏、驱动电源、光电探头、信号线等。二、实验原理 1. 压电效应压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释。晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象，因此压电陶瓷的压电性与极化、形变等有密切关系。 1) 正压电效应：压电晶体在外力作用下发生形变时，正、负电荷中心发生相对位移，在某些相对应的面上产生异号电荷，出现极化强度。对于各向异性晶体，对晶体施加应力时，晶体将在 X，Y，Z 三个方向出现与应力成正比的极化强度，即： E = g·T（g为压电应力常数）， 2) 逆压电效应：当给压电晶体施加一电场 E 时，不仅产生了极化，同时还产生形变，这种由电场产生形变的现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效

应。这是由于晶体受电场作用时，在晶体内部产生了应力（压电应力），通过应力作用产生压电应变。存在如下关系： S = d·U（d为压电应变常数）对于正和逆压电效应来讲， g和d 在数值上是相同的。 2. 迈克耳逊干涉仪的应用迈克耳逊干涉仪可以测量微小长度。上图是迈克耳逊干涉仪的原理图。分光镜的第二表面上涂有半透射膜，能将入射光分成两束，一束透射，一束反射。分光镜与光束中心线成 45°倾斜角。M1和 M2为互相垂直并与分束镜都成 45°角的平面反射镜，其中反射镜 M1后附有压电陶瓷材料。由激光器发出的光经分光镜后，光束被分成两路，反射光射向反射镜 M1（附压电陶瓷），透射光射向测量镜 M2（固定），两路光分别经 M1、M2反射后，分别经分光镜反射和透射后又会合，经扩束镜到达白屏，产生干涉条纹。M1和 M2与分光镜中心的距离差决定两束光的光程差。因而通过给压电陶瓷加电压使 M1随之振动，干涉条纹就发生变化。由于干涉条纹变化一级，相当于测量镜 M1移动了λ/2，所以通过测出条纹的变化数就可计算出压电陶瓷的伸缩量。三、实验步骤 1)将驱动电源分别与光探头，压电陶瓷附件和示波器相连，其中压电陶瓷附件接驱动电压插口，光电探头接光探头插口，驱动电压波形和光探头波形插口分别接入示波器 CH1 和 CH2； 2)在光学实验平台上搭制迈克尔逊干涉光路，使入射激光和分光镜成 45 度，反射镜 M1 和 M2与光垂直，M1 和 M2 与分光镜距离基本相等；

发动机的外特性和负荷特性

发动机的外特性和负荷特性发动机的外特性和部分特性统称发动机的速度特性。它是指在正常温度、正常机油压力点火提前角（或喷油提前角）以及燃料供给系的调整均在最佳状态下，使节气门开度（或供油调节杆）保持在一定位置不变，发动机的有效扭矩（Me）、有效功率(Pe)以及油耗率(βe)随发动机转速而变化的规律，速度特性曲线是在节气门开度固定于某一开度下（或在供油调节杆固定于一定位置下），依次改变发动机转速，在每一转速下测算Pe、Me、mT、βe，就可得到节气门在该开度下的特性曲线，如果改变节气门开度，如从小到大，就可得到许多条速度特性曲线，但常采用节气门开度为25%、50%、75%和100%时的曲线作为代表，节气门开度为100%（全开）时的特性称为发动机的外特性，该开度下的特性曲线称为外特性曲线。节气门开度在其他情况下得到的特性称为部分特性，其相应开度下的特性曲线都称之为部分特性曲线，由此可见，一台发动机，部分特性有无数个，而外特性只有一个。因为发动机外特性是在节气门全开或油量调节杆处于最大供油量时测定的，所以外特性曲线上的每一点表示着发动机在不同转速下所能发出的最大功率和最大扭矩，因此，通过发动机的外特性可以得知发动机所能达到的最高性能指标以及对应于Pemax、Memax和βemax时的转速，也可以计算出扭矩适应性系数（或称扭矩储备系数）。一般发动机铭牌上标明的功率、扭矩及相应的转速都是以外特性为依据的。因此，外特性在速度特性中最为重要。发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，

实验二发动机负荷特性试验

“发动机负荷特性试验”实验指导书（中南林机电院刘谦钢）一、实验目的及要求(参见“发动机原理实验教程”P8) 1实验目的： 1.1掌握发动机负荷特性的试验方法。 1.1.1 掌握发动机负荷的加载方法和转速和燃油消耗率的测量方法。 1.1.2 掌握发动机功率、转速、油耗等测量仪器设备的选择、操作、使用方法。 1.1.3 熟悉发动机负荷特性测试数据的分析和处理方法。 1.2 通过实验，学习绘制、分析发动机负荷特性曲线。 1.2.1 依据原始数据和处理的数据，绘制发动机负荷特性曲线。 1.2.2 通过分析负荷特性曲线评价发动机在规定转速下，发动机部分负荷经济能，并为合理选用和调整发动机提供依据。 2 实验要求： 2.1 每次参加试验的学生为10～20人。 2.2 实验前复习发动机负荷特性试验的相关内容，认真阅读实验指导书及其附件。 2.3 实验时应作好记录纸笔等准备，按指导书操作仪器设备、试验及作好实验记录。 2.4 实验后，严格按实际实验数据正确处理实验数据，绘制相应曲线，认真撰写实验报告。二、实验预习及准备(参见“发动机原理实验教程”P8～P9。) 1 实验原理：当发动机油门（节气门）位置不变而通过测功器人为改变给发动机的所加负载，发动机转速必然改变。为制取发动机某一恒定转速下燃油消耗量、燃油消耗率、排气温度等随负荷变化而变化的特性，因此，可通过调节发动机油门（节气门）的位置来改变供油量的大小，从而达到保持发动机转速不变的目的。（参见“发动机原理实验教程”P1～P4。） 1.1 负荷特性定义：当转速n不变时，发动机其它性能参数（燃油耗量、燃油耗率、排气温度等）随负荷的改变而变化的关系。 1.2 负荷特性试验的作用负荷特性试验表明在某规定转速下，各种不同负荷时的油耗率g e随功率P e变化的关系。通过负荷特性曲线可找出某转速下发动机所能达到的最大功率P emax和最低油耗率g emin，还可用来评价标定工况下的经济性，判断功率标定的合理性及有关调整的正确性。负荷特性主要用于对发动机的经济性进行比较和评价。 1.3 测量原理 1.3.1 功率测量原理（同发动机总功率试验） 1.3.2燃油消耗率测量原理（同发动机总功率试验） 2 实验设备及仪器：详见附件2。 3 实验技术标准及规范 3.1 技术标准 3.1.1 JB/T1147.2-2007《中小功率内燃机第2部分：试验方法》 3.1.2 JB/T1147.1-2007《中小功率内燃机第1部分：通用技术条件》 3.2 技术规范 3.2.1试验时发动机应带的附件及试验一般条件控制的要求详见附件4：“发动机原理实验教程”附录

发动机特性曲线

161 161 第11章发动机特性 11.1基本概念全面了解发动机在所有工况下的性能指标的变化，对合理使用、检查与维修发动机，都有很强的适用价值。 11.1.1 发动机特性与特性曲线 1．发动机特性发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等；调整情况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响；运转情况一般指发动机转速和负荷等。 2．特性曲线为了直观显示发动机的特性，常以曲线形式表示，称为发动机特性曲线。图11-1为Audi （奥迪） 2.4L 四缸5 气门汽油机的外特性曲线。 3.发动机特性分类发动机特性分调节特性和性能特性两大类。（1）调节特性指发动机的性能指标随调节情况而变化的关系。如柴油机的供油提前角调节特性、汽油机的点火提前角调节特性、汽油机的燃料调节特性等。（2）性能特性指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、螺旋桨特性等。图11-1 发动机特性曲线（Audi 2.4L5气门V6汽油机外特性）

162 162 11.1.2 发动机特性的制取发动机特性需在专门的试验台（俗称发动机台架）上进行，图11-2显示了带水力测功器的试验台的基本组成。它可以模拟发动机的实际工况，使其在要求的转速和负荷下工作，并可以同步测量发动机在各种工况下的功率、燃料消耗、废气排放、气缸压力等性能参数。发动机特性试验，国家已有标准，需按有关标准，在规定的条件下进行。 11.2 发动机调节特性发动机调节特性对发动机的正确调整、使用与维修关系密切，值得重视。 11.2.1 柴油机供油提前角调节特性它是指在发动机转速一定和油量控制机构（如喷油泵的供油拉杆）位置一定条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随供油提前角变化而变化的关系。图11-3为柴油机供油提前角调节特性曲线。由曲线可见，随着供油提前角θ的改变，发动机的功率与燃料消耗率也随着变化。对应于最大功率和最小燃料消耗率的供油提前角即为最佳供油提前角。发动机使用维修时，应注意按照使用说明书要求，检查调整发动机静态最佳供油提前角。最佳供油提前角是随着发动机的转速变化而变化的，它一般由供油提前角自动调节装置来控制。对于电控柴油机，则由ECU 根据发动机工况精确控制。 11.2.2 汽油机点火提前角调节特性它是指在发动机转速和节气门开度一定条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随点火提前角变化而变化的关系。图11-2 发动机试验台 1-发动机 2-数显水温表 3-数显油压表 4-数显排温表 5-油门执行器 6-转速表 7- 负荷表 8-水门执行器 9-水温传感器 10-油压传感器 11-排温传感器 12-气缸压力传感器 13-油压传感器 14-针阀升程仪 15-电荷放大器 16-电荷放大器 17-霍尔针阀传感器 18-示波器 19-水力测功器 20-转角信号发生器 21-电荷放大器 22-Ａ/Ｄ转换板 23-微机 24-打印机 25-显示器图11-3 柴油机供油提前角调

滚动轴承的振动信号特征分析报告

南昌航空大学实验报告课程名称：数字信号处理实验名称：滚动轴承的振动信号特征分析实验时间： 2013年5月14日班级： 100421 学号： 10042134 姓名：吴涌涛成绩：

滚动轴承的振动信号特征分析一、实验目的利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识，对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析，找出能区分四种状态（滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态）的特征。二、实验原理振动机理分析：机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征，根据特征进行故

障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。三、实验内容 Step1、使用importdata （）函数导入振动数据。 Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据，分割方法为：设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ，传动轴的转动速率为V r 。采样间隔为： 1 s t f ?= （1）旋转频率为： 60 r r V f = （2）传动轴的转动周期为： 1 r T f = （3）由式（1）和（3）可推出振动信号一个周期内采样点数N ： 1 1s r r s f f T N t f f = ==? （4）由式（2）可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ，再由式（3）可得到一个周期内采样点数N=400.67，取N =400。 Step3、提取振动信号的特征，分析方法包括： 1、时域统计分析指标（波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) ）等，相关计算公式如下：（1）波形指标： P f X WK X = (5) 其中，P X 为峰值，X 为均值。p X 计算公式如下：

发动机负荷特性试验

实验一：发动机负荷特性实验 (车2、) 一、实验仪器设备 1?测功机：长沙湘仪动力测式仪器有限公司生产得电涡流测功机：型号:GW160：额定吸收功率:160kw;最高转速:1,0 0 0 0 r/mim 启东市联通测功器有限公司生产得电涡流测功机：型号：DW4 0 0：额定吸收功率：4 OOkw：最高转速：5 00 0 r/mim 2。实验用发动机型号： YC6L—280-30型柴油发动机：最大功率:206/2 2 00 (kw/rpm);排量：8、 4L 3。发动机自动测控系统 4。数字智能油耗仪二、实验步骤起动发动机前，先检查发动机得燃油、润滑油、冷却水等就是否正常，不正常不允许启动，正常则进行以下步骤： 1.起动发动机进行暖机，在热状态稳定旧准备进行测量。 2.调节测功器与油门，使发动机在预定得转速与测功器读数下运行，待运转稳定后，记录燃油消耗率，测功机读数与排气温度等数据，待测量记录完毕后,再调节测功机与油门大小，增加负荷至第一点预定值，同时保持发动机转速不变，待稳定后再测取第二点数据，依次进行，直至油门到达最大为止，每条曲线得测点在8 个以上。试验时负荷可山低到高或由高到低进行调整. 3 .改变发动机转速，重复上述过程，制取另一转速下得负荷特性。具体转速得确定应在最低稳定转速与标定转速之间取8个转速，应包括最大扭矩转速，每一转速下得测点不应少于8点。在制取各条负荷特性时，必须绘制以输岀功率为横坐标，比油耗为纵坐标得监督曲线.如在实验过程中发现个别点偏离曲线很大，应重新补做这点得数据。 4.测量完毕，减去测功器负荷并减小油门，使柴油机在空转数分钟后停机。关掉所

简支梁振动系统动态特性综合测试方法分析

目录一、设计题目 (1) 二、设计任务 (1) 三、所需器材 (1) 四、动态特性测量 (1) 1.振动系统固有频率的测量 (1) 2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系 (3) 3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量 (6) 4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量 (6) 5.主动隔振的测量 (9) 6.被动隔振的测量 (13) 7.复式动力吸振器吸振实验 (18) 五、心得体会 (21) 六、参考文献 (21)

一、设计题目简支梁振动系统动态特性综合测试方法。二、设计任务 1.振动系统固有频率的测量。 2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系。 3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量。 4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量。 5.主动隔振的测量。 6.被动隔振的测量。 7.复式动力吸振器吸振实验。三、所需器材振动实验台、激振器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器、力传感器、扫描信号源、动态分析仪、力锤、质量块、可调速电机、空气阻尼器、复式吸振器。四、动态特性测量 1.振动系统固有频率的测量（1）实验装置框图：见（图1-1）（2）实验原理：对于振动系统测定其固有频率，常用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过振动曲线，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有

频率。（图1-1实验装置图）（3）实验方法： ①安装仪器把接触式激振器安装在支架上，调节激振器高度，让接触头对简支梁产生一定的预压力，使激振杆上的红线与激振器端面平齐为宜，把激振器的信号输入端用连接线接到DH1301扫频信号源的输出接口上。把加速度传感器粘贴在简支梁上，输出信号接到数采分析仪的振动测试通道。 ②开机打开仪器电源，进入DAS2003数采分析软件，设置采样率，连续采集，输入传感器灵敏度、设置量程范围，在打开的窗口内选择接入信号的测量通道。清零后开始采集数据。 ③测量打开DH1301扫频信号源的电源开关，调节输出电压，注意不要过载，手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时（共振），保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动固有频率。继续增大频率可得到高阶振动频率。