机械装备动态性能4-5节

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1、第4节激振设备振动激振设备主要是振动台和激振器。通常，激振器是安装在被测物体上直接激振，从而产生一个干扰力并作用于被测结构物上；而振动台是把被测物体装在振动平台上，振动台产生一个变化的振动位移，从而在被测物体上产生一个与振动台的振动位移相对应的牵连惯性力而激振。激振设备产生干扰力使被测物体发生强迫振动，可以方便地实现在测试实验时被测物体所要求的强迫振动形式。激振设备种类很多，根据结构原理可分为机械式、电磁式、液压式和压电式等多种形式。一、激振器1、机械惯性式激振器这种激振器是利用偏心质量的旋转，使之产生周期变化的离心力，以起

2、激振作用。由两个带偏心质量而反向等速旋转的齿轮结构组成的机械惯性式激振器如图惯性式激振器示意图偏心质量齿轮旋转时，两质量的惯性力的合力在铅区直方向以简谐规律变化，在水平方向合力为零，则激振力的大小使用时，将激振器固定在被测物体上，激振力带动物体一起振动。此类激振器一般都用直流电动机带动，改变直流电动机的转速可调节干扰力的频率。这种激振器的优点是，制造简单，能获得从较小到很大的激振力（0至几千公斤）；缺点是工作频率范围很窄，一般为0至100Hz。由于受转速的影响，激振力大小无法单独控制，另外，机械惯性式激振器本身质量较大，对被

3、激振系统的固有频率有一定影响，且安装使用很不方便。2、电磁式激振器电磁式激振器是将电能转换成机械能，并将其传递给试验结构的一种仪器。其结构原理示意图如图电磁式激振器由磁路系统（包括励磁线圈、中心磁级、磁极板）与动圈、弹簧、顶杆、外壳等组成。动圈固定在顶杆上，处在中心磁极与磁极板之间的空气气隙中；顶杆由弹簧支撑，工作时顶杆处于限幅器的中间，弹簧与壳体相连接。在励磁线圈中输人直流电流，使中心磁极在磁极板的空气气隙中形成一个强大的磁场；同时再给动圈输人一个交变电流Ie，电流在磁场的作用下产生的电磁感应力力F使顶杆作上下运动，由顶杆

4、传给试件的激振力是电磁感应力F和可动部分的惯性力、弹性力、阻尼力等的合力。但由于激振器的可动部分质量很小，弹簧较软（激振器弹簧通常做成失稳状态，即在一定范围内，弹簧力不随弹簧变形而改变），所以在一般情况下，其惯性力、弹性力和阻尼力可以忽略。当输人动圈内的电流Ie。以简谐规律变化时，则通过顶杆作用在物体上的激振力也以简谐规律变化。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地面上，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，且要注意满足相应的跟随条件式。激振前顶杆应处

5、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。连接方框图如图所示。（磁场采用永久磁铁产生时，激振器不需要直流电源。）电磁式激振器系统连接示意方框图信号发生器是产生一定形式、一定频率范围和一定大小振动信号的设备，并向多功能形式发展，即同一信号发生器可产生多种振动信号，正弦、脉冲（分波、三角波）随机和瞬态随机等多种激振信号。功率放大器是将信号发生器输出的电压信号进行放大，给激振器提供与电压信号成正比的电流，以使电磁式激振器产生符合要求的激振

6、力。电磁式激振器的优点是能获得较宽频带（从零赫兹到1万赫兹）的激振力，即产生激振力的频率范围较宽。而可动部分质量较小，从而对被测物体的附加质量和附加刚度较小，使用也方便。因此，应用比较广泛，但这种激振器的缺点是不能产生太大的激振力。电磁式激振器的安装方式有许多种，一般以下面三种安装方式为主。1．激振器固定安装方式如图所示，这种固定方式要求安装后，激振系统的共振频率要高于激振器工作频率的3-4倍以上。为此，应尽可能采用刚性较好的支架。在这种情况下，传递给试件的激振力就等于驱动线圈产生的电磁感应力F。激振器固定安装方式2．弹性悬

7、挂安装方式用弹簧或橡皮绳将激振器悬挂在支架上，如图所示。它要求安装频率要远低于激振器的工作频率。此时施加于试件的激振力近似地等于驱动线圈产生的电磁感应力F。用手握激振器对试件做激振试验就属于这种安装方式，一般手握激振器的固有频率大约为2Hz一3Hz。激振器悬挂安装方式3．弹性安装方式弹性安装方式如图示，它适用于试验物体的质量远大于激振器的质量，激振器的工作频率远远高于安装共振频率的情况。激振器弹性安装方式从以上三种安装方式可以看出，激振器都通过激振顶杆和试件刚性地连接在一起，或者通过预压力和试件连接起来。这样，试件就等于在激

8、振点处附加了一定的质量、刚度和阻尼，它对试件的动态参数会产生一定的影响。因此激振器的选择原则是以能激起试件振动为前提，尽量选用功率小、质量小、刚度小的激振器。对于轻型结构、刚度很弱（如薄板）的试件，则要采用非接触式激振器激振为好。二、振动台机械式振动台有连杆偏心式和惯性离心式两种。它们的工