实用振动试验技术-2

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。