小型振动实验台设计开题报告(2)

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对于小型振动实验台的设计，我主要打算是从现在一般的振动实验台的设计中吸取经验，并对此进行研究改造，创新，从而设计适合于一般实验测试应用的小型振动实验台。

用于振动实验的振动台系统从振动激励方式上可分为三类：机械式振动台、电液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（多自由度）振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动实验和冲击实验的振动台系统。

振动实验台主要用于摸清振动规律，知道机械结构的优化设计，对设备的振动进行预测或者进行振动控制，以保证机械设备具有良好的动态特性和良好的环境适应性，以提高机械设备的总体性能和总体水平；并且能够确定所设计、制造的机械、构建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于产生破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。

2.2 三种振动实验台原理

机械式

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的频率范围工作，最大位移为6mm峰-峤值，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100mm。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。

电液式

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大的激振力和位移，如激振力可高达10<sup>4</sup>kN，位移可达2。5m，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。大激振国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，上限工作频率低，波形失真较大。虽然可以做随机振动，但随机振动激振力的rms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，在未来的振动实验中仍然发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。

电动式

电动式振动台是目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，适合产生随机波；可得到很大的加速度。电动式振动台是根据电磁感应原理设直的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半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应强度的空隙中，当需要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要的振动波形。

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结构复杂，一阶共振频率计算非常困难，要靠经验估算，这常常造成设计失误。702所在80年代未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。