激振力复杂变化的振动系统设计

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1、第1期(总第158期)机械工程与自动化NO．12010年2月MECHANICALENGINEERING8LAUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2010)01—0110—03激振力复杂变化的振动系统设计杨卫华，黄振峰，毛汉领(1．广西大学机械：Y-程学院，广西南宁530004；2．广西广播电视大学，广西南宁530022)摘要：介绍了振动系统的整体结构以及由直流电机和偏心轮组成的激振装置。对偏心轮的结构及其产生的激振力做了详细分析。最终设计出一个激振力复杂变化的系统。关键词：振动频率；激振力；偏心轮中图分类号：TH161．6文献标识码：A0引言动

2、基本不可能，于是就可以通过第二层的振动带动第设计此振动平台，是为了模拟多种不同主频率的振一层的振动，下层钢板由于跟轮子连接在一起，轮子动系统。与其他的振动系统相比，此振动系统的激振装放置在地上，相当于固定不振动。置中偏心轮(含小球)的偏心距是不断变化的，这使得系由于整个系统基本上是前后左右对称的，故可将统的振幅不断地变化，而电机的转速又影响系统的振动系统简化成双质量系统的振动模型，见图2。频率，从而整个系统的振幅和频率都可以变化。1系统整体设计整个振动系统共分3层，其结构示意图见图1。上层是一块钢板，上面可以放置实验用的物体。中间层也是一块钢板，钢板上面用螺栓将电

3、机固定好，偏心轮(含小球)则与电机转轴连接。底层由一块同样钢板和支撑整个系统的4个小轮组成，用小轮的原因是为了方便整个系统的移动。图2双质量系统振动模型根据机械振动量方面的知识可以得到如图2所示的双质量系统振动主频率09、09的平方公式：丢(计千√丢(计09o'~)2-。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)其中：09。相当于系统只有m的单自由度无阻尼自由振动时的固有频率，09。一√k2／m。；09。为系统只有的单自由度无阻尼自由振动时的固有频率，cU。=√(足1+五2)／m1。由此可见，系统主频率的大小只与系统的质量和系统内弹性元件的弹性系数k有关，通过改

4、变、k圈1振动系统结构示意图的大小就可以改变系统的主频率。上层与中层和中层与下层之间各用4根弹簧连2激振装置设计接，而8根弹簧与3块钢板之间由4根钢管穿透，钢激振装置是由电动机及其刚性连接在轴上的偏心管的下端与底层钢板固定。这样，钢板只能做竖直方轮组成，模型见图3。图3中，X方向为装置振动方向，向(纵向)的振动，而由于钢管的作用使水平方向的振F为偏心轮产生的离心力。偏心轮在圆心处与转轴由收稿日期：2009—05—11；修回日期：2009—08一l9作者简介：杨卫华(1984一)，男，江西抚州人，在读硕士研究生，研究方向：机械控制与自动化。2010年第1期杨卫华，等

5、：激振力复杂变化的振动系统设计键连接。整个偏心轮并非一个完整的圆柱体，而是在心轮和小球)的激振力为：盘面径向方向上开了一个槽，槽内一头连着一只弹簧，F一(。。+。)2—mo1．TOl-~-Tn02,T02一⋯⋯⋯(5)弹簧的另一头则连着一个小球。这样设计是为了保证。小球在槽内运动，同时偏心轮的质心随着小球在槽中小球受力分析示意图见图5。位置的不同而变化，从而导致偏心轮系统产生的激振，，一●力变化，进而影响到整个振动系统的振幅，而偏心轮的转速变化则直接影响到系统的振动频率，从而整个系统的振动频率和振幅都变化。激振装置的动力源是电动机，考虑到调速的方便，、厂采用直流电

6、动机。由于电机装在中间层钢板上，通过／一o中间层钢板的振动从而带动与之通过弹簧相连的上层钢板也跟着振动。图4偏心轮系统(含小球，位于径向方向)y图3激振装置模型3激振力分析激振力的大小为：F—moJ。。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)其中：z为偏心距；为角速度；为产生激振力的物图5小球受力分析示意图体的质量。在偏心轮系统中包括有偏心轮和小球，由于在图5中，a为O0与水平线之间的夹角；F为偏心轮不是规则的形体(见图4)，故应该先确定它的质槽对小球的支持力(或压力)，F，为小球受到弹簧施加心在哪里，然后才好确定偏心距的大小。的弹力，与FⅣ垂直，F=忌(z。。-X。-c

7、)；FM为槽对如图4所示，0为偏心轮的形心，()为小球球心。小球的摩擦力，与位于同一直线上，F肘=,uF；G整个偏心轮系统关于-z轴上下对称，故可以确定其质为小球的重力，G=。g。心必定在轴上。由于Y轴左侧偏心轮部分开了一个对小球进行受力分析，可得：关于轴上下对称的槽，故偏心轮(不包括小球)质心frt2o2gsina+是(zo2一zo-c)一l~FN=mO2O,J2．T02必然位于z轴的正半轴(与槽所在半圆相反的另一半IFⅣ一。zgcos口=o。圆面)上。这样设计，可以使得在增大时整个偏心轮⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)系统(含小球)的质心更靠近形心

8、O，从而使