振动力学课程设计报告

振动力学课程设计报告课设题目：单位：专业/班级：姓名：指导教师：2011年12月22日一、前言1、课题目的或意义振动力学课程设计是以培养我们综合运用所学知识解决实际问题为目的，通过实践，实现了从理论到实践再到理论的飞跃。增强了认识问题，分析问题，解决问题的能力。带着理论知识真正用到实践中，在实践中巩固理论并发现不足，从而更好的提高专业素养。为认识社会，了解社会，步入社会打下了良好的基础。通过对GZ电磁振动给料机的振动分析与减振设计，了解机械振动的原理，巩固所学振动力学基本知识，通过分析问题，建立振动模型，在通过软件计算，培养了我们独立分析问题和运用所学理论知识解决问题的能力。2、课题背景：随着科学技术发展的日新月异，电磁振动给料机已经成为当今工程应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是使用的广泛，因此掌握电磁振动给料机技术是很有必要的和重要的。GZ系列电磁振动给料机广泛应用于矿山、冶金、煤炭、建材、轻工、化工、电力、机械、粮食等各行各业中，用于把块状、颗粒状及粉状物料从贮料仓或漏斗中均匀连续或定量地给到受料装置中去。特别适用于自动配料、定量包装、给料精度要求高的场合。例如，向带式输送机、斗式提升机，筛分设备等给料；向破碎机、粉碎机等喂料，以及用于自动配料，定量包装等，并可用于自动控制的流程中，实现生产流程的自动化。GZ电磁振动给料机的工作原理：GZ电磁振动给料机的给料过程是利用电磁振动器驱动给料槽沿倾斜方向做直线往复运动来实现的,当给料机振动的速度垂直分量大于策略加速度时,槽中的物料将被抛起,并按照抛物线的轨迹向前进行跳跃运动,抛起和下落在1/50秒内完成,料槽每振动一次槽中的物料被抛起向前跳跃一次,这样槽体以每分钟3000次的频率往复振动,物料相应地被连续抛起向前移动以达到给料目的。GZ系列电磁振动给料机主要用途:电磁振动给料机广泛使用在冶金、煤炭、电子、机械、化工、建材、轻工、粮食等行业中，在生产流程中，用于把块状、颗粒状、粉状物料从贮料仓或漏斗中定量、均匀、连续地给到受料装置中去。GZ系列电磁振动给料机主要特点：1.可无级调节给料量，可用于自动控制的生产流程中，实现生产自动化。2.无转动零部件，不需润滑，结构简单，维修方便。3.物料呈微抛运动，料槽磨损小。4.采用合金钢板制成的料槽，可使用输送高温、磨损严重及有腐蚀性的物料。5.由于给料槽中的物料在给料过程中连续地被抛起，并按抛物线的轨迹向前进行跳跃运动，因此给料槽的摩损较小。6.由于可瞬间改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度。7.工作效率高，消耗电能少。GZ系列电磁振动给料机产品概述:二、振动（力学）模型建立1、结构（系统）模型简介此系统为连续体的弹簧式电磁振动给料机，它由槽体、电磁激振器、主弹簧、隔振弹簧组成。电磁振动给料机的激振器电磁线圈的电流是经过单相半波整流的，当线圈接通后在正半周内有电流通过，衔铁与铁芯之间便产生了一脉冲电磁力互相吸引，这时槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形储存了一定的势能，在负半周线圈中无电流通过，电磁力消失，主弹簧释放能量，使衔铁和铁芯朝反方向离槽体向前运动，于是电磁振动给料机以交流电源的频率作每分钟3000次的往复振动，由于槽体的底平面与激振力作用线有一定的夹角，因此槽体中的物料沿抛物线的轨迹连续不断地向前运动。调节整流电压的高低，即可控制电磁振动给料机的送料量。给料机采用可控硅整流供电。改变可控硅的导通角，即可控制输出电压的高低。根据使用条件，可取不同信号来控制可控硅导通角的大小以达到自动定量送料的目的。GZ电磁振动给料机是利用电磁的方法使给料斗以振动，使料（一般是属于颗粒状的）单向运动，以达到均匀给料的目的。给料的速度应和使用达到相对平衡。为此就需要对给料速度进行调节。控制器里有可控硅，有电位器可调：调整电位器，就是调整电阻，在电路中调整了可控硅的导通角，也就是调整了供给电磁铁的电流，使振动的大小得到调节，从而调节了给料的速度。电磁振荡是电磁场，弹簧振子是机械振动，他们物理学基础上的共同性包含两点：1.运动刚好都是谐振动微分方程2.满足类似的边界条件：弹簧振子速度到两端就为0，电场在谐振腔的金属表面只存在垂直方向的分量，其他方向为0。GZ系列电磁振动给料机结构简图如下：主要技术参数：电磁振动给料机是一个在交变电磁力作用下作稳态运动的振动系统。其力学模型可简化为一个单自由度的弹簧一一质量系统，系统的刚度、质量和激励力的频率、幅值及波形都对系统的运动输出有影响。目前电磁振动给料机的振动激励力主要是通过对电磁铁施加经过半波整流的50Hz交流电而获得，激励力的幅度通过调节电压来控制，而工作频率及波形是不可调节的。电磁振动给料机力学模型图2、系统模型参数1m—质体1的质量2m—质体2的质量1kk2k3—质体1和质体2上的弹簧刚度以及两质间的弹簧刚度x1x2x—质体1和质体2的位移以及两质体的相对位移—激振频率F—激振力项目型号给料能力（t/h）物体最大允许粒数(mm)功率(w)电压(v)电流(a)双振幅(mm)间隙(mm)总重(kg)GZ1550602201≤1.751.9-2.275GZ210601502202.3≤1.751.9-2.2155GZ325702002203.8≤1.751.9-2.2225GZ4501004502207≤1.751.9-2.2460GZ510015065022010.6≤1.751.9-2.2656三、振动分析1、振动方程建立由刚度影响系数的定义直接计算刚度矩阵得出：K=22211211kkkk=322221kkkkkk又可得质量矩阵为：M=22211211mmmm=2100mm2激励力为：Q=tFtFsinsin11由Mx+Kx=Q得动力学方程为：2100mm21xx+322221kkkkkk21xx=tFtFsinsin112、模态定性分析(1)固有频率由02MK得系统的本征方程为22222212211221211211mkmkmkmk=2232221221)()(mkkkkmkk=0展开得：0))(()()(42322122322121421kkkkkmkkmkkmm解得固有频率为：21231223121223212123212112])(2[4])()[()()(mmkkkkkkmmmkkmkkmkkmkk2131mmkk21231223121223212123212122])(2[4])()[()()(mmkkkkkkmmmkkmkkmkkmkk21212)(mmmmk3、主振弹簧刚度（根据工作情况选取）电磁振动给料机的工作频率是固定的，对于半波整流的电磁振动给料机，其工作频率为50Hz,在亚共振状态下，固有频率为55Hz,电磁振动给料机的振动次数为3000次/分。由于振动机体的质量由工作性质决定，1m和2m为已知，主振弹簧刚度可以变化，则：221212mmmmk可取1m=50kg2m=100kgω2=55Hz,代入得：22)552(1005010050k610976705.3kN/m4、隔振弹簧刚度电磁振动给料机隔振的固有频率在2.5-10Hz之间，即150—600次之间，取1=5Hz,由下式可计算出隔振弹簧刚度：212131)(mmkk则)10050(31kk2)52(=510478940.1kN/m由)(312111kkmmmk;)(312123kkmmmk得:5511049298.01047894.11005050kkN/m5531098596.01047894.110050100kkN/m5、固有频率（选取质量质体1和质体2的质量，运用Matlab计算振动固有频率）代入1m,2m,1k,3k的值得：M=1000050K=4075301397670539767054026003运用matlab软件计算系统振动固有频率如下：M=[50,0;0,100]M=5000100K=[4026003-3976705;-39767054075301]K=4026003-3976705-39767054075301P=inv(M)*KP=1.0e+004*8.0520-7.9534-3.97674.0753[ev,ed]=eig(P)ev=0.89440.7071-0.44720.7071ed=1.0e+005*1.2029000.00996、模态定量分析固有频率：521102029.1522100099.0模态22222212211221211211mkmkmkmk)(i=021222222111112)(1kmkmkkiii（i=1,2）有：1)(1i时，2223221212)(1)()(kmkkmkkkiii（i=1,2）当521102029.1时，1)1(10181.1102029.15040262033976705)(521212)(1iimkkk当522100099.0时，1)2(20126.1100099.010040262033976705)(522212)(1iimkkk则模态为：10181.1)1(10126.1)2(四、减振设计1、减振设计方案（以文字、图和公式形式）电磁式振动给料机是利用电磁激振力激起主振质量的振动来进行自动给料。采取被动隔振措施对降低振动传递率有较好的效果,但却使振动给料机的工作效率降低了；同时使电磁式振动给料机的共振频率发生了偏移。为提高工作效率,电磁式振动给料机通常工作在共振区附近,因而会引起机器的其它部分或周围的其它仪器设备产生较大的振动,进而产生大的噪声,通常的解决办法是采用隔振装置,通过合理地选择振动系统(包括主振系统和隔振系统)的有关参数,使主振系统传递的振动尽可能被隔振系统吸收,从而减小传递到基础上的振动,以减少振动对其它工作机械的影响。主动隔振技术的隔振效果要好得多,特别是对低频区和共振区振动的隔离,主动隔振具有明显的优势。如效果不佳则采用二次隔振则会更好。减振力学模型图：由牛顿第二运动定理，可以写出二质体的运动微分方程：tFxkxkkxcxccxmtFxkxkkxcxccxmsin)()(sin)()(12223122222212121111可写成：tFkxxCxMsin即tMFxxx0020sin2有：)sin(0tx0一一频率比，即电磁激振力频率与系统固有频率比值。上为对于周期力波形式的电磁激振力所产生的相对振幅又和相位差角以及质体m1和质体m2的绝对振幅1和2公式可用于分析求解电磁激振力和质体振幅之间的关系。只要底座的质量m、和减振弹簧的刚度k,选择适当，可使传递的惯性力非常小。五、结论回想起此次课程设计，我感慨甚多，通过实践，实现了从理论到实践再到理论的飞跃。增强了认识问题，分析问题，解决问题的能力。在这过程中我遇到了许多问题，让我懂得了遇到问题要自己先思考，自己去解决，如果自己实在解决不了怎么去寻求帮助，学到了很多在书本上所没有学到过的内容。提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。虽然本次设计中有很多地方都是借鉴别人的，很多地方还都不是很懂，可能由于自身平时还不够认真