001-机械振动

机械振动·简谐运动

【知识要点】

一．振动

1．定义：物体（或物体的一部分）在某一中心位置附近做___________运动称为机械振动。

2．振动产生的条件：①物体偏离平衡位置后要受到_________的作用；②阻力要_________。3．回复力：使振动物体___________________ 的力。回复力是按照_________来命名的力，它可以是重力在某个方向的分力，也可以是弹力，也可是振动物体所受的几个实际力的合力。

4．平衡位置：振动物体所受________________ 为零的位置。

5．振动特点：①存在某一_______ 位置；②往复运动，即具有_______性。

二．简谐运动

1．定义：物体在跟相对平衡位置的位移大小成_________，并且总是指向___________的回复力作用下运动，叫做简谐运动。

2．描述简谐运动的物理量

⑴位移（x）：由__________位置指向振动质点所在处的有向线段。

⑵振幅（A）：振动物体离开______位置的最大距离，等于振动位移的最大值。它反映了振动______，

振幅是_____ 量。

⑶周期（T）和频率（f）：振动物体（质点）完成一次_________所需要的时间叫做周期；1s钟内完成

_________的次数叫做频率。周期（或频率）是描述振动_______的物理量。其大小由振动系统本身性质决定，所以又叫做固有周期（或固有频率）；周期与频率的关系：T = _____________。3．简谐运动的基本特点

⑴动力学特征：回复力F= - kx中“- ”表示回复力的方向与位移方向_______，k是比例系数，不

一定是弹簧的劲度系数；它是判定一个物体是否做简谐运动的依据。

⑵运动学特征：简谐运动的加速度与物体偏离平衡位置的位移成________而方向_________，是变

加速运动；远离平衡位置是x、F

回

、a、E p均_______，v、E k均________。简谐运动的位移x与时间关系是x = __________________（初相位为0，频率为f），这也是判断一个物体是否做简谐运动的依据。

⑶运动的周期性特征：相隔T或nT的两个时刻振子处于_________且振动状态___________。

⑷对称性特征：①相隔T/2 或(2n + 1)T/2（n为正整数）的两个时刻，振子位置关于平衡位置对称，

对应的的位移、速度、加速度大小________，方向_________。②质点在距离平衡位置等距离的两个点上具有相等大小的速度、加速度，在平衡位置左右相等距离上运动的时间也是_________的。

⑸能量特征：振动的能量包括动能和势能，简谐运动过程中，系统的动能E k与势能E p相互经，系统

的机械能守恒。

4．简谐运动的图像：

⑴物理意义：表示振动物体的位移随_________变化的规律。注意：振

动图像不是质点的__________轨迹。

⑵特点：简谐运动位移图像是_________曲线。

⑶图像信息：①振幅（A）和周期（T）；②某一时刻质点位移（x）；

③判断回复力、加速度、速度方向；④判断简谐运动过程物理量的变化情况。

【典型例题】

〖例1〗一质点在在平衡位置O附近做简谐运动，从它经过平衡位移开始计时，经过3s质点第一次通过M点，再经过2s第二次通过M点，则该质点第三次经过M还需要多长时间。

〖例2〗弹簧振子做简谐运动，t1时刻速度为v，t2时刻速度也为v，且方向相同。已知（t2–t1）小于周期T，则（t2–t1）（v≠0）（）A．可能大于T/4 B．可能小于T/4 C．一定小于T/2 D．可能等于T/2

〖例3〗一个质点经过平衡位置O，在A、B间做简谐运动，如图（a）所示，它的振动图像如图（b）所示，设向右为正方向，则

⑴OB = ____________cm；

⑵第0.2s末质点的速度方向是_______，加速度大小为_____；

⑶第0.4s末质点的加速度方向是_________________；

⑷第0.7s时，质点位置在_____ 点与______ 点之间；

⑸质点振动的周期T = __________s；

⑹4s内完成______ 次全振动。

〖例4〗如图所示为一沿水平方向振动的弹簧振子的振动图像。求：

⑴从计时开始，什么时刻第一次动能达到最大？

⑵在第2s末到第3s末这段时间内振子的加速度、速度、动能、弹

性势能各怎样变化？

⑶该振子在前100s内总位移是多少？总路程是多少？

〖例5〗如图所示，两木块的质量为m、M，中间弹簧的劲度系数为k，弹簧下端与M连接，m与弹簧不连接，现将m下压一段距离释放，它变上下做简谐运动，振动过程中，m始终

没有离开弹簧。试求：

⑴m振动的振幅的最大值；

⑵m以最大振幅振动时，M地地面的最大压力。

【课后练习】

1．甲、乙两弹簧振子，振动图像如图所示，则可知（）

A．两弹簧振子完全相同

B．两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲：F乙=2：1

C．振子甲速度为零时，振子乙速度最大

D．振子的振动频率之比f甲：f乙= 1：2

2．一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后通过M、N两点时速度为v（v≠0）相同，那么

下列说法中正确的是（）

A．振子在M、N两点受回复力相同

B．振子在M、N两点相对位移位置的位移相同

C．振子在M、N两点的加速度大小相等

D．从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动

3．劲度系数为20N／cm的弹簧振子，它的振动图象如图所示，在图中

A点对应的时刻（）

A．振子所受的弹力大小为0.5N，方向指向x轴的负方向

B．振子的速度方向指向x轴的正方向

C．在0～4s内振子作了1.75次全振动

D．在0～4s内振子通过的路程为0.35cm，位移为0

4．如图所示，一个弹簧振子在A、B两点间做简谐运动，O点为平衡位置，

下列说法中正确的有（）

A．它在A、B两点时动能为零B．它经过O点时加速度方向要发生变化

C．它远离O点时作匀减速运动D．它所受回复力的方向总跟它偏离平衡位置的位移方向相反

5．光滑的水平面上放有质量分别为m和m/2的两木块，下方木块与一劲度系数

为k的弹簧相连，弹簧的另一端固定在墙上，如图所示。已知两木块之间的

最大静摩擦力为f，为使这两个木块组成的系统能像一个整体一样地振动，系

统的最大振幅为（）

A．f/k B．2f/k C．3f/k D．4f/k

6．一弹簧振子做简谐运动，周期为T，下列说法正确的是（）

A．若t时刻和(t+△t)时刻振子对平衡位置的位移大小相等，方向相同，则△t一定等于T的整数倍

B．若t时刻和(t+△t) 时刻振子运动速度大小相等，方向相反，则△t一定等于T/2的整数倍

C．若△t = T/4，则t和(t+△t) 两时刻，振子的位移大小之和一定等于振幅

D．若△t = T/2，则在t时刻和(t+△t) 时刻振子速度的大小一定相等

7．如表中给出的是做简谐运动的位移x或速度v与时刻的对

应关系，T是振动周期，则下列选项中正确的是（）

A．若甲表示位移x，则丙表示相应的速度v

B．若丁表示位移x，则甲表示相应的速度v

C．若丙表示位移x，则甲表示相应的速度v

D．若乙表示位移x，则丙表示相应的速度v

8．同一个弹簧振子，使它分别在光滑水平面上，竖直方向上，光滑的斜面上以相同的振幅作简谐振动，

则下列说法中正确的是（）

A．它们的频率不同B．通过平衡位置时的动能不同

C．到达平衡位置时弹簧形变相同D．它们的周期相同

9．一质点的振动方程为：x = 0.2cos(2πt + π/3)，则在t = 0.3s时，（）

A．质点在平衡位置右方，沿x轴负向运动B．质点在平衡位置左方，沿x轴正向运动

C．质点在平衡位置右方，沿x轴正向运动D．质点在平衡位置左方，沿x轴负向运动

10．一弹簧振子的振动图象如图所示，已知t2－t1 = t4－t3=Δt，在这两个Δt内，关于振子受到的弹簧

弹力的冲量与弹力做功的说法正确的是（）

A．所受冲量相同，弹力做功相同B．所受冲量相同，弹力做功不同

C．所受冲量不同，弹力做功不同D．所受冲量不同，弹力做功相同

11．如图所示是用频闪照相的方法拍下的一个弹簧振子的振动情况，甲图是振

子静止在平衡位置时的照片，乙图是振子被拉伸到左侧距平衡位置20 cm处，放手后，在向右运动1/4

周期内的频闪照片，丙图是振子从放手开始在1/2周期内的频闪照片。已知频闪的频率为9.0 Hz，

则相邻两次闪光的时间间隔t0是多少？振动的周期T是多大？振子在1 s

内所走的路程是多少？

12．如图所示，一个竖直弹簧连着一个质量为M的薄板，板上放一木块，木块质量为m。现使整个装

置在竖直方向上做简谐运动，振幅为A。

⑴若要求在整个过程中小木块m恰好不脱离薄板，则弹簧的劲度系数k应为多少？

⑵求出木块和薄板在弹簧最短时，木块对薄板的压力。

13．如图所示，带电量分别为4q和－q的小球A、B固定在水平放置的光滑绝缘细杆上，相距为d。

若杆上套一带电小环C，带电体A、B和C均可视为点电荷。

⑴求小环C的平衡位置。

⑵若小环C带电量为q，将小环拉离平衡位置一小位移x（∣x∣<

否回到平衡位置。（回答“能”或“不能”即可）

⑶若小环C带电量为－q，将小环拉离平衡位置一小位移x（∣x∣<

将作简谐运动。

（提示：当<<1时，则

ααn n

-≈+1)

1(1）

参考答案：

【知点要点】

一．1．往复 2．回复力、足够小 3．回到平衡位置、效果 4．回复力 5．中心、周期 二．1．正比、平衡位置 2．平衡、平衡、强弱、标、全振动、全振动、快慢、1/f

3．相反、正比、相反、增大、减小、A sin2πft 、同一位置、相同、相等、相反、相同

4．时间、运动、正弦

【典型例题】

〖例1〗如图，从O 点到达M 点有两种情况：①O → M 情况，则周期为16s

②O → a →O →M 情况周期为16/3 s 。

〖例2〗AB 〖例3〗⑴ 5 ⑵ O → A 、0 ⑶ A → O ⑷ O 、B ⑸ 0.8 ⑹ 5

〖例4〗⑴ 0.5s 末 ⑵ 加速度先减小后增大，速度和动能先增大后减小，弹性势能先减小后增大；

⑶ 0、100cm

〖例5〗⑴ 在平衡位置时，弹簧的压缩量为x 0，则kx 0 = mg ；要使m 振动过程中不离开弹簧，m 振动

的最高点不能高于弹簧原长处，所以m 振动的振幅的最大值A = x 0 = mg /k 。

⑵ m 以最大振幅A 振动时，振动到最低点，弹簧压缩量最大为2A ，对M 受力分析可知F N = Mg + 2mg ，由牛顿第三定律可知，M 对地面最大压力为Mg + 2mg 。 【课后练习】

1．CD 2．C 3．B 4．ABD 5．C 6．D 7．AB 8．D 9．D 10．B

11．由乙图可知，T /4 有3次频闪时间间隔，频闪两次的时间间隔t 0为t 0 = 1/f = 1/9 s = 0.11s ，则T /4 = 3×（1/9）s = 1/3 s ，所以T = 4/3 s 。t = 1s = 3T /4，走的路程为3个振幅，x 路程 = 60cm 。 12．⑴木板运动到最高点又不脱离，弹簧可能处于两种状态：无形变状态和压缩状态。

若恰好脱离，则弹簧此时无形变，m 、M 的加速度均为g ，此时，系统回复力为F =（M+m ）g

所以弹簧在平衡位置时的弹力为 kA =（M+m ）g ，则k =

A

m M +g

若弹簧处于压缩状态，则系统在最高点的回复力为 F ’<(M+m)g ，则弹簧在平衡位置时的弹力为F ’ = (M+m)g >kA ，则k <

A

m M +g ，所以 k ≤

A

m M +g 。

⑵ 由对称性可知，在弹簧最短时，物体加速度与在最高点加速度等大、反向，即在最低点木块与

薄板加速度a = g ，方向竖直向上，则对木块F N – mg = ma ，则F N = 2mg ，根据牛顿第三定律

可知，木块对薄板的压力为2mg ，方向竖处向下。

13．⑴设C 在AB 连线的延长上距离B 为l 处平衡，带电量为Q ，由库仑定律可知F = kQq /r 2

，平衡条

件F C = 4kqQ /(d + l )2 + (-kqQ /l 2) = 0，解得l 1 = - d /3（舍）、l 2 = d ，则平衡位置在l = d 处。 ⑵ 不能

⑶ 环C 带电 – q ，平衡位置不变，拉离平衡位置一小位移x 后C 受力F C = -4kq 2/(2d + x )2 + kq 2/(d +x )2，

利用近似关系化简得F C = - (kq 2/d 3)x ，所以环C 做简谐运动。

完整版机械振动和机械波测试题

简谐运动，关于振子下列说法正确的是（ A. 在a 点时加速度最大，速度最大 B ?在0点时速度最大，位移最大 C ?在b 点时位移最大，回复力最大 D.在b 点时回复力最大，速度最大 5. 一质点在水平方向上做简谐运动。如图，是该质点在0 的振动图象，下列叙述中正确的是（ ） A. 再过1s ，该质点的位移为正的最大值 B ?再过2s ，该质点的瞬时速度为零 C. 再过3s ，该质点的加速度方向竖直向上 D. 再过4s ，该质点加速度最大 6. 一质点做简谐运动时，其振动图象如图。由图可知，在 时刻，质点运动的（ ） A.位移相同 B .回复力大小相同 C.速度相同 D .加速度相同 7. 一质点做简谐运动，其离开平衡位置的位移 与时间 如图所示，由图可知（ ） A.质点振动的频率为4 Hz B .质点振动的振幅为2cm C. 在t=3s 时刻，质点的速率最大 D. 在t=4s 时刻，质点所受的合力为零 8. 如图所示，为一列沿x 轴正方向传播的机械波在某一时刻的图像, 这列波的振幅A 、波长入和x=l 米处质点的速度方向分别为：（ 高二物理选修3-4《机械振动、机械波》试题 一、选择题 1. 关于机械振动和机械波下列叙述正确的是：（ ） A .有机械振动必有机械波 B .有机械波必有机械振动 C .在波的传播中，振动质点并不随波的传播发生迁移 D .在波的传播中，如振源停止振动，波的传播并不会立即停止 2. 关于单摆下面说法正确的是（ ） A. 摆球运动的回复力总是由摆线的拉力和重力的合力提供的 B. 摆球运动过程中经过同一点的速度是不变的 C. 摆球运动过程中加速度方向始终指向平衡位置 D. 摆球经过平衡位置时加速度不为零 3. 两个质量相同的弹簧振子，甲的固有频率是 3f .乙的固有频率是4f ,若它们 均在频率为5f 的驱动力作用下做受迫振动.则（ ） A 、振子甲的振幅较大，振动频率为3f B 、振子乙的振幅较大.振动频率为4f C 、振子甲的振幅较大，振动频率为5f D 、振子乙的振幅较大.振动频率为5f 班级: 姓名: 成绩: 4. 如图所示，水平方向上有一弹簧振子, 0点是其平衡位置，振子在a 和b 之间做 t 的关系 )

机械振动的概念

第一章绪论 1-1 机械振动的概念 振动是一种特殊形式的运动，它是指物体在其平衡位置附近所做的往复运动。如果振动物体是机械零件、部件、整个机器或机械结构，这种运动称为机械振动。 振动在大多数情况下是有害的。由于振动，影响了仪器设备的工作性能；降低了机械加工的精度和粗糙度；机器在使用中承受交变载荷而导致构件的疲劳和磨损，以至破坏。此外，由于振动而产生的环境噪声形成令人厌恶的公害，交通运载工具的振动恶化了乘载条件，这些都直接影响了人体的健康等等。但机械振动也有可利用的一面，在很多工艺过程中，随着不同的工艺要求，出现了各种类型利用振动原理工作的机械设备，被用来完成各种工艺过程，如振动输送、振动筛选、振动研磨、振动抛光、振动沉桩等等。这些都在生产实践中为改善劳动条件、提高劳动生产率等方面发挥了积极作用。研究机械振动的目的就是要研究产生振动的原因和它的运动规律，振动对机器及人体的影响，进而防止与限制其危害，同时发挥其有益作用。 任何机器或结构物，由于具有弹性与质量，都可能发生振动。研究振动问题时，通常把振动的机械或结构称为振动系统（简称振系）。实际的振系往往是复杂的，影响振动的因素较多。为了便于分析研究，根据问题的实际情况抓住主要因素，略去次要因素，将复杂的振系简化为一个力学模型，针对力学模型来处理问题。振系的模型可分为两大类：离散系统（或称集中参数系统）与连续系统（或称分布参数系统），离散系统是由集中参数元件组成的，基本的集中参数元件有三种：质量、弹簧与阻尼器。其中质量（包括转动惯量）只具有惯性；弹簧只具有弹性，其本身质量略去不计，弹性力只与变形的一次方成正比的弹簧称为线性弹簧；在振动问题中，各种阻力统称阻尼，阻尼器既不具有惯性，也不具有弹性，它是耗能元件，在有相对运动时产生阻力，其阻力与相对速度的一次方成正比的阻尼器称为线性阻尼器。连续系统是由弹性元件组成的，典型的弹性元件有杆、梁、轴、板、壳等，弹性体的惯性、弹性与阻尼是连续分布的。严格的说,实际系统都是连续系统，所谓离散系统仅是实际连续系统经简化而得的力学模型。例如将质量较大、弹性较小的构件简化为不计弹性的集中质量；将振动过程中产生较大弹性变形而质量较小的构件，简化为不计质量的弹性元件；将构件中阻尼较大而惯性、弹性小的弹性体也可看成刚体。这样就把分布参数的连续系统简化为集中参数的离散系统。 例如图1-1（a）所示的安装在混凝土 基础上的机器，为了隔振的目的，在基础下 面一般还有弹性衬垫，如果仅研究这一系统 在铅垂方向的振动，在振动过程中弹性衬垫 起着弹簧作用，机器与基础可看作一个刚体， 起着质量的作用，衬垫本身的内摩擦以及基 础与周围约束之间的摩擦起着阻尼的作用 （阻尼用阻尼器表示，阻尼器由一个油缸和 活塞、油液组成。活塞上下运动时，油液从 间隙中挤过，从而造成一定的阻尼）。这样图1-1（a）所示的系统可简化为1-1（b）所示的

(完整版)机械振动习题答案

机械振动测验 一、 填空题 1、 所谓振动，广义地讲，指一个物理量在它的①平均值附近不停地经过②极大 值和③极小值而往复变化。 2、 一般来说，任何具有④弹性和⑤惯性的力学系统均可能产生机械振动。 3、 XXXX 在机械振动中，把外界对振动系统的激励或作用，①激励或输入；而 系统对外界影响的反应，称为振动系统的⑦响应或输出。 4、 常见的振动问题可以分成下面几种基本课题：1、振动设计2、系统识别3、 环境预测 5、 按激励情况分类，振动分为：①自由振动和②强迫振动；按响应情况分类， 振动分为：③简谐振动、④周期振动和⑤瞬态振动。 6、 ①惯性元件、②弹性元件和③阻尼元件是离散振动系统三个最基本的元件。 7、 在系统振动过程中惯性元件储存和释放①动能，弹性元件储存和释放②势 能，阻尼元件③耗散振动能量。 8、 如果振动时系统的物理量随时间的变化为简谐函数，称此振动为①简谐振动。 9、 常用的度量振动幅值的参数有：1、峰值2、平均值3、均方值4、均方根值。 10、 系统的固有频率只与系统的①质量和②刚度有关，与系统受到的激励无 关。 二、 试证明：对数衰减率也可以用下式表示，式中n x 是经过n 个循环后的振幅。 1 ln n x x n δ=

三、 求图示振动系统的固有频率和振型。已知12m m m ==，123k k k k ===。

北京理工大学1996年研究生入学考试理论力学（含振动理论基础）试题 自己去查双（二）自由度振动 J，在平面上在弹簧k的限制下作纯滚动，如图所示，四、圆筒质量m。质量惯性矩 o 求其固有频率。

五、物块M质量为m1。滑轮A与滚子B的半径相等，可看作质量均为m2、半径均 为r的匀质圆盘。斜面和弹簧的轴线均与水平面夹角为β，弹簧的刚度系数为k。 又m1 g>m2 g sinβ , 滚子B作纯滚动。试用能量法求：（1）系统的微分方程；（2）系统的振动周期。

机械振动实验报告

机械振动实验报告

《机械振动基础》实验报告（2015年春季学期）

专业机械设计制造及其自动化报告提交日期2015.05.07 哈尔滨工业大学

报告要求 1. 实验报告统一用该模板撰写，必须包含以下内容： (1) 实验名称 (2) 实验器材 (3) 实验原理 (4) 实验过程 (5) 实验结果及分析 (6) 认识体会、意见与建议等 2. 正文格式：四号字体，行距为1.25倍行距； 3. 用A4纸单面打印；左侧装订； 4. 报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档由班长收 齐，统 一发送至：Iiuyingxiang868@hit .edu .cn 5. 此页不得删除。 评语: 实验一报告正文 实验名称：机械振动的压电传感器测量及分析 教师签名: 年

二、实验器材 1、机械振动综台实验装置（压电悬臂梁）一套 2、激振器一套 3、加速度传感器一只 4、电荷放大器一台 5、信号发生器一台 6、示波器一台 7、电脑一台 & NI9215数据采集测试软件一套 9、NI9215数据采集卡一套 三、实验原理 信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机（PC机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对比。实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图1所示。

机械振动发展史

公元前1000多年，中国商代铜铙已有十二音律中的九律，并有五度谐和音程的概念。在战国时期，《庄子·徐无鬼》中就记载了同频率共振现象。人们对与振动相关问题的研究起源于公元前6世纪毕达哥拉斯(Pythagoras)的工作，他通过试验观测得到弦线振动发出的声音与弦线的长度、直径和张力的关系。意大利天文学家、力学家、哲学家伽利略(Galileo Galilei)经过实验观察和数学推算，于 1 5 8 2年得到了单摆等时性定律。荷兰数学家、天文学家、物理学家惠更斯(c．Huygens)于1 6 7 3年著《关于钟摆的运动》，提出单摆大幅度摆动时并不具有等时性这一非线性现象，并研究了一种周期与振幅无关的等时摆。法国自然哲学家和科学家梅森(M．Mersenne)于1623年建立了弦振动的频率公式，梅森还比伽利略早一年发现单摆频率与摆长平方成反比的关系。英国物理学家胡克(R. Hooke)于1 6 7 8年发表的弹性定律和英国伟大的物理学家、数学家、天文学家牛顿(I. Newton)于1 6 8 7年发表的运动定律为振动力学的发 展奠定了基础。 在下面对振动发展史的简述中，主要是针对线性振动、非线性振动、随机振动以及振动信号采集和处理这三个方面进行的。而关于线性振动和非线性振动发展史的简介中，又分为理论研究和近似分析方法两个方面。

线性振动理论在1 8世纪迅速发展并趋于成熟。瑞士数学家、力学家欧拉(L. Euler)于1728年建立并求解了单摆在有阻尼介质中运动的微分方程；1 7 3 9年研究了无阻尼简谐受迫振动，并从理论上解释了共振现象；1 7 4 7年对九个等质量质点由等刚度弹簧连接的系统列出微分方程组并求出精确解，从而发现线性系统的振动是各阶简谐振动的叠加。法国数学家、力学家拉格朗日．Lagrange)于1 7 6 2年建立了离散系统振动的一般理论。最早被研究的连续系统是弦线，法国数学家、力学家、哲学家达朗伯(J. le R．d，Alembert)于1 7 4 6年发表的《弦振系统是弦线，法国数学家、力学家、哲学家达朗伯(J．1e R．d，Alem bert)于1 7 4 6年发表的《弦振动研究》将他发展的偏微分方程用于弦振动研究，得到了弦的波动方程并求出行波解。瑞士数 学家约翰第一·伯努利(J．Bernoulli)于1 7 2 8年对弦的振动进行了研究，认为弦的基本振型是正弦型的，但还不知道高阶振型的性质。与约翰第一·伯努利为同一家族的瑞士数学家、力学家丹尼尔第一·伯努利．Bernoulli)于1 7 3 5年得到了悬臂梁的振动方程，1 7 4 2年提出了弹性振动理论中的叠加原理，并用具体的振动实验进行验证。

大学 机械振动 课后习题和答案

试举出振动设计、系统识别和环境预测的实例。 如果把双轴汽车的质量分别离散到前、后轴上去，在考虑悬架质量和非悬架质量两个离散质量的情况下，画出前轴或后轴垂直振动的振动模型简图，并指出在这种化简情况下，汽车振动有几个自由度?

设有两个刚度分别为1k ，2k 的线性弹簧如图T —所示，试证明： 1)它们并联时的总刚度eq k 为：21k k k eq += 2)它们串联时的总刚度eq k 满足： 2 1111k k k eq += 解：1)对系统施加力P ，则两个弹簧的变形相同为x ，但受力不同，分别为： 1122P k x P k x =?? =? 由力的平衡有：1212()P P P k k x =+=+ 故等效刚度为：12eq P k k k x = =+ 2)对系统施加力P ，则两个弹簧的变形为： 11 22P x k P x k ?=??? ?=?? ，弹簧的总变形为：1212 11()x x x P k k =+=+ 故等效刚度为：122112 111 eq k k P k x k k k k ===++

求图所示扭转系统的总刚度。两个串联的轴的扭转刚度分别为1t k ，2t k 。 解：对系统施加扭矩T ，则两轴的转角为： 11 22t t T k T k θθ?=??? ?=?? 系统的总转角为： 1212 11 ( )t t T k k θθθ=+=+， 12111()eq t t k T k k θ==+ 故等效刚度为： 12 111 eq t t k k k =+

两只减振器的粘性阻尼系数分别为1c ，2c ，试计算总粘性阻尼系数eq c 1)在两只减振器并联时， 2)在两只减振器串联时。 解：1)对系统施加力P ，则两个减振器的速度同为x &，受力分别为： 1122 P c x P c x =?? =?&& 由力的平衡有：1212()P P P c c x =+=+& 故等效刚度为：12eq P c c c x = =+& 2)对系统施加力P ，则两个减振器的速度为： 11 22P x c P x c ? =????=?? &&，系统的总速度为：12 12 11()x x x P c c =+=+&&& 故等效刚度为：12 11 eq P c x c c = =+&

机械振动基础实验

机械振动基础实验实验指导书 湖南工程学院机械工程学院 2012．9

目录 振动教学实验系统组成及基本测试仪器的使用 (2) 实验一用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验仪器及安装示意图 (11) 三、实验原理 (11) 四、实验方法及步骤 (12) 五、实验结果与分析 (13) 实验二简谐振动的振幅的测量 (14) 一、实验目的 (14) 二、实验仪器及安装示意图 (14) 三、实验原理 (14) 四、实验方法及步骤 (15) 五、实验结果与分析 (15) 实验三机械振动系统固有频率测量 (16) 一、实验目的 (16) 二、实验仪器及安装示意图 (16) 三、实验原理 (16) 四、实验方法及步骤 (19) 五、实验结果与分析 (19) 实验四单自由度系统有阻尼受迫振动 (20) 一、实验目的 (20) 二、实验仪器及安装示意图 (20) 三、实验原理 (20) 四、实验方法及步骤 (22) 五、实验结果与分析 (22)

振动教学实验系统组成及基本测试仪器的使用 INV1601型振动教学实验系统是一套集成化的振动测试实验系统，主要由三部分组成： 1、INV1601T型振动教学实验台（以下简称INV1601T实验台） 2、INV1601B型振动教学实验仪（以下简称INV1601B实验仪）及各种传感器 3、INV1601型DASP振动教学实验软件（以下简称INV1601型DASP软件） INV1601型振动教学实验系统方框图如下所示：

1．INV1601T型振动教学实验台 该振动教学实验台主要由弹性体系统、激振系统、隔振系统、阻尼和动力吸振器组成。弹性体系统包括简支梁、悬臂梁、等强度梁、圆板以及用于组成单自由度、二自由度和多自由度系统模型的质量块和钢丝。激振系统包括偏心电机激振、接触式激振器、非接触式激振器。隔振系统采用空气阻尼器进行隔振。阻尼采用的是油阻尼器。动力吸振采用的是可拆卸式复式吸振器，同时可以减小四个共振频率。以下对实验台的一些主要部件作详细说明。 1）偏心电动机和调压器 单相交流串激整流式电动机带动偏心质量圆盘转动，偏心质量的离心惯性力产生振动。电动机采用50Hz单相电源供电，其转速随负载或电源电压的变化而变化。通过调压器改变电压的方法来调节电动机的转速，使电动机转速可在0~4000转/分的范围内调节。产生不同频率的激振力。 2）JZ-1型电磁式激振器 使用这种激振器时，是将它放置在相对于被测试物体静止的台面上，并将顶杆顶在被测试物体的激振处，顶杆端部与被测试物体之间要有一定的预压力，使顶杆处于限幅器中间。激振前顶杆应处于振动的平衡位置。这样激振器的可动部分和固定部分才不发生相应的碰撞。 与电磁式激振器配套使用的仪器有信号发生器、功率放大器和直流稳压电源。（磁场采用永久磁铁产生时，激振器不需要直流电源。） 信号发生器是产生一定形式、一定频率范围和－定大小振动信号的设备，并向多功能

高中物理《机械振动》知识梳理

《机械振动》知识梳理 【简谐振动】 1.机械振动： 物体（或物体的一部分）在某一中心位置两侧来回做往复运动，叫做机械振动。 机械振动产生的条件是：（1）回复力不为零。（2）阻力很小。 回复力:使振动物体回到平衡位置的力叫做回复力，回复力属于效果力，在具体问题中要注意分析什么力提供了回复力。 2.简谐振动： 在机械振动中最简单的一种理想化的振动。 对简谐振动可以从两个方面进行定义或理解： （1）物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。 （2）物体的振动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动，在高中物理教材中是以弹簧振子和单摆这两个特例来认识和掌握简谐振动规律的。 【简谐运动的描述】 位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段叫做位移。位移是矢量，其最大值等于振幅。 振幅A：做机械振动的物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅，振幅是标量，表示振动的强弱。 周期T：振动物体完成一次余振动所经历的时间叫做周期。所谓全振动是指物体从某一位置开始计时，物体第一次以相同的速度方向回到初始位置，叫做完成了一次全振动。 频率f：振动物体单位时间内完成全振动的次数。 角频率：角频率也叫角速度，即圆周运动物体单位时间转过的弧度数。引入这个参量来描述振动的原因是人们在研究质点做匀速圆周运动的射影的运动规律时，发现质点射影做的是简谐振动。因此处理复杂的简谐振动问题时，可以将其转化为匀速圆周运动的射影进行处理，这种方法高考大纲不要求掌握。 相位：表示振动步调的物理量。现行中学教材中只要求知道同相和反相两种情况。【简谐运动的处理】 用动力学方法研究，受力特征：回复力F =－ Kx；加速度，简谐振动是一种变加速运动。在平衡位置时速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大。 用运动学方法研究：简谐振动的速度、加速度、位移都随时间作正弦或余弦规律的变化，这种用正弦或余弦表示的公式法在高中阶段不要求学生掌握。 用图象法研究：熟练掌握用位移时间图象来研究简谐振动有关特征是本章学习的重点之一。 从能量角度进行研究：简谐振动过程，系统动能和势能相互转化，总机械能守恒，振动能量和振幅有关。 【单摆】 单摆周期公式简谐振动物体的周期和频率是由振动系统本身的条件决定的。 单摆周期公式中的L是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，一般也叫等效摆长。【外力作用下的振动】 物体在周期性外力作用下的振动叫受迫振动。受迫振动的规律是：物体做受迫振动的频率等于策动力的频率，而跟物体固有频率无关。 当策动力的频率跟物体固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。共振是受迫振动的一种特殊情况。 1

机械振动知识点

简谐运动及其图象 知识点一：弹簧振子 （一）弹簧振子 如图，把连在一起的弹簧和小球穿在水平杆上，弹簧左端固定在支架上，小球可以在杆上滑动。小球滑动时的摩擦力可以，弹簧的质量比小球的质量得多，也可忽略。这样就成了一个弹簧振子。 注意： （1）小球原来的位置就是平衡位置。小球在平衡位置附近所做的往复运动，是一种机械振动。 （2）小球的运动是平动，可以看作质点。 （3）弹簧振子是一个不考虑阻力，不考虑弹簧的，不考虑振子（金属小球）的的化的物理模型。 （二）弹簧振子的位移——时间图象 （1）振动物体的位移是指由位置指向_的有向线段，可以说某时刻的位移。 说明：振动物体的位移与运动学中位移的含义不同，振子的位移总是相对于位置而言的，即初位置是位置，末位置是振子所在的位置。 （2）振子位移的变化规律 曲线。 知识点二：简谐运动 （一）简谐运动 如果质点的位移与时间的关系遵从函数的规律，即它的振动图象（x-t图象）是一条正弦曲线，这样的振动，叫做简谐运动。 简谐运动是机械振动中最简单、最基本的振动。弹簧振子的运动就是简谐运动。 （二）描述简谐运动的物理量 （1）振幅（A） 振幅是指振动物体离开位置的距离，是表征振动强弱的物理量。 一定要将振幅跟位移相区别，在简谐运动的振动过程中，振幅是变的，而位移是时刻在变的。 （2）周期（T）和频率（f） 振动物体完成一次所需的时间称为周期，单位是秒（s）；单位时间内完成的次数称为频率，单位是赫兹（H Z）。 周期和频率都是描述振动快慢的物理量。周期越小，频率越大，表示振动得越快。 周期和频率的关系是：

（3）相位（φ） 相位是表示物体振动步调的物理量，用相位来描述简谐运动在一个全振动中所处的阶段。 （三）固有周期、固有频率 任何简谐运动都有共同的周期公式：2 T=m是振动物体的，k是回复力系数，对弹簧振子来说k为弹簧的系数。 对一个确定的简谐运动系统来说，m和k都是恒量，所以T和f也是恒量，也就是说简谐运动的周期只由本身的特性决定，与振幅关，只由振子质量和回复力系数决定。T叫系统的周期，f叫频率。 可以证明，竖直放置的弹簧振子的振动也是简谐运动，周期公式也是2 T=。这个结论可以直接使用。 （四）简谐运动的表达式 y=Asin（ωt+φ），其中A是，f ω==，φ是t=0时的相位，即初相位或初相。 T 知识点三：简谐运动的回复力和能量 （一）回复力：使振动物体回到平衡位置的力。 （1）回复力是以命名的力。性质上回复力可以是重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等，它可能是几个力的合力，也可能是某个力或某个力的分力。 如在水平方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧在伸长和压缩时产生的 力；在竖直方向上振动的弹簧振子的回复力是弹簧力和力的合力。 （2）回复力的作用是使振动物体回到平衡位置。回复力的方向总是“平衡位置”。 （3）回复力是是振动物体在方向上的合外力，但不一定是物体受到的合外力。 （二）对平衡位置的理解 （1）平衡位置是振动物体最终振动后振子所在的位置。 （2）平衡位置是回复力为的位置，但平衡位置是合力为零的位置。 （3）不同振动系统平衡位置不同。竖直方向的弹簧振子，平衡位置是其弹力 于重力的位置；水平匀强电场和重力场共同作用的单摆，平衡位置在电场力与重力的合力方向上。（三）简谐运动的动力学特征 F回＝，a回＝－kx/m，其中k为比例系数，对于弹簧振子来说，就等于弹簧的系数。负号表示回复力的方向与位移的方向。 也就是说简谐运动是在跟对平衡位置的位移大小成正比、方向总是指向平衡位置的力作用下的振动。 = 。当振子振动过程中，位移为x时，由胡克定律（弹簧不超出弹簧振子在平衡位置时F 回 = ，k为弹簧的劲度系数，所以弹弹性限度），考虑到回复力的方向跟位移的方向相反，有F 回 簧振子做简谐运动。 （四）简谐运动的能量特征 振动过程是一个动能和势能不断转化的过程，总的机械能。 振动物体总的机械能的大小与振幅有关，振幅越大，振动的能量越。 知识点四：简谐运动过程中各物理量大小、方向变化情况 （一）全振动 振动物体连续两次运动状态（位移和速度）完全相同所经历的的过程，即物体运动完成一次规律性变化。 （二）弹簧振子振动过程中各物理量大小、方向变化情况 过程：物体从A由静止释放，从A→O→B→O→，经历一次全振动， 图中O为平衡位置，A、B为最大位移处： 取OB方向为正：

05 机械振动 作业及参考答案 2015

一. 选择题: 【 D 】1 （基础训练2） 一劲度系数为k 的轻弹簧截成三等份，取出其中的两根，将它们并联，下面挂一质量为m 的物体，如图13-15 所示。则振动系统的频率为 ： (A) m k 32π1． (B) m k 2π1 ． (C) m k 32π1． (D) m k 62π1． 提示：劲度系数为k 的轻弹簧截成三等份，每份的劲度系数为变为3k ，取出其中2份并联，系统的劲度系数为6k . 【 C 】 2 （基础训练4） 一质点作简谐振动，周期为T ．当它由平衡位置向x 轴正方向运动时，从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程所需要的时间为 (A) T /12． (B) T /8． (C) T /6． (D) T /4． 提示：从从二分之一最大位移处到最大位移处这段路程在旋转矢量图上，矢量转过的角位移为1 3 π，对应的时间为T/6. [ B ] 3、（基础训练8） 图中所画的是两个简谐振动的振动曲线．若这两个简谐振动可叠加，则合成的余弦振动的初相为 (A) π2 3． (B) π． (C) π2 1． (D) 0． 提示：使用谐振动的矢量图示法，合振动的初始状态为初相位为π [ D ] 4、（自测提高4）质量为m 的物体，由劲度系数为k 1和k 2的两个轻质弹簧串联后连接到固定端，在光滑水平轨道上作微小振动，则振动频率为： (A) m k k v 212+=π． (B) m k k v 2 121 +=π ． (C) 212121k mk k k v +=π ． (D) ) (21 212 1k k m k k v +=π ． 提示：两根劲度系数分别为k1和k2的两个轻质弹簧串联后，可看成一根弹簧，其弹 A/ -图13-15

机械振动实验报告分析

实验三：简谐振动幅值测量 一、 实验目的 1、了解振动位移、速度、加速度之间的关系。 2、学会用压电传感器测量简谐振动位移、速度、加速度幅值 二、实验仪器安装示意图 三、 实验原理 由简谐振动方程：)sin()(?ω-=t A t f 简谐振动信号基本参数包括：频率、幅值、和初始相位，幅值的测试主要有三个物理量，位移、速度和加速度，可采取相应的传感器来测量，也可通过积分和微分来测量，它们之间的关系如下： 根据简谐振动方程，设振动位移、速度、加速度分别为x 、v 、a ，其幅值分别为X 、V 、A ： )sin(?ω-=t X x )cos()cos(?ω?ωω-=-==t V t X x v )sin()sin(2?ω?ωω-=--==t A t X x a 式中：ω——振动角频率 ?——初相位 所以可以看出位移、速度和加速度幅值大小的关系是：X V A X V 2ωωω===,。 振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器进行测量，还可采用具有微积分功能的放大器进行测量。 在进行振动测量时，传感器通过换能器把加速度、速度、位移信号转换成电信号，经过放大器放大，然后通过AD 卡进行模数转换成数字信号，采集到的数字信号为电压变化量，通过软件在计算机上显示出来，这时读取的数值为电压值，通过标定值进行换算，就可计算出振动量的大

小。 DASP 通过示波调整好仪器的状态（如传感器档位、放大器增益、是否积分以及程控放大倍数等）后，要在DASP 参数设置表中输入各通道的工程单位和标定值。工程单位随传感器类型而定，或加速度单位，或速度单位，或位移单位等等。 传感器灵敏度为K CH （PC/U ）（PC/U 表示每个工程单位输出多少PC 的电荷，如是力，而且参数表中工程单位设为牛顿N ，则此处为PC/N ；如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s 2 ，则此处为PC/m/s 2 ）； INV1601B 型振动教学试验仪输出增益为K E ；积分增益为K J （INV1601 型振动教学试验仪的一次积分和二次积分K J =1）； INV1601B 型振动教学试验仪的输出增益： 加速度：K E = 10(mV/PC) 速度：K E = 1 位移：K E = 0.5 则DASP 参数设置表中的标定值K 为： )/(U mV K K K K J E CH ??= 四、 实验步骤 1、安装仪器 把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要露出激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和INV1601B 型振动教学试验放大仪的功放输出接口。把带磁座的加速度传感器放在简支梁的中部，输出信号接到 INV1601B a 加速度。 2、打开INV1601B 型振动教学试验仪的电源开关，开机进入DASP2006 标准版软件的主界面，选择单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形示波。 3、在采样参数设置菜单下输入标定值K 和工程单位m/s 2 ,设置采样频率为4000Hz ，程控倍数1倍。 4、调节INV1601B 型振动教学试验仪频率旋钮到40Hz 左右，使梁产生共振。 5、在示波窗口中按数据列表进入数值统计和峰值列表窗口，读取当前振动的最大值。 6、改变档位v (mm /s )、d (mm )进行测试记录。 7、更换速度和电涡流传感器分别测量a (m /s 2 )、v (mm /s )、d (mm )。

机械振动习题及答案

机械振动 一、选择题 1. 下列4种运动（忽略阻力）中哪一种是简谐运动 （ C ） ()A 小球在地面上作完全弹性的上下运动 ()B 细线悬挂一小球在竖直平面上做大角度的来回摆动 ()C 浮在水里的一均匀矩形木块，把它部分按入水中，然后松开，使木块上下浮动 ()D 浮在水里的一均匀球形木块，把它部分按入水中，然后松开，使木块上下浮动 解析：A 小球不是做往复运动，故A 不是简谐振动。B 做大角度的来回摆动显然错误。D 由于球形是非线性形体，故D 错误。 2．如图1所示，以向右为正方向，用向左的力压缩一弹簧，然后松手任其振动。若从松手时开始计时，则该弹簧振子的初相位应为 图 一 （ D ） ()0A ()2 πB

()2 π-C ()πD 解析： 3.一质量为m 的物体挂在劲度系数为k 的轻质弹簧下面，其振动周期为T 。若将此轻质弹簧分割成3等份，将一质量为2m 的物体挂在分割后的一根弹簧上，则此弹簧振子的周期为 （ B ） ()63T A ()36T B ()T C 2 ()T D 6 解析：有题可知：分割后的弹簧的劲度系数变为k 3，且分割后的物体质量变为m 2。故由公式k m T π2=，可得此弹簧振子的周期为3 6T 4．两相同的轻质弹簧各系一物体（质量分别为21,m m ）做简谐运动（振 幅分别为21,A A ）,问下列哪一种情况两振动周期不同 （ B ） ()21m m A =，21A A =,一个在光滑水平面上振动，另一个在竖直方向上 振动 ()B 212m m =，212A A =,两个都在光滑的水平面上作水平振动 ()C 21m m =，212A A =，两个都在光滑的水平面上作水平振动 ()D 21m m =，21A A =，一个在地球上作竖直振动，另一个在月球上作 竖直振动

机械振动的各种应用

机械振动的利用 机械振动，也简称为振动，物理学上是这样给它定义的：物体在平衡位置附近做往复运动的运动。在现实生活中我们能看到很多机械都是运用机械振动这一学说理论来建造出来的。比如筛分设备、输送设备、给料设备、粉碎设备等等机械设备都是将理论运用到现实生活中的结果。以下我就举些例子来加以说明机械振动具体得在哪些产品中运用到了。 先说说筛分设备，筛分设备是机械振动在现实生活中运用的最多的产品。比如热矿筛、旋振筛、脱水筛等各种各样的筛分设备。顾名思义，筛分设备就是运用振动的知识和筛分部件将不同大小不同类型的物品区分开来，以减少劳动力和提到生产效率。例如：热矿筛采用带偏心块的双轴激振器，双轴振动器两根轴上的偏心块由两台电动机分别带动做反向自同步旋转，使筛箱产生直线振动，筛体沿直线方向作周期性往复运动，从而达到筛分目的。又如南方用的小型水稻落谷机，机箱里有一块筛网，由发动机带动连杆做往复运动，当水稻连同稻草落入筛网的时候，不停的振动会让稻谷通过筛网落入机箱存谷槽，以实现稻谷与稻草的分离，减少人力资源，提高了农业效率。 输送设备运用到机械振动也是很多的。比如：螺旋输送机、往复式给料机、振动输送机、买刮板输送机等输送设备。输送设备就是将物体从一个地方通过输送管道输送到另一个地方的设备，以节约人力资源，提高生产效率。例如：广泛用于冶金、煤炭、建材、化工等行业中粉末状及颗粒状物料输送的振动输送机，采用电动机作为优质动源，使物料被抛起的同时通过输送管道做向前运动，达到输送的目的。 给料设备在某种程度上与输送设备有共同之处，例如：振动给料机、单管螺旋喂料机、振动料斗等设备。就拿振动料斗来说吧，振动料斗是一种新型给料设备，安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱，堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。以下我就举例来说明下。 一、机械震动在铸造生产中的利用 1）分选及混合振动机 由于振动筛分在筛分过程中各个物料颗粒均处于运动状态，且在筛面上作抛掷运动，因而筛分效率高，故在砂处理系统中基本上都采用振动筛。但目前所用的振动筛基本上只有直线振动筛和单轴圆振动两种机型，这两种筛子适用于新砂和水分不高的旧砂筛分。振动筛是一种多行业、用途广泛的筛分设备，在一定的条件下它在砂处理中的应用更显示出其优越性。目前国内砂处理线上应用的多是中小型振动筛，国外已有每小时处理旧砂能力达700吨的直线振动筛。 2）冷却及烘干振动机 以对流传热方式为主的冷却和烘干机的工作原理是相同的，即促进物料与气流的充分接触而进行热交换。仅以热交换的条件来看，搅拌式冷却器内运转时只有部分物料处于动态，且搅拌摩擦所产生的部分热量又会传给物料。且在振动过

机械振动及其在机械工程中的应用

机械振动及其在机械工程中的应用 杨杰 （江苏师范大学海洋港口学院江苏连云港 222000） 摘要：本文主要讲的是机械振动在机械工程中的应用.首先讲述机械振动的发展史；然后对机械振动的种类进行了详细的叙述；接着写了机械振动的危害和应用；最后对机械振动在机械工程中的应用进行了阐述，如振动筛，冷却及烘干振动机和振动清理及时效处理，并对它的发展加入个人看法。 关键词：机械振动，机械振动的应用，机械工程 Mechanical vibration and Application in Mechanical Engineering Yang Jie (Jiangsu Normal University ,Jiangsu, Lianyungang 222000) Abstract:This article is primarily concerned with mechanical vibration applications in mechanical engineering starts by describing the history of mechanical vibration; then on the type of mechanical vibration were described in detail; then write a hazard and the application of mechanical vibrations; Finally, the mechanical vibration in machinery Engineering are described, such as vibrating screen, cooling and drying machine vibration and vibration cleaning and aging treatment, and added personal views of its development. Keywords: Mechanical vibration, application of mechanical vibrations, mechanical engineering 1.引言 随着机械工业和科学技术的发展，产品愈加复杂化，精度要求更高，性能要求更加稳定与高效，因此，振动问题已经成为必须解决的重要课题。振动是在日常生活和工程实际中普遍存在的一中现象，也是整个力学中

机械振动实验报告

《机械振动基础》实验报告 （2015年春季学期） 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化报告提交日期2015.05.07 哈尔滨工业大学

报告要求 1.实验报告统一用该模板撰写，必须包含以下内容： (1)实验名称 (2)实验器材 (3)实验原理 (4)实验过程 (5)实验结果及分析 (6)认识体会、意见与建议等 2.正文格式：四号字体，行距为1.25倍行距； 3.用A4纸单面打印；左侧装订； 4.报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档由班长收 齐，统一发送至：liuyingxiang868@https://www.wendangku.net/doc/fc4745870.html,。 5.此页不得删除。 评语： 教师签名： 年月日

实验一报告正文 一、实验名称：机械振动的压电传感器测量及分析 二、实验器材 1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 一套 2、激振器一套 3、加速度传感器一只 4、电荷放大器一台 5、信号发生器一台 6、示波器一台 7、电脑一台 8、NI9215数据采集测试软件一套 9、NI9215数据采集卡一套 三、实验原理 信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机（PC机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对比。实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图1所示。 q

精选-机械振动公式

弹簧串并联 单自由度无阻尼自由振动 单自由度有阻尼自由振动 单自由度有阻尼强迫振动 简谐力直接激励 2 1212 121,111k k k k k k k k k k k +=+=+=并联 串联),(,)3(;,1,2)2(; 0)()1()(,)(),sin(, sin cos ,,0,0002012 020 0022x x A g T f T m k dt E E d x x tg x x A t A x t x t x x m k x x kx x m st n n n p k n n n n n n n n &&&&&&&&θδωωπωωθωθωωωωωω求响应：静变形法，求固有频率：定义法能量法求微分方程：定理法，=====+=+=+=+===+=+-2 0012002 020 00212ln 1) (,)(),sin(,1,sin cos )1(,2,2,02,0ζπζζωδζωωθωζωθωωζωωωζωωζωωζωζωζω-= ==+=++=+=-=++=====++=+++--d n j i i n d d n d t n d d d n d n cr cr n n n T A A j x x x tg x x x A t Ae x t x x t x x m c c c m c x x x kx x c x m n &&&π&&&&&&λβζλλβλωω λλζλαζλλαωω-=+-==-= =-=+-=-==++-,,) 2()1(11,,12,)2()1(),sin(,sin 2 22221222k F x x x k F B tg k F B t B x t F kx x c x m st st n 无阻尼时，&&&

李峰机械振动作业

2013-2014学年第二学期研究生课程考核 (读书报告，研究报告) 考核科目：机械振动理论 学生所在院（系）：机电学院 学生所在学科：机械工程 姓名：李峰 学号：1302210115 题目：机械振动理论作业

1. 请指出弹簧的串、并联组合方式的计算方法。确定弹性元件的组合方式是串联还是并联的方法是什么？对两种组合方式分别加以说明。 答：，由此推出n 个并联弹簧组合的等效刚度∑==n i i eq k K 1 。由此推 出n 个弹簧并联等效刚度 ∑ ==n i i eq k k 1 11 。并联弹簧刚度较各组成弹簧 “硬”，串联弹簧较各组成弹簧“软”。 确定弹性元件的组合方式是串联还是并联的方法：若弹性元件共位移——端部位移相等，则并联关系；若弹性元件共力——受力相等，则为串联关系。 2.阻尼元件的意义与性质是什么？对于线性阻尼器，所受到的外力与振动速度的关系是什么？非粘性阻尼包括哪几种？它们的定义及计算公式分别是什么？ 答：（1）阻尼元件的意义与性质：阻尼元件对外力作用的相应表现为端点的一定的移动速度。阻尼系统所受外力为F d ，是振动速度x 的函数，)(x f F d =。通常假定阻尼器元件的质量是可以忽略不计的，

阻尼元件与弹性元件不同的是，它是消耗能量的，它以热能、声能等方式耗散系统的机械能。 （2）线形系统受到的外力为F d ，阻尼系数为C ，振动速x c F d =。 在角振动系统中，阻尼力矩M ，单位角速度为θ ，则M=θ c （3）非粘性阻尼包括：库伦阻尼，流体阻尼和结构阻尼。库伦阻尼计算公式： )sgn(x umg Fe *-=，其中sgn 为符号函数这里定义) ()()sgn(t x t x x = ，需注意当0)(=t x 时。库伦阻力是不定的，它取决于合力的大小，而方向与之相反； 流体阻尼：当物体以较大速度在粘性较小的流体（如空气）中运动时，由流体介质产生的阻尼，)sgn(2 x Fn x *-=γ；结构阻尼：材料内部产生摩擦所产生的阻尼，计算公式X Es 2 α=?。 3.单自由度无阻尼系统的自由振动的运动微分方程是什么？其自然频率、振幅、初相角的计算公式分别是什么？ 答：单自由度无阻尼系统的自由振动的微分方程;0)(=+t kx x m 自然频率 m k f w n ∏= ∏= 212；振幅：)( 02 20 w v x n X += ； 初相角： x w v n arctan =φ 。 4. 对于单自由度无阻尼系统自由振动，确定自然频率的方法有哪几种？具体过程是什么？ 答：单自由度无阻尼系统自由振动，确定自然频率的方法： （（1）静变形法：该方法不需要到处系统的运动微分方程，只需根据

机械振动学习题解答大全

机械振动习题解答（四）·连续系统的振动 连续系统振动的公式小结： 1 自由振动分析 杆的拉压、轴的扭转、弦的弯曲振动微分方程 22 222y y c t x ??=?? (1) 此式为一维波动方程。式中，对杆，y 为轴向变形，c =；对轴，y 为扭转 角，c ；对弦，y 为弯曲挠度，c 令(,)()i t y x t Y x e ω=，Y (x )为振型函数，代入式(1)得 20, /Y k Y k c ω''+== (2) 式(2)的解为 12()cos sin Y x C kx C kx =+ (3) 将式(3)代入边界条件，可得频率方程，并由此求出各阶固有频率ωn ，及对应 的振型函数Y n (x )。可能的边界条件有 /00, 0/0p EA y x Y Y GI y x ??=??? ?'=?=????=???? 对杆，轴向力固定端自由端对轴，扭矩 (4) 类似地，梁的弯曲振动微分方程 24240y y A EI t x ρ??+=?? (5) 振型函数满足 (4)4420, A Y k Y k EI ρω-== (6) 式(6)的解为 1234()cos sin cosh sinh Y x C kx C kx C kx C kx =+++ (7) 梁的弯曲挠度y (x , t )，转角/y x θ=??，弯矩22/M EI y x =??，剪力 33//Q M x EI y x =??=??。所以梁的可能的边界条件有 000Y Y Y Y Y Y ''''''''======固定端，简支端，自由端 (8) 2 受迫振动 杆、轴、弦的受迫振动微分方程分别为 222222222222(,) (,), (,) p p u u A EA f x t t x J GI f x t J I t x y y T f x t t x ρθθ ρρ??=+????=+=????=+??杆：轴：弦： (9) 下面以弦为例。令1 (,)()()n n n y x t Y x t ?∞==∑，其中振型函数Y n (x )满足式(2)和式(3)。代入式(9)得 1 1 (,)n n n n n n Y T Y f x t ρ??∞ ∞ ==''-=∑∑ (10) 考虑到式(2)，式(10)可改写为 21 1 (,)n n n n n n n Y T k Y f x t ρ??∞ ∞ ==+=∑∑ (11) 对式(11)两边乘以Y m ，再对x 沿长度积分，并利用振型函数的正交性，得 2220 (,)l l l n n n n n n Y dx Tk Y dx Y f x t dx ρ??+=???