振动试验系统现状与发展.doc

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1、振动试验系统现状与发展振动试验的冃的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤具是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重耍。60年代，702所为满足航天产品振动试验的需耍，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至lOOkN的振动台及齐种振动测量仪表和传感器。冃前，702所的振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用，成为该所的一项重要民品。用丁•振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械式振动台、电液

2、式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向（单自由度）和多向（多口由度）振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。以下笔者对各种振动台，主耍对电动振动台，及其辅助设备的结构、性能和成本的现状及发展等进行简单的论述。1・机械式振动台机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低，但只能在约5Hz〜100Hz

3、的频率范RIT作，最大位移为6mni峰-峰值，最大加速度约10g,不能进行随机振动。凸轮式振动台运动部分的位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力随运动部分的质量而变化。这种振动台在低频域内，激振力大时，可以实现很大的位移，如100mmo但这种振动台工作频率仅限于低频，上限频率为20Hz左右。最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。机械式振动台由于其性能的局限，今后用量会越来越小。2.电液式振动台电液式振动台的工作方式是用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台能产生很人的激振力和位移，如激振力可高达104RN,位移可达2.5

4、m,而且在很低的频率下可得到很大的激振力。大激振力的液压台比相同推力的电动式振动台价格便宜。电液台的局限性在于其高频性能较差，上限T作频率低，波形失真较大。虽然可以做随机振动，但随机振动激振力的mis额定值只能为正弦额定值的1/3以下。这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。3.电动式振动台电动式振动台是Fl前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0〜10kHz,大型振动台频率范围为0〜2kHz；动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随

5、机波；可得到很大的加速度。电动式振动台是根拯电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感丿应强度的空隙屮，当需耍的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需耍的振动波形。电动振动台基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置五部分组成。驱动线圈和运动部件是振动台的核心部件,它的一阶共振频率决定着振动台的使用频率范閑，由于运动部件结构复杂,一阶共振频率计算非常困难，耍靠经验估算，这常常造成设计失

6、误。702所在80年代末首次将有限元方法用于电动振动台运动部件共振频率的计算，不仅提高了计算结果的准确度，而且便于对结构进行优化设计，大大增加了振动台的设计可靠性。振动台驱动线圈电流的产生方式有直接式和感应式。直接式就是将放大器输出的电流直接加到驱动线圈上，这种方式是振动台的主流。感应式是将交变电流通入一固定线圈，然后通过感应方式在驱动线圈产生电流。感应式振动台的驱动线圈不需耍引出电缆，结构简单，但这种振动台效率相对较低。美国的UD公司的一些振动台采用了这种结构。702所和其他公司的产品采用的是直接式，由于很好地解决了驱动线圈引出电缆问题，其产品更实用。振动台的

7、磁场产生方式可分为永磁型和励磁型。永磁型的恒定磁场是由永久磁钢产生的，由丁大体积的磁钢制作较困难，H前这种结构只适用丁•小型振动台。如702所生产的2202型振动台和B&K公司的4808型振动台都属于永磁型。而对丁•大型振动台则需耍在励磁线圈屮通以直流电流来产生恒定磁场，这就是励磁型振动台。励磁型振动台乂可分为单励磁和双励磁。单励磁只有一组励磁线圈，形成一个磁场回路，这种结构励磁效率低、耗电量大、漏磁很大，需要用消磁线圈來保证工作台面有一个低的磁场。双励磁由两套励磁绕组产生磁场，分别置丁丁作磁隙的上下两侧，在工作磁隙的磁场互相叠加，而在工作台面上的磁场互相抵消，

8、所以工作台面上的磁场就很