1、振动台分类
振动试验台按能量来源主要有3类:机械式振动试验台、液压式振动试验台和电动振动试验台。
①机械振动试验台:把机械能转化成动能。
特点:推力大、波形差、价格低廉,适用于低频(5Hz-80Hz)疲劳实验。
②电动振动试验台:把电能转换成动能。
特点:工作频率宽(从几Hz到几千Hz)波形好、控制方便、价格较贵,是一般室试验中例行试验的类型。
六自由度电动振动试验系统
③液压振动试验台:把液压能转换成动能。
特点:低频(超低频)、推力大、负载能力强、控制方便,但工作上限频率低(一般以几十Hz到几百Hz为上限),价格昂贵。
2、振动台体的基本原理
电动振动台台体利用了恒定磁场中对线圈通以电流,线圈就会产生运动的原理,其原理类似于扬声器。对恒定磁场中的线圈通以交变电流,线圈就产生上下运动;通以正弦交变电流,线圈就做上下正弦交变运动,激振力(F)也将按正弦规律变化。
振动台激振力的大决于小取I、B、L三个参数的大小:
式中:
F— 激振力(N)
I— 电流
B— 磁通
L— 载流导体的有效长度
3、振动台的组成
振动台台体:振动的执行部件,将放大后的电能转换为动能;
功率放大器:将控制仪振动信号放大驱动振动台;
冷却系统:对振动台进行散热,降低振动台热损造成的发热。
中心保持装置:使运动部件(动圈)在不同负载及动态漂移,能保持在中心位置;
振动控制仪:提供振动信号→测量振动量级→控制调节振动量级;
传感器:用于测量振动幅值,将动能转换为电能或电荷信号,然后提供给振动控制仪进行测量;
选配件:水平滑台、垂直扩展台面、夹具等。
电动振动试验系统属于典型的闭环反馈控制系统,其反馈量由参与控制的传感器采样得到。
4、振动台体与部件
振动台体典型结构
振动台体垂直、水平结构
冷却装置对振动台进行强制冷却(风冷、水冷),确保振动台中的热量及时排出。航天希尔振动台的冷却系统一般分为两类:风冷式和水冷式。
风冷式电动振动系统参考图
水冷式电动振动系统参考图
冷却系统的区别:
自然冷却:效果差,适用于发热量小的振动台,但结构简单。这种只适用功率比较小的小型激振器。
风冷:风冷电动振动台结构简单,制造方便,冷却效率低,噪音偏高,一般用于小型中型振动台。
水冷却:水冷电动振动台结构复杂,工艺要求高,冷却效率高,噪音低,一般用于大型中型振动台。
5、振动台关键参数
① 最大载荷: 指设备的承受载荷的最大能力,取决于承载弹簧和导向系统的强度。
② 最大推力:设备所产生的最大激振力。计算公式如下:F=ma
a、推力() 单位是牛(N)
推力一般有振动台标称最大推力,平常所说的多少吨台子,或者多少公斤的台子。推力的单位是牛顿(N),力的单位换算成质量单位就是吨或者千克,比如标称80KN的振动台通常称作8吨的台子。
b、质量(m) 单位是千克(kg)
质量分为以下几个可能的部分
1)试样的质量m1
2)夹具的质量m2
3)连接头的质量(一般是水平向试验时需要计入)m3
4)扩展台面的质量(水平滑台或者垂直扩展台面的质量)m4
5)动圈的质量(这是基本是一个恒定值)m5
所以m=m1+m2+m3+m4+m5+…
c、试验要求的最大加速度(a)单位:m/s^2或者g
g=10*m/s^2
随机振动中用总均方根加速度(Grms 单位:g)
Grms由ASD或者PSD通过复杂的计算得到。
功率谱密度(PSD单位:g^2/Hz)
加速度谱密度(ASD 单位:(m/s^2)^2/Hz)
两者换算关系:
1g2/Hz=( 9.8 m/s2 )2/Hz=96.04 m2/s3
③ 位移,单位mm
一般振动台都会标称比如:最大位移(p‐p):76mm,只要不超过这个就可以了。
④ 频率范围,一般的电动振动台的频率虽然标称频率范围:2~2700Hz,但是实际一般工作频率在5~2500Hz范围,如果低于5Hz或者高于2500Hz就有可能做不了。
根据经验:客户给到的振动试验条件,一般能够给到的较多的是试样质量(重量),最大加速度值或者Grms值ASD或PSD。这样我们就可以计算现有设备能否满足相关条件,同时还要考虑瞬间超载的情况,通常这个系数为0.8。
因此F=ma就必须细化为:
F=(m1+m2+m3+m4+m5+…)a/0.8
实例:
客户给出条件:1kg试样,加上夹具不会超过5kg,最大加速度要30g,问8吨推力振动台能否满足X、Y、Z三向振动试验要求?
逐一确认上式中(所列数据均时临时假定):
m1=1kg(试样)
m2=4kg(夹具)
m3=15kg(连接头,水平方向需要计入)
m40=50kg(垂直扩展台)
m41=300kg(水平台面)
m5=60kg(动圈)
X、Y向一般定义为水平向,Z向定义为垂直向。
水平向计算验证:
f=(m1+m2+m3+m41+m5+…)a/0.8
=(1+4+15+300+60)*30/0.8
=14250kg
=142500N>80000N
该值大于8吨的推力,所以不能满足。
垂直向计算验证:
f=(m1+m2+m40+m5+…)a/0.8
=(1+4+50+60)*30/0.8
=4312.5kg
=43125N<80000N
该值小于8吨的推力,所以可以满足。
6,振动方向
常规的振动方向分为X轴 Y轴 Z轴 ,X轴代表水平左右方向,Y轴代表垂直方向,Z轴代表水平前后方向(如下图)
振动方向也是必须要确认的因素,不确定的可以参考国标实验方法,里面有具体介绍;
轴向说明
单轴:水平(左右或前后或X轴或Z轴)振动垂直(上下或者Y轴)振动
双轴:(水平+垂直)或(X轴+Y轴)振动三轴:(水平+垂直+前后)或(X轴+Y轴+Z轴)振动。
来源:汽车零部件实验