振動控制的基本原理

1、 振動控制的基本原理（1）電動臺的工作原理及框圖載流導體載磁場中受電磁力的作用而運動，根據(jù)電磁學的基本原理，一段載流dIBF圖1-1元dI放在磁場中（見圖1-1）所受的電磁力可用下式表示Df=BIdsin（dB）式中B一載流導體所處磁場的磁通（Gs）I一載流導體的電流有效值（A）dIB一電流元與V的夾角載振動臺的設計中dB=90°則sin（dB）=sin90°=1df=BId整個驅(qū)動動圈的線圈式由無數(shù)小電流元組成的因此動圈所受的力F為F= 0BId=IB(1-1)動圈的有效長度顯然，在上式中，當振動臺與定型時B為定值則FI因此，當動圈上通過的電流I以正弦規(guī)律變化，即產(chǎn)生所謂

2、振動。由（1-1）式可知振動臺的激振力大小取決于I、B、三個參數(shù)的打小，氣隙磁通B的大小式不能無限制地增加的，當采取恒磁場時，B一般為6000Gs一7000Gs，當采用單磁場勵磁時，B一般在13000Gs左右，采用雙磁場式B一般在16000Gs-18000Gs，是動圈線的有限長度，它受振動臺體體積大小限制。如果要增加激振力，則要增加動圈驅(qū)動電流I的大小，而I是由功率放大器提供的，也就要增大功率放大器輸出的大小。為了表明由功率化為激振力的能力，人們常用數(shù)來表達，它定義為每產(chǎn)生一公斤的激振力所需功率放大器的瓦數(shù)，稱為該振動臺的力常數(shù)。在振動臺的應用中常用下列量綱I安培（A） 厘米（cm） B高斯（

3、Gs） F公斤力（kgf）則（1-1）改寫成F=x10-7IB 12（2）電動臺的框圖及各部件作用電動臺的框圖如圖1-2所示信號發(fā)生器功率放大器測量控制系統(tǒng)振動臺體勵磁電源圖1-2各部分的主要作用是： 信號發(fā)生器：提供振動臺所需的控制電流。 功率放大器：把信號發(fā)生器提供的電流和電壓進行放 大，供給振動臺足夠的電流和電壓。 勵磁電源：為振動臺提供強大的磁場所需的直流電源。 振動臺體：是振動臺的振動源，在這里產(chǎn)生振動。 測量與控制系統(tǒng)：用以測量振動量值的大小，并對振動臺進行各種控制（如定加速度掃頻、定位移掃頻等）。振動形式及振動方式1振動：（1）振動是物體圍繞平衡位置進行的往復運動的一種形式。通常

4、用一些物理量（如位移、速度、加速度等）隨時間變化的函數(shù)來表達振動的時間歷程?；蛘哒f，振動可以認為是一個質(zhì)點或物體相對于一個基準位置的運動。當這個運動在一定的時間間隔后仍精確地重復著，我們稱之為周期振動。周期振動可以用它的振動位移x（t）為時間t 的函數(shù)關系來表示X(t)=x(t+T) 周期振動的波形可以是各種各樣的，最簡單的形式是簡諧振動，當把它按時間函數(shù)描繪成曲線時可以用圖2-1的正弦曲線表示Txt圖2-1周期振動的時間歷程圖中T代表周期，即兩個相鄰的完整的運動狀態(tài)所經(jīng)歷的時間。周期的倒數(shù)稱為頻率Txt圖2-2周期振動的時間歷程Xm=2振動的分類 （2-1）按振動產(chǎn)生的原因分自由振動：當系統(tǒng)

5、的平衡破壞、只靠其彈性恢復力來維持的振動。振動頻率就是系統(tǒng)的固有頻率。當有阻尼時，振動逐步衰減知道停止。強迫振動：在外部施加的激振力的持續(xù)作用下，系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動。振動的特性與外部施加的激振力的大小、方向和頻率有關。自激振動：由于系統(tǒng)具有非振蕩性能源和反饋特性，從而引起的一種穩(wěn)定的周期性振動。振動的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。（2-2）按振動的規(guī)律分正弦振動（或稱簡諧振動）：能用正弦（或余弦）函數(shù)描述其運動規(guī)律的周期性振動，振動的幅值和相位是隨時間變化，并可以預測。隨機振動：不能用簡單的函數(shù)（如正弦函數(shù)、余正弦函數(shù)、余弦函數(shù)等）或其簡單組合來表達其運動規(guī)律，而只能用統(tǒng)計方法來研究的非周期性振動。

6、振動的瞬時幅值事先必能精確地判斷、但可以用隨機過程來描述。其中還有隨機加隨機、隨機加隨機在加隨機、正弦加隨機加隨機、正弦加隨機。（2-3）按振動的自由度數(shù)目分 單自由度振動：確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時的幾何位置只需要一個獨立的坐標 多自由度振動：確定系統(tǒng)在振動過程中任何瞬時的幾何位置需要對多個獨立的坐標。正弦振動的描述： 正弦振動用下述數(shù)字方程式描述 X=Xmsin(t+)式中=2為角頻率 T 時間 初相角 Xm質(zhì)點離開基準的最大位移（亦稱單振幅位移）振動的大小通常可用振動參數(shù)如頻率、位移、速度和加速度等不同量值來表示，只要是正弦振動規(guī)律，各參量就有固定的數(shù)學關系。由于運動質(zhì)點的速度是位移對

7、時間的變化率，所以振動速度V可以將位移函數(shù)求導得到V=Xmcost=Xmsin(t+)= Vmsin(t+)式中Vm=Xm=2Xm同樣，運動質(zhì)點的加速度a是速度對時間的變化率A=2Xmsin(t+)=amsin(t+)式中am=22v=2Xm=422Xm在振動的描述中，常用下列量綱Xm毫米（mm） 振幅Xm-1mm（單振幅）am重力加速度（g） g=9.8m/s2 f 赫茲隨機振動的描述：隨機振動中的隨機推力的計算Fr=·arms式中：Fr 為隨機激振力 運動系統(tǒng)的質(zhì)量總和 a 隨機振動的加速度總平方根總平方根值的計算方法 隨機振動功率譜均方根值是其譜密度曲線下的總面積的開方E(X2

8、)=Sxx()d式中：Sxx() 譜密度函數(shù)E(X2) 功率譜均方根總均方根值a是均方值E(X2)的正平方根a=計算加速度的均方根值GG=3振動臺的選型 （1）根據(jù)被試產(chǎn)品（含夾具）的質(zhì)量和正弦振動的最大加速度值（或隨機振動的均方根值）的乘積、加30%余量確定額定激振力。 （2）根據(jù)試驗規(guī)范的頻率范圍選擇振動臺的上、下限工作頻率。 （3）當試驗需要做水平振動時應配置水平滑臺。 （4）試驗的其它規(guī)范，例如最大位移、最大速度、最大承載能力以及根據(jù)試件尺寸大小是否應配置垂直擴展臺面（擴展臺面的工作頻率）等。4工裝夾具設計基本原則 （1）當試件體積比較小，而且形狀比較規(guī)則時，試件可以用螺桿、壓板的 方

9、式把試件牢牢的固定在振動臺面。但當試件體積較大，而且形狀復雜時，這種固定方法顯然很困難，這時需要制作夾具，因此實際上夾具是試件與振動臺面連接的過度體，其功能是將振動臺的振動和能量不失真的傳遞給試件。功率放大器振動臺臺面試件夾具試件振動控制儀3-1振動各部分傳遞關系圖 （2）對試件夾具的要求要想把振動臺面上的振動不失真地通過夾具轉到試件上，也就是說希望試件上測得的加速度值與振動臺面上測得的加速度值完全一樣，理論上夾具必須是一剛體才能做到。而實際上是不可能的，可見夾具對振動試驗的影響是很大的。由剛度和形狀決定的夾具一階共振頻率的大小將直接限制振動試驗系統(tǒng)工作的上限頻率。4-1直九WA夾具夾具的設計是一門技術，對它的要求是比剛度盡可能大，也希望剛度大而重量輕。從夾具的材料、結構、形狀和制造工藝三方面考慮。為了提高夾具的一階共振頻率，一般選擇A3剛材料，A3剛強度高但重量重（比重為7.8kg/dm3）。在同等激振力情況下，較重的夾具意味著振動臺產(chǎn)生的加速度減少。選擇鋁合金（或美鋁合金）重量大大降低（比重為2.7kg/dm3或1.8kg/dm3），剛度不如A3，但可以加大材料厚度，形狀上采用箱型結構、半球結構、封閉式結構以及脛板結構，在制造方法上采用整體鑄造、焊接工藝都能提高夾具的剛度，進而提高夾具的一階共振頻率，擴大試驗系統(tǒng)的使用范圍。圖4-1我們自己設計