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有關(guān)振蕩臺(tái)的開展
60年代,702所為滿意航天商品振蕩實(shí)驗(yàn)的需求,開端了振蕩實(shí)驗(yàn)體系的研發(fā),包含推力10N至100kN的振蕩臺(tái)及各種振蕩丈量?jī)x表和傳感器。當(dāng)前,702所的振蕩實(shí)驗(yàn)設(shè)備不只在航天范疇并且在別的職業(yè)發(fā)揮著效果,變成該所的一項(xiàng)主要民品。用于振蕩實(shí)驗(yàn)的振蕩臺(tái)體系從其激振辦法上可分為三類:機(jī)械式振蕩臺(tái)、電液式振蕩臺(tái)和電動(dòng)式振蕩臺(tái)。從振蕩臺(tái)的激振方向,即作業(yè)臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)軌道來(lái)分,可分為單向(單自由度)和多向(多自由度)振蕩臺(tái)體系。從振蕩臺(tái)的功能來(lái)分,可分為單一的正弦振蕩實(shí)驗(yàn)臺(tái)和可完結(jié)正弦、隨機(jī)、正弦加隨機(jī)等振蕩實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)的振蕩臺(tái)體系。以下筆者對(duì)各種振蕩臺(tái),主要對(duì)電動(dòng)振蕩臺(tái),及其輔佐設(shè)備的構(gòu)造、功能和本錢的現(xiàn)狀及開展等進(jìn)行簡(jiǎn)略的論說(shuō)。
振蕩實(shí)驗(yàn)的意圖在于確定所規(guī)劃、制造的機(jī)器、構(gòu)件在運(yùn)送和運(yùn)用過(guò)程中接受外來(lái)振蕩或者本身發(fā)生的振蕩而不至損壞,并發(fā)揮其功能、到達(dá)預(yù)定壽數(shù)的牢靠性。跟著對(duì)商品,尤其是航空航天商品牢靠性需求的進(jìn)步,作為牢靠性實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵設(shè)備的振蕩實(shí)驗(yàn)體系的開展顯得越來(lái)越主要。
1.電液式振蕩臺(tái)
電液式振蕩臺(tái)的作業(yè)辦法是用小的電動(dòng)振蕩臺(tái)驅(qū)動(dòng)可操控的伺服閥,經(jīng)過(guò)油壓使傳動(dòng)設(shè)備發(fā)生振蕩。這種振蕩臺(tái)能發(fā)生很大的激振力和位移,如激振力可高達(dá)104kN,位移可達(dá)2. 5m,并且在很低的頻率下可得到很大的激振力。大激振力的液壓臺(tái)比一樣推力的電動(dòng)式振蕩臺(tái)價(jià)格便宜。電液臺(tái)的限制性在于其高頻功能較差,上限作業(yè)頻率低,波形失真較大。雖然能夠做隨機(jī)振蕩,但隨機(jī)振蕩激振力的rms額外值只能為正弦額外值的1/3以下。這種振蕩臺(tái)因其大推力、大位移能夠補(bǔ)償電動(dòng)振蕩臺(tái)的不足,在將來(lái)的振蕩實(shí)驗(yàn)中仍將發(fā)揮效果,尤其是在船只和汽車職業(yè)會(huì)有必定商場(chǎng)。
2.機(jī)械式振蕩臺(tái)
機(jī)械式振蕩臺(tái)可分為不平衡重塊式和凸輪式兩類。不平衡重塊式是以不平衡重塊旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的離心力來(lái)激振振蕩臺(tái)臺(tái)面,激振力與不平衡力矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比。這種振蕩臺(tái)能夠發(fā)生正弦振蕩,其構(gòu)造簡(jiǎn)略,本錢低,但只能在約5Hz~100Hz的頻率規(guī)模作業(yè),zui大位移為 6mm峰-峰值,zui大加速度約10g,不能進(jìn)行隨機(jī)振蕩。
凸輪式振蕩臺(tái)運(yùn)動(dòng)有些的位移取決于凸輪的偏疼量和曲軸的臂長(zhǎng),激振力隨運(yùn)動(dòng)有些的質(zhì)量而變化。這種振蕩臺(tái)在低頻域內(nèi),激振力大時(shí),能夠完成很大的位移,如100mm。但這種振蕩臺(tái)作業(yè)頻率于低頻,上限頻率為20Hz擺布。zui大加速度為3g擺布,加速度波形失真很大。
機(jī)械式振蕩臺(tái)由于其功能的限制,往后用量會(huì)越來(lái)越小。
3.電動(dòng)式振蕩臺(tái)
電動(dòng)式振蕩臺(tái)是當(dāng)前運(yùn)用zui廣泛的一種振蕩設(shè)備。它的頻率規(guī)模寬,小型振蕩臺(tái)頻率規(guī)模為0~10kHz,大型振蕩臺(tái)頻率規(guī)模為0~2kHz;動(dòng)態(tài)規(guī)模寬,易于完成主動(dòng)或手動(dòng)操控;加速度波形杰出,合適發(fā)生隨機(jī)波;可得到很大的加速度。電動(dòng)式振蕩臺(tái)是依據(jù)電磁感應(yīng)原理規(guī)劃的,當(dāng)通電導(dǎo)體處在穩(wěn)定磁場(chǎng)中將遭到力的效果,當(dāng)導(dǎo)體中通以交變電流時(shí)將發(fā)生振蕩。振蕩臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈正式處在一個(gè)高磁感應(yīng)強(qiáng)度的空地中,當(dāng)需求的振蕩信號(hào)從信號(hào)發(fā)生器或振蕩操控儀發(fā)生并經(jīng)功率擴(kuò)大器擴(kuò)大后通到驅(qū)動(dòng)線圈上,這時(shí)振蕩臺(tái)就會(huì)發(fā)生需求的振蕩波形。
電動(dòng)振蕩臺(tái)基本上由驅(qū)動(dòng)線圈及運(yùn)動(dòng)部件、運(yùn)動(dòng)部件懸掛及導(dǎo)向設(shè)備、勵(lì)磁及消磁單元、臺(tái)體及支承設(shè)備五有些構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)線圈和運(yùn)動(dòng)部件是振蕩臺(tái)的核心部件,它的一階共振頻率決議著振蕩臺(tái)的運(yùn)用頻率規(guī)模,由于運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)造雜亂,一階共振頻率核算十分艱難,要靠閱歷預(yù)算,這常常構(gòu)成規(guī)劃失誤。702所在80年代末初次將有限元辦法用于電動(dòng)振蕩臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件共振頻率的核算,不只進(jìn)步了核算結(jié)果的度,并且便于對(duì)構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃,大大增加了振蕩臺(tái)的規(guī)劃牢靠性。
振蕩臺(tái)驅(qū)動(dòng)線圈電流的發(fā)生辦法有直接式和感應(yīng)式。直接式即是將擴(kuò)大器輸出的電流直接加到驅(qū)動(dòng)線圈上,這種辦法是振蕩臺(tái)的干流。感應(yīng)式是將交變電流轉(zhuǎn)入一固定線圈,然后經(jīng)過(guò)感應(yīng)辦法在驅(qū)動(dòng)線圈發(fā)生電流。感應(yīng)式振蕩臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈不需求引出電纜,構(gòu)造簡(jiǎn)略,但這種振蕩臺(tái)功率相對(duì)較低。美國(guó)的UD公司的一些振蕩臺(tái)選用了這種構(gòu)造。702所和別的公司的商品選用的是直接式,由于*地處理了驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜疑問(wèn),其商品更有用。
振蕩臺(tái)的磁場(chǎng)發(fā)生辦法可分為永磁型和勵(lì)磁型。永磁型的穩(wěn)定磁場(chǎng)是由持久磁鋼發(fā)生的,由于大體積的磁鋼制造較艱難,當(dāng)前這種構(gòu)造只適用于小型振蕩臺(tái)。如702所出產(chǎn)的2202型振蕩臺(tái)和B&K公司的4808型振蕩臺(tái)都?xì)w于永磁型。而關(guān)于大型振蕩臺(tái)則需求在勵(lì)磁線圈中通以直流電流來(lái)發(fā)生穩(wěn)定磁場(chǎng),這即是勵(lì)磁型振蕩臺(tái)。
勵(lì)磁型振蕩臺(tái)又可分為單勵(lì)磁和雙勵(lì)磁。單勵(lì)磁只要一組勵(lì)磁線圈,構(gòu)成一個(gè)磁場(chǎng)回路,這種構(gòu)造勵(lì)磁功率低、耗電量大、漏磁很大,需求用消磁線圈來(lái)確保作業(yè)臺(tái)面有一個(gè)低的磁場(chǎng)。雙勵(lì)磁由兩套勵(lì)磁繞組發(fā)生磁場(chǎng),別離置于作業(yè)磁隙的上下兩邊,在作業(yè)磁隙的磁場(chǎng)相互疊加,而在作業(yè)臺(tái)面上的磁場(chǎng)相互抵消,所以作業(yè)臺(tái)面上的磁場(chǎng)就很小。一起由于雙勵(lì)磁磁路縮短,磁阻減小,勵(lì)磁功率比單勵(lì)磁有明顯進(jìn)步。702所的2104系列振蕩臺(tái)、美國(guó)LING和英國(guó)LDS的一些大型振蕩臺(tái)都?xì)w于雙磁場(chǎng)勵(lì)磁。同樣是雙勵(lì)磁構(gòu)造,702所的振蕩臺(tái)上下兩組磁場(chǎng)對(duì)錯(cuò)對(duì)稱的,而別的的振蕩臺(tái)卻是對(duì)稱的。
振蕩臺(tái)的冷卻辦法有天然冷卻、強(qiáng)行風(fēng)冷、水冷和油冷等幾種辦法。天然冷卻只適用于功率很小的小型激振器。油冷辦法由于構(gòu)造雜亂,在新研發(fā)的振蕩臺(tái)已不多見,如今還在運(yùn)用的油冷振蕩臺(tái)要注意堅(jiān)持油的質(zhì)量和數(shù)量。強(qiáng)行風(fēng)冷是用于中小型振蕩臺(tái)的常用冷卻辦法,它是運(yùn)用高壓風(fēng)機(jī)將臺(tái)體內(nèi)的熱空氣不斷抽出完成冷卻的。這種辦法冷卻時(shí),驅(qū)動(dòng)線圈和勵(lì)磁線圈的構(gòu)造比較簡(jiǎn)略,設(shè)備裝置便利,本錢低,不會(huì)呈現(xiàn)水冷臺(tái)多見的漏水、水路阻塞等毛病。但高壓風(fēng)機(jī)作業(yè)時(shí)噪音十分大,對(duì)操作人員影響很大。風(fēng)冷的冷卻功率相對(duì)較低,不合適大型振蕩臺(tái)的冷卻。水冷是大中型振蕩臺(tái)常用的冷卻辦法,一般水冷臺(tái)的繞組都是用空心漆包導(dǎo)線繞制的,而把冷卻水直接通入空心漆包導(dǎo)線內(nèi)進(jìn)行冷卻,冷卻功率高,并且沒有太大的噪音。但振蕩臺(tái)構(gòu)造較雜亂,對(duì)冷卻水的水質(zhì)需求較高,常用蒸餾水或去離子水。在水冷臺(tái)中,美、英幾家公司的設(shè)備存在著嚴(yán)峻的缺點(diǎn),即驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜和水管的構(gòu)造不合理及勵(lì)磁線圈水路的不合理,這種構(gòu)造常呈現(xiàn)漏水,并且對(duì)水質(zhì)需求*,要常常換水。702所的振蕩臺(tái)選用的水路并聯(lián)、電路串聯(lián)、水電接頭都選用螺紋銜接的新構(gòu)造繞組*的處理了這些疑問(wèn),它對(duì)水質(zhì)需求不太高,水壓低,很少呈現(xiàn)漏水現(xiàn)象。
功率擴(kuò)大器是電動(dòng)振蕩臺(tái)體系的主要構(gòu)成有些,它本身的功能和與振蕩臺(tái)的匹配情況直接關(guān)系著體系的功能。功率擴(kuò)大器開展到如今已閱歷了三代,從電子管擴(kuò)大器到晶體管線性擴(kuò)大器再到數(shù)字式開關(guān)擴(kuò)大器。電子管擴(kuò)大器在新出產(chǎn)的設(shè)備中已基本不必,開關(guān)式擴(kuò)大器是近幾年國(guó)外開發(fā)出來(lái)的,它運(yùn)用了晶體管的開關(guān)特性,管耗很小,功率可高達(dá)90%,而普通的線性擴(kuò)大器的功率只要50%擺布。恰是由于開關(guān)擴(kuò)大器本身發(fā)熱少,它的冷卻就十分簡(jiǎn)略,輸出功率幾十千伏安的擴(kuò)大器僅用很小的軸流風(fēng)機(jī)就能夠冷卻下來(lái),使設(shè)備的構(gòu)造簡(jiǎn)略牢靠。而同樣的線性擴(kuò)大器有必要要用水來(lái)冷卻,構(gòu)造雜亂。開關(guān)式擴(kuò)大器在低功率輸出時(shí)失真度相對(duì)較大,并且機(jī)殼需求較好的電磁屏蔽,不然會(huì)對(duì)周圍設(shè)備構(gòu)成電磁攪擾。
電動(dòng)振蕩臺(tái)的技能指標(biāo)有:額外正弦推力、隨機(jī)推力有用值、作業(yè)頻率規(guī)模、zui大加速度、zui大速度、zui大位移、運(yùn)動(dòng)部件有用質(zhì)量、作業(yè)臺(tái)面答應(yīng)直接承載質(zhì)量、作業(yè)臺(tái)面答應(yīng)偏載力矩、雜散磁場(chǎng)、加速度波形失真度、作業(yè)臺(tái)面加速度均勻度及橫向振蕩比等。振蕩臺(tái)的推力是指其運(yùn)動(dòng)有些的質(zhì)量與在該質(zhì)量下能到達(dá)的加速度的乘積,而不是指試件的分量。額外正弦推力是運(yùn)動(dòng)部件有用質(zhì)量與zui大加速度峰值的乘積,隨機(jī)推力有用值是振蕩臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)(如ISO5344)規(guī)則的功率譜密度曲線實(shí)驗(yàn)時(shí),運(yùn)動(dòng)有些有用質(zhì)量與可到達(dá)的zui大加速度有用值的乘積。
電動(dòng)振蕩臺(tái)仍將是將來(lái)振蕩實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備,其制造技能會(huì)在兩個(gè)方面有所開展。一是新資料的運(yùn)用,跟著大型磁性資料本錢的下降,大型的永磁振蕩臺(tái)將變成可能,這種振蕩臺(tái)構(gòu)造簡(jiǎn)略,節(jié)約能源,且有高牢靠性。功率擴(kuò)大器會(huì)選用更多的數(shù)字化和模塊化的電路,體積越來(lái)越小,功率越來(lái)越高。二是新辦法的運(yùn)用,跟著有限元辦法的推行,雜亂構(gòu)造的動(dòng)力特功能夠、疾速的核算出來(lái)。由于振蕩臺(tái)跟汽車等商品比較用戶是很少的,只能進(jìn)行小批量出產(chǎn),這就便于對(duì)不同的用戶、不同的試件進(jìn)行專門規(guī)劃,完成運(yùn)動(dòng)部件與夾具的一體化規(guī)劃,使每一個(gè)實(shí)驗(yàn)體系都到達(dá)功能。
4.多向振蕩臺(tái)
很多實(shí)驗(yàn)件,尤其是航空航天和船只職業(yè)的實(shí)驗(yàn)件,所在的振蕩環(huán)境并不是單自由度,而是多自由度的,明顯用當(dāng)前常用的單方向激振的振蕩臺(tái)無(wú)法完成實(shí)在的振蕩環(huán)境。為了更實(shí)在的模仿振蕩環(huán)境,在60年代前期,美國(guó)就開端了三向振蕩臺(tái)的研發(fā),到70年代已成功的研發(fā)了作業(yè)頻率較高、失真度較小的三向振蕩體系。80年代,702所也開端了這方面的研討。多向振蕩臺(tái)有電動(dòng)式和液壓式,電動(dòng)式能夠完成高的作業(yè)頻率和低的波形失真,而液壓式合適于低頻作業(yè),簡(jiǎn)略完成大激振力。當(dāng)前三向及多向振蕩體系在美、日等國(guó)家運(yùn)用較多,在中國(guó)運(yùn)用還很少。但跟著技能的日益老練,多向振蕩臺(tái)將以其本身的功能優(yōu)勢(shì)和高的作業(yè)功率得以推行。
5.歸納環(huán)境實(shí)驗(yàn)用振蕩臺(tái)體系
歸納環(huán)境實(shí)驗(yàn)有三歸納和四歸納,三歸納是指溫度、濕度和振蕩的歸納實(shí)驗(yàn)。702所90年代初在*要研發(fā)成功了三歸納實(shí)驗(yàn)體系。用于三歸納實(shí)驗(yàn)的振蕩臺(tái)一般具有較大的作業(yè)臺(tái)面,以便盡可能多的一次性裝置試件,要做好振蕩臺(tái)與環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱之間的密封和隔熱,硅橡膠板是常用的密封隔熱資料。702所正在研發(fā)四歸納實(shí)驗(yàn)體系,四歸納是指溫度、濕度、真空和振蕩的歸納環(huán)境實(shí)驗(yàn),由于實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)要抽真空,用于四歸納的振蕩臺(tái)有必要有主動(dòng)對(duì)中體系,確保振蕩臺(tái)不在負(fù)壓的效果下違背中心方位。振蕩臺(tái)要經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)部件的延伸段與實(shí)驗(yàn)箱銜接,用翻滾密封件進(jìn)行密封,必要時(shí)可加裝擴(kuò)展臺(tái),以裝置較多和較大的試件。三歸納環(huán)境實(shí)驗(yàn)體系已比較多見,四歸納實(shí)驗(yàn)體系在將來(lái)的環(huán)境實(shí)驗(yàn)中會(huì)發(fā)揮出更大的效果。
6.水滑潤(rùn)臺(tái)
水滑潤(rùn)臺(tái)是振蕩臺(tái)進(jìn)行水平實(shí)驗(yàn)的輔佐設(shè)備,在水滑潤(rùn)臺(tái)上便于裝置大型實(shí)驗(yàn)件。水滑潤(rùn)臺(tái)可分為靜承支承式、滾珠軸承支承式和油膜支承式,大型滑臺(tái)則選用了油膜和靜承一起支承的辦法。靜承支承的滑臺(tái)可在極低的頻率到很高的頻率之間作業(yè),加速度波形失真度小,抗傾覆力矩及抗改變力矩高,橫向振蕩小。但這種滑臺(tái)本錢很高,價(jià)格昂貴。滾珠軸承滑臺(tái)可用于中頻到高頻,在低頻作業(yè)時(shí),加速度波形上要疊加軸承噪聲。油膜滑臺(tái)構(gòu)造簡(jiǎn)略,本錢低,在低頻域內(nèi)波形杰出,簡(jiǎn)略完成大行程。但它抗傾覆和改變力矩低,橫向振蕩較大。
7.振蕩實(shí)驗(yàn)夾具
夾具是為把實(shí)驗(yàn)件牢固地固定在振蕩臺(tái)作業(yè)臺(tái)面上,并把振蕩臺(tái)的振蕩傳給實(shí)驗(yàn)件,它的質(zhì)量直接關(guān)系著實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。但當(dāng)前對(duì)實(shí)驗(yàn)夾具的主要性遍及注重不夠,尤其是在國(guó)內(nèi),一些實(shí)驗(yàn)人員僅憑感受來(lái)規(guī)劃夾具,規(guī)劃時(shí)缺乏必要的核算剖析,也沒有必要的檢驗(yàn)測(cè)驗(yàn)。這樣的夾具傳遞的振蕩通常存在著很大的失真,夾具上各點(diǎn)的振蕩量值相差很大,也即是均勻度很差。在測(cè)驗(yàn)頻段內(nèi)存在多階共振,振蕩操控十分艱難。有些夾具資料選用不妥,質(zhì)量過(guò)大,耗費(fèi)能量多。
夾具規(guī)劃的原則是在滿意試件裝置的前提下,夾具盡可能有低的質(zhì)量,高的剛度,在實(shí)驗(yàn)頻段內(nèi)盡可能不呈現(xiàn)和少呈現(xiàn)共振。夾具的資料多選用鎂和鋁,由于這兩種金屬比鋼的質(zhì)量小,阻尼特性比鋼好,加工本錢低。小型夾具一般用整塊資料加工而成,大的夾具有用焊接和鍛造的辦法制造。規(guī)劃時(shí)應(yīng)首要清晰實(shí)驗(yàn)條件,如正弦和隨機(jī)振蕩能級(jí)和允差,正弦掃描的頻率規(guī)模,隨機(jī)振蕩功率譜密度曲線,裝置條件,答應(yīng)的加速度不均勻度及橫向振蕩等。然后核算夾具的共振頻率及質(zhì)量,使之滿意實(shí)驗(yàn)需求。關(guān)于小試件,夾具的共振頻率不答應(yīng)低于1000Hz,一起應(yīng)到達(dá)試件zui低頻率的3~4倍。夾具加工完結(jié)后應(yīng)進(jìn)行必要的檢驗(yàn),關(guān)于主要和常用的夾具,如轉(zhuǎn)接板、擴(kuò)展臺(tái)等,要進(jìn)行全部的功能測(cè)驗(yàn),以確保實(shí)驗(yàn)的正確性。
電子、電工及資料技能的進(jìn)步和機(jī)械規(guī)劃辦法的改善,為振蕩實(shí)驗(yàn)體系的開展供給了機(jī)緣,以702所為代表的振蕩實(shí)驗(yàn)設(shè)備出產(chǎn)廠,跟著技能投入的加大,將會(huì)為振蕩實(shí)驗(yàn)供給更牢靠、高功率、低本錢的設(shè)備
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