激振器资料课件

第三部分激振设备振动理论振动理论第三部分激振设备振动理论激振设备常用的激振器有常用的激振器有电动式电动式、机械式机械式和和电液式电液式三三种，此外还有用于小型、薄壁结构的压电晶种，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。伸缩激振器和高声强激振器等。激振设备常用的激振器有电动式、机械式和电液式三种，此外还有用激振设备的分类按使用方式按使用方式振动台振动台 机械式、电动式、液压式机械式、电动式、液压式激振器激振器 机械式、电动式、液压式机械式、电动式、液压式分布力分布力集中力集中力按工作原理按工作原理机械式、电动式、液压式、压电式、磁吸式机械式、电动式、液压式、压电式、磁吸式按振动方向按振动方向单方向单方向 垂直、水平、扭转垂直、水平、扭转 一维振动一维振动多方向多方向 垂直、水平垂直、水平 二维平面或三维二维平面或三维空间振动空间振动按振动波形按振动波形简谐振动、冲击振动、随机振动、任意波形振动简谐振动、冲击振动、随机振动、任意波形振动激振设备的分类按使用方式振动台机械式、电动式、液压式激振设备的基本特性参数1、最大激振力最大激振力2、最大负荷最大负荷3、最大空载和满载加速度最大空载和满载加速度4、最大位移和最大速度最大位移和最大速度5、使用频率范围使用频率范围6、失真度失真度7、台面的均匀度台面的均匀度8、台面的横向运动台面的横向运动激振设备的基本特性参数1、最大激振力2、最大负荷3、最大空载机械式振动台与激振器1、直接驱动式直接驱动式当它们的主轴由电机当它们的主轴由电机带动旋转时，台面即带动旋转时，台面即产生确定的振动产生确定的振动台面是由主轴台面是由主轴经过一个机构经过一个机构直接驱动的直接驱动的曲柄滑块机构曲柄滑块机构正弦机构正弦机构凸轮顶杆机构凸轮顶杆机构台面的位移台面的位移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机械式振动台与激振器振幅的大小由偏心距确定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振动频率由偏心轮回转速度确定转速是可调的转速是可调的频率范围窄，下限频率决定于调速机构在低频率范围窄，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，一般在的影响，不会太高，一般在50-6050-60赫兹。赫兹。输出波形较差输出波形较差直接驱动式振动台的特点直接驱动式振动台的特点机械式振动台与激振器振幅的大小由偏心距确定直接驱动式振动台的2 2、离心式振动台、离心式振动台工作原理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转动，每一轴上有一质量为m m、偏心距、偏心距为为e e的偏心块，每一偏心块就有一离心的偏心块，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。壳作用于被试验的物体上。激振力的大小激振力的大小机械式振动台与激振器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离心式振动台的特点离心式振动台的特点振动台的位移振动台的位移激振力与振动频率平方成正比激振力与振动频率平方成正比振幅在振幅在。时只与偏心块质量、偏心距及台面总质量有时只与偏心块质量、偏心距及台面总质量有关，而与振动频率几乎无关。关，而与振动频率几乎无关。频率范围窄，一般为频率范围窄，一般为10-10010-100赫兹之间赫兹之间传到基础上的激振力小传到基础上的激振力小输出波形较好输出波形较好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机械振动试验台用于各类产品进行垂直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。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电动式振动台组成：运动系统组成：运动系统-线圈骨架、线圈、连杆、支撑弹簧和台面线圈骨架、线圈、连杆、支撑弹簧和台面 磁路系统磁路系统-励磁线圈（永久磁铁）、环形空气隙和外壳励磁线圈（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电动式振动台组成：运动系统-线圈骨架、线圈、连杆、支撑弹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：入电流呈简谐变化时，则力的大小为：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电动式振动台频率特性频率特性1 1、力学模型如图所示，其中、力学模型如图所示，其中和和 分别为台面和动圈质量分别为台面和动圈质量 和和 分别为台面相对动圈的刚度分别为台面相对动圈的刚度和阻尼系数和阻尼系数和和 分别支撑弹簧的刚度和分别支撑弹簧的刚度和 阻尼系数阻尼系数电动式振动台频率特性1、力学模型如图所示电动式振动台2 2、运动方程、运动方程当当 较低时，由于较低时，由于 ，m m1 1和和m m2 2可看可看作是刚体连接，系统可简化为如图作是刚体连接，系统可简化为如图a a所示的单所示的单自由度系统，其运动方程为：自由度系统，其运动方程为：令令则有则有其中其中电动式振动台2、运动方程当较低时，由于电动式振动台b当当 较高时，由于较高时，由于 ，可忽略，系统可简化为如图，可忽略，系统可简化为如图b b所所示的两自由度系统，其运动方程为：示的两自由度系统，其运动方程为：则有则有将两种情况结合起来得振动台频率特性曲线为将两种情况结合起来得振动台频率特性曲线为电动式振动台b当较高时，由于电动式振动台磁场产生的方式磁场产生的方式支撑弹簧支撑弹簧驱动线圈的阻抗特性驱动线圈的阻抗特性冷却方式冷却方式特点：特点：1 1、频率范围宽，下限、频率范围宽，下限1-10Hz1-10Hz，上限，上限 上万上万HzHz。2 2、输出加速度波形好、输出加速度波形好3 3、输出推力大，易调节和控制、输出推力大，易调节和控制4 4、操作方便，可实现多种波形振动、操作方便，可实现多种波形振动5 5、造价高、造价高电动式振动台磁场产生的方式1、频率范围宽，下限1-10Hz，电动式振动台电动式振动台电动式振动台电动式振动台电动式振动台-水平滑台系列水平滑台系列电动式振动台-水平滑台系列电动式振动台-水平滑台系列水平滑台系列 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；按导向方式分为划分为联体式和分体式；按导向方式分为LTLT和和LTBLTB系列，系列，LTLT系列为系列为V V型导轨导向方式，型导轨导向方式，LTBLTB系列为静压轴承导向方式。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配置水平滑台的振动系统可分别完成部件或整机的X X、Y Y和和Z Z方向的振动试验，也可以配合温、湿试验箱形成复合方向的振动试验，也可以配合温、湿试验箱形成复合环境试验系统。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台面的上限频率 电动式振动台-水平滑台系列电动振动台配置水平电动式激振器电动式激振器电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈7 7固装固装在顶杆在顶杆4 4上，并由支承弹簧上，并由支承弹簧1 1支承在壳体支承在壳体2 2中，线中，线圈圈7 7正好位于磁极与铁芯正好位于磁极与铁芯6 6的气隙中。当线圈的气隙中。当线圈7 7通通过经功率放大后的交变电流过经功率放大后的交变电流i i时，根据磁场中载时，根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流流体受力的原理，线圈将受到与电流i i成正比的成正比的电动力的作用，此力通过顶杆传到被测对象，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（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，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也很好的情况下才可以认为电动力等于激振力 电动式激振器电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈7固装在顶杆绝对式电动激振器的安装一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量尽量用于 对被激对象的激励上。为此，激振器的安装要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。能满足这一要求。(1)(1)当要求作较高频率的激振时，激振器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，使它低于激振频率系统的固有频率，使它低于激振频率1/31/3以上。以上。(2)(2)低频激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。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)(3)在很多无法找到安装激振器的参考物场合，可将激振器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。有频率的振动试验。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绝对式电动激振器的安装二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，做到正确施加电动式激振器电动式激振器电动式激振器电动式激振器电动式激振器电动式激振器电磁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，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：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空气隙磁阻铁芯磁路的磁阻气隙与铁芯的截面积气隙与铁芯材料导磁系数气隙平均厚度与铁芯磁路长度线圈匝数电磁式激振器电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接电磁式激振器电磁式激振器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ab涡流式不接触激振器涡流式不接触激振器电液式激振器电液式激振器在激振大型结构时，为得到较大在激振大型结构时，为得到较大的响应，有时需要很大的激振力，的响应，有时需要很大的激振力，这时可采用电液式激振器。其结这时可采用电液式激振器。其结构原理所示。构原理所示。信号发生器的信号经过放大后，信号发生器的信号经过放大后，经由电动激振器，操纵阀和功率经由电动激振器，操纵阀和功率阀所组成的电液伺服阀阀所组成的电液伺服阀2 2，控制，控制油路使活塞油路使活塞3 3作往复运动，并以作往复运动，并以顶杆顶杆1 1去激励被激对象。活塞端去激励被激对象。活塞端部输入一定油压的油，形成静压部输入一定油压的油，形成静压力力p*p*，对被激对象施加预载荷。，对被激对象施加预载荷。用力传感器测量交变激励力用力传感器测量交变激励力p1p1和和静压力静压力p*p*。1顶杆2电液伺服阀3活塞电液式激振器在激振大型结构时，为得到较大的响应，有时需要很电液式激振器电液式激振器电液式激振器的优点：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，频特性变差，一般只适用于较低的频率范围，通常为零点几通常为零点几HzHz到数百到数百HzHz，其波形也比电动式，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，成本较高求也高，并需一套液压系统，成本较高。电液式激振器电液式激振器的优点：电液式振动台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，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。从而优化产品结构，节省成本。它的功能与特点：它的功能与特点：1.1.实现正弦振动、随机振动、多点激振及冲实现正弦振动、随机振动、多点激振及冲 击碰撞；击碰撞；2.2.可实现低频振动，并且推力大、防爆，因可实现低频振动，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；此可以应用于模拟地震激励、弹药装填等；3.3.可实现大质量、大尺寸产品的长行程振动可实现大质量、大尺寸产品的长行程振动 试验。试验。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，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而引起整个试件的振动特点：特点：1 1、激振力很小，大小与晶体片的大小及所施加的交变电、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。压有关。2 2、仅适用于轻薄结构、仅适用于轻薄结构3 3、有附加质量和附加刚度、有附加质量和附加刚度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：半正弦波产生的波形：半正弦波软中硬硬中软冲击力锤组成：由压电力传感器配以锤体、锤头盖和锤把等零件构成冲击力锤特点：特点：1、锤头盖材料不同，产生的波形的作用时间和主瓣、锤头盖材料不同，产生的波形的作用时间和主瓣 频率不同。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、垂体质量主要影响冲击力幅值，对持续时间也略 有影响。有影响。3、冲击能量主要集中在、冲击能量主要集中在 0-1/，主瓣频率大约为，主瓣频率大约为 3/2 4、冲击力大小一般与锤体质量有关，锤体大，冲击、冲击力大小一般与锤体质量有关，锤体大，冲击 力也约大。力也约大。冲击力锤特点：气动零跌落试验台气动零跌落试验台主要用于考核较大型主要用于考核较大型产品包装件在移动、产品包装件在移动、运输及装卸过程中承运输及装卸过程中承受跌落的能力，能轻受跌落的能力，能轻易完成各种高度的面、易完成各种高度的面、棱、角跌落试验。棱、角跌落试验。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、运输及装高加速度冲击试验台高加速度冲击试验台加速度冲击试验台是专门加速度冲击试验台是专门为满足军工、家电等行业为满足军工、家电等行业要求而研发的高加速度冲要求而研发的高加速度冲击试验台，采用跌落原理，击试验台，采用跌落原理，为了增加初速度，采用了为了增加初速度，采用了气压反推或者弹簧蓄能，气压反推或者弹簧蓄能，加速度。对于通过调整充加速度。对于通过调整充气压力，可以方便的实现气压力，可以方便的实现各种难以实现的高加速度，各种难以实现的高加速度，台体配备了波形放大器。台体配备了波形放大器。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、家电等行其它声激励声激励利用共振原理激励利用共振原理激励爆炸法爆炸法其它声激励