三激振器

第三部分激振设备振动理论激振设备常用的激振器有电动式、机械式和电液式三种，此外还有用于小型、薄壁结构的压电晶体激振器、磁电式激振器、高频激振的磁致伸缩激振器和高声强激振器等。激振设备的分类按使用方式振动台机械式、电动式、液压式激振器机械式、电动式、液压式分布力集中力按工作原理机械式、电动式、液压式、压电式、磁吸式按振动方向单方向垂直、水平、扭转一维振动多方向垂直、水平二维平面或三维空间振动按振动波形简谐振动、冲击振动、随机振动、任意波形振动激振设备的基本特性参数1、最大激振力2、最大负荷3、最大空载和满载加速度4、最大位移和最大速度5、使用频率范围6、失真度7、台面的均匀度8、台面的横向运动机械式振动台与激振器1、直接驱动式当它们的主轴由电机带动旋转时，台面即产生确定的振动台面是由主轴经过一个机构直接驱动的e曲柄滑块机构e正弦机构e凸轮顶杆机构台面的位移sinxet机械式振动台与激振器振幅的大小由偏心距确定振动频率由偏心轮回转速度确定转速是可调的频率范围窄，下限频率决定于调速机构在低速时稳定程度，上限频率受轴承磨损等因素的影响，不会太高，一般在50-60赫兹。输出波形较差直接驱动式振动台的特点2、离心式振动台工作原理试验物体台面台体两个转轴通过一对齿轮齿和，并由电机带动以相等的角速度、相反的转向转动，每一轴上有一质量为m、偏心距为e的偏心块，每一偏心块就有一离心力作用在转轴上，如果两偏心块的相对位置配置的好，则两个力的水平分力相互平衡，而垂直分力合成为一合力，若转轴以等角速度转动，则合力呈简谐变化，这个力通过激振器的外壳作用于被试验的物体上。激振力的大小22sinpmet机械式振动台与激振器离心式振动台的特点振动台的位移激振力与振动频率平方成正比振幅在ω»ω。时只与偏心块质量、偏心距及台面总质量有关，而与振动频率几乎无关。频率范围窄，一般为10-100赫兹之间传到基础上的激振力小输出波形较好22202()meAM机械式振动台与激振器机械式振动台与激振器机械振动试验台用于各类产品进行垂直、水平振动试验，并可自动调节振幅和无级调节振动频率，模拟试件在实际工况中所经受的振动环境，试验其耐振性和可靠性。机械式振动台与激振器工频振动试验台适用于实验室及生产线上在垂直状态下对电子元器件、组件、机电产品、仪器仪表等试件进行耐振检查及工艺试验，该试验台结构合理，工作可靠，操作简便。电动式振动台组成：运动系统---线圈骨架、线圈、连杆、支撑弹簧和台面磁路系统---励磁线圈（永久磁铁）、环形空气隙和外壳动圈台面励磁线圈磁路动圈台面励磁线圈磁路动圈台面励磁线圈磁路芯杆abc电动式振动台工作原理：利用带电导体在磁场中受到磁场力的作用而产生运动。当由励磁电源供以直流电流后，就在磁路的环形气隙中形成一个强大的恒定磁场，信号发生器产生交变信号，经功率放大器放大后，输入到动圈，它与磁场作用即产生一个交变的力，推动可动系统运动。若输入电流呈简谐变化时，则力的大小为：sinFBlit电动式振动台频率特性ekecsksc1m2m1、力学模型如图所示，其中1m2m和分别为台面和动圈质量ekec和分别为台面相对动圈的刚度和阻尼系数sk和分别支撑弹簧的刚度和阻尼系数sc电动式振动台2、运动方程sksc12mm0jtFexa当较低时，由于，m1和m2可看作是刚体连接，系统可简化为如图a所示的单自由度系统，其运动方程为：eskk120()jtssmmxcxkxFe0222211(1)(2)smFkx令jtmxxe则有其中112skmm122()ssckmm电动式振动台ekec1m2m0jtFe1x2xb当较高时，由于，可忽略，系统可简化为如图b所示的两自由度系统，其运动方程为：sekk111102122000eeeejteeeecckkmxxxcckkFemxxx则有2221(1)eeekkmmmm将两种情况结合起来得振动台频率特性曲线为12ABCD电动式振动台磁场产生的方式支撑弹簧驱动线圈的阻抗特性冷却方式特点：1、频率范围宽，下限1-10Hz，上限上万Hz。2、输出加速度波形好3、输出推力大，易调节和控制4、操作方便，可实现多种波形振动5、造价高电动式振动台电动式振动台电动式振动台--水平滑台系列电动式振动台--水平滑台系列电动振动台配置水平滑台可实现三向振动试验。水平滑台以较小的载体（台面）质量提高了整体负载能力，能够支撑更大尺寸和更大质量的负载。水平滑台按连接方式划分为联体式和分体式；按导向方式分为LT和LTB系列，LT系列为V型导轨导向方式，LTB系列为静压轴承导向方式。配置水平滑台的振动系统可分别完成部件或整机的X、Y和Z方向的振动试验，也可以配合温、湿试验箱形成复合环境试验系统。滑板的面积、厚度决定活动系统的质量，也会影响台面的上限频率电动式激振器电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈7固装在顶杆4上，并由支承弹簧1支承在壳体2中，线圈7正好位于磁极与铁芯6的气隙中。当线圈7通过经功率放大后的交变电流i时，根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流i成正比的电动力的作用，此力通过顶杆传到被测对象，即为激振力。但是，由顶杆施加到被激对象上的激振力，不等于线圈受到的电动力。传动比（电动力与激振力之比）与激振器运动部分和被测对象本身的质量刚度、阻尼等因素有关，而且还是频率的函数。只有当激振器可动部分质量与被测对象的质量相比可略去不计，且激振器与被激对象的连接刚度好，顶杆系统刚性也很好的情况下才可以认为电动力等于激振力绝对式电动激振器的安装一电动激振器主要用于对被激对象作绝对激振，因而在激振时最好让激振器壳体在空间保持基本静止，使激振器的能量尽量用于对被激对象的激励上。为此，激振器的安装要能满足这一要求。(1)当要求作较高频率的激振时，激振器用软弹簧悬挂起来，并加上必要的配重，以尽量降低悬挂系统的固有频率，使它低于激振频率1/3以上。(2)低频激振时则将激振器刚性地安装在地面或刚性很好的架子上。(3)在很多无法找到安装激振器的参考物场合，可将激振器用弹簧支撑在被激对象上。此方法仅适合用于被测对象的质量远远超过激振器质量，且激振频率大于激振器安装固有频率的振动试验。绝对式电动激振器的安装二为了保证测试精度，做到正确施加激振力，必须在激振器与被激对象之间用一根在激励力方向上刚度很大而横向刚度很小的柔性杆连接，既保证激振力的传递又大大减小对被激对象的附加约束。此外，一般在柔性杆的一端串联着一力传感器，以便能够同时测量出激振力的幅值和相位角1—激振器2—试件3—弹簧4—柔性杆电动式激振器电动式激振器电磁式激振器电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接触激振场合。特别是对回转件的激振，如图所示。一定频率的交变信号经功率放大器放大后，通入绕在铁芯上的线圈中，这时在磁极附近就形成一个交变磁场，处在磁场中的磁性试验对象就受到交变的吸力，吸力的大小近似为：信号发生器功率放大器直流电源0ii2aaaBSF()aaamwiBSRRaaaalRSmmmmlRSaRmR空气隙磁阻铁芯磁路的磁阻,amSS气隙与铁芯的截面积,am气隙与铁芯材料导磁系数,amll气隙平均厚度与铁芯磁路长度w线圈匝数电磁式激振器电磁式激振器涡流式不接触激振器ab涡流式不接触激振器电液式激振器在激振大型结构时，为得到较大的响应，有时需要很大的激振力，这时可采用电液式激振器。其结构原理所示。信号发生器的信号经过放大后，经由电动激振器，操纵阀和功率阀所组成的电液伺服阀2，控制油路使活塞3作往复运动，并以顶杆1去激励被激对象。活塞端部输入一定油压的油，形成静压力p*，对被激对象施加预载荷。用力传感器测量交变激励力p1和静压力p*。1—顶杆2—电液伺服阀3—活塞电液式激振器电液式激振器的优点：激振力大，行程大。但由于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激振器的高频特性变差，一般只适用于较低的频率范围，通常为零点几Hz到数百Hz，其波形也比电动式激振器差。此外，它的结构复杂，制造精度要求也高，并需一套液压系统，成本较高。电液式振动台液压振动试验台是一种通过电液伺服阀这一能量转换和放大装置，将高压液体的能量转换成作动筒执行机构往复运动的动力试验台，可用于模拟汽车及零部件、各类建筑及钢结构、航空航天机电产品在实际环境中所遭受的振动，从而优化产品结构，节省成本。它的功能与特点：1.实现正弦振动、随机振动、多点激振及冲击碰撞；2.可实现低频振动，并且推力大、防爆，因此可以应用于模拟地震激励、弹药装填等；3.可实现大质量、大尺寸产品的长行程振动试验。压电晶体激振器工作原理：利用压电晶体的逆压电效应，即在压电晶体的两个极化面上加交变电流时，在它的某一方向就会发生伸缩或剪切变形使用方法：用胶将压电晶体粘帖在试验物体表面，在它的两个极化面上加交变电压，当晶体片产生变形时，会带动试件产生相应的变形，这样在试件的局部区域起激振作用，而引起整个试件的振动特点：1、激振力很小，大小与晶体片的大小及所施加的交变电压有关。2、仅适用于轻薄结构3、有附加质量和附加刚度冲击力锤组成：由压电力传感器配以锤体、锤头盖和锤把等零件构成产生的波形：半正弦波软中硬硬中软冲击力锤特点：1、锤头盖材料不同，产生的波形的作用时间和主瓣频率不同。2、垂体质量主要影响冲击力幅值，对持续时间也略有影响。3、冲击能量主要集中在0-1/τ，主瓣频率大约为3/2τ4、冲击力大小一般与锤体质量有关，锤体大，冲击力也约大。气动零跌落试验台主要用于考核较大型产品包装件在移动、运输及装卸过程中承受跌落的能力，能轻易完成各种高度的面、棱、角跌落试验。高加速度冲击试验台加速度冲击试验台是专门为满足军工、家电等行业要求而研发的高加速度冲击试验台，采用跌落原理，为了增加初速度，采用了气压反推或者弹簧蓄能，加速度。对于通过调整充气压力，可以方便的实现各种难以实现的高加速度，台体配备了波形放大器。其它声激励利用共振原理激励爆炸法