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1.機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)

　　

　機(jī)械式振動(dòng)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)產(chǎn)生的離心力來激振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面,，激振力與不平衡力矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比,。這種振動(dòng)臺(tái)可以產(chǎn)生正弦振動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡單,，成本低,，但只能在約5Hz～100Hz的頻率範(fàn)圍工作，zui大位移為 6mm峰-峰值,，zui大加速度約10g,，不能進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)。

　

　　凸輪式振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的位移取決於凸輪的偏心量和曲軸的臂長,，激振力隨運(yùn)動(dòng)部分的品質(zhì)而變化,。這種振動(dòng)臺(tái)在低頻域內(nèi)，激振力大時(shí),，可以實(shí)現(xiàn)很大的位移,，如100mm。但這種振動(dòng)臺(tái)工作頻率僅限於低頻,，上限頻率為20Hz左右,。zui大加速度為3g左右，加速度波形失真很大,。

 

機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)由於其性能的局限,，今後用量會(huì)越來越小。

　　

　　2.電液式振動(dòng)臺(tái)

　

　　電液式振動(dòng)臺(tái)的工作方式是用小的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)可控制的伺服閥,，通過油壓使傳動(dòng)裝置產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)臺(tái)能產(chǎn)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，而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)比相同推力的電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)價(jià)格便宜,。電液臺(tái)的局限性在於其高頻性能較差，上限工作頻率低,，波形失真較大,。雖然可以做隨機(jī)振動(dòng)，但隨機(jī)振動(dòng)激振力的rms額定值只能為正弦額定值的1/3以下,。這種振動(dòng)臺(tái)因其大推力,、大位移可以彌補(bǔ)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的不足，在未來的振動(dòng)試驗(yàn)中仍將發(fā)揮作用,，尤其是在船舶和汽車行業(yè)會(huì)有一定市場,。

　　

　　3.電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)

　　

　　電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)是目前使用zui廣泛的一種振動(dòng)設(shè)備。它的頻率範(fàn)圍寬,，小型振動(dòng)臺(tái)頻率範(fàn)圍為0～10kHz,，大型振動(dòng)臺(tái)頻率範(fàn)圍為0～2kHz,；動(dòng)態(tài)範(fàn)圍寬，易於實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)控制,；加速度波形良好,，適合產(chǎn)生隨機(jī)波；可得到很大的加速度,。電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的,，當(dāng)通電導(dǎo)體處在恒定磁場中將受到力的作用，當(dāng)導(dǎo)體中通以交變電流時(shí)將產(chǎn)生振動(dòng),。振動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈正式處在一個(gè)高磁感應(yīng)強(qiáng)度的空隙中,，當(dāng)需要的振動(dòng)信號(hào)從信號(hào)發(fā)生器或振動(dòng)控制儀產(chǎn)生並經(jīng)功率放大器放大後通到驅(qū)動(dòng)線圈上，這時(shí)振動(dòng)臺(tái)就會(huì)產(chǎn)生需要的振動(dòng)波形,。

　　

　　電動(dòng)振動(dòng)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)向裝置、勵(lì)磁及消磁單元,、臺(tái)體及支承裝置五部分組成,。驅(qū)動(dòng)線圈和運(yùn)動(dòng)部件是振動(dòng)臺(tái)的核心部件，它的一階共振頻率決定著振動(dòng)臺(tái)的使用頻率範(fàn)圍,，由於運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)複雜,，一階共振頻率計(jì)算非常困難，要靠經(jīng)驗(yàn)估算,，這常常造成設(shè)計(jì)失誤,。702所在80年代末將有限元方法用於電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件共振頻率的計(jì)算，不僅提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度,，而且便於對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),，大大增加了振動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)可靠性。

　　

　　振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)線圈電流的產(chǎn)生方式有直接式和感應(yīng)式,。直接式就是將放大器輸出的電流直接加到驅(qū)動(dòng)線圈上,，這種方式是振動(dòng)臺(tái)的主流。感應(yīng)式是將交變電流通入一固定線圈,，然後通過感應(yīng)方式在驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生電流,。感應(yīng)式振動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈不需要引出電纜，結(jié)構(gòu)簡單,，但這種振動(dòng)臺(tái)效率相對(duì)較低,。美國的UD公司的一些振動(dòng)臺(tái)採用了這種結(jié)構(gòu)。702所和其他公司的產(chǎn)品採用的是直接式,，由於很好地解決了驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜問題,，其產(chǎn)品更實(shí)用。

　　

　　振動(dòng)臺(tái)的磁場產(chǎn)生方式可分為永磁型和勵(lì)磁型,。永磁型的恒定磁場是由*磁鋼產(chǎn)生的,，由於大體積的磁鋼製作較困難,，目前這種結(jié)構(gòu)只適用於小型振動(dòng)臺(tái)。如702所生產(chǎn)的2202型振動(dòng)臺(tái)和B&K公司的4808型振動(dòng)臺(tái)都屬於永磁型,。而對(duì)於大型振動(dòng)臺(tái)則需要在勵(lì)磁線圈中通以直流電流來產(chǎn)生恒定磁場,，這就是勵(lì)磁型振動(dòng)臺(tái)。

　　

　　勵(lì)磁型振動(dòng)臺(tái)又可分為單勵(lì)磁和雙勵(lì)磁,。單勵(lì)磁只有一組勵(lì)磁線圈,，形成一個(gè)磁場回路，這種結(jié)構(gòu)勵(lì)磁效率低,、耗電量大,、漏磁很大，需要用消磁線圈來保證工作臺(tái)面有一個(gè)低的磁場,。雙勵(lì)磁由兩套勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場,，分別置於工作磁隙的上下兩側(cè)，在工作磁隙的磁場互相疊加,，而在工作臺(tái)面上的磁場互相抵消,，所以工作臺(tái)面上的磁場就很小。同時(shí)由於雙勵(lì)磁磁路縮短,，磁阻減小,，勵(lì)磁效率比單勵(lì)磁有顯著提高。702所的2104系列振動(dòng)臺(tái),、美國LING和英國LDS的一些大型振動(dòng)臺(tái)都屬於雙磁場勵(lì)磁,。同樣是雙勵(lì)磁結(jié)構(gòu),，702所的振動(dòng)臺(tái)上下兩組磁場是非對(duì)稱的,，而其他的振動(dòng)臺(tái)卻是對(duì)稱的,。

　　

　　振動(dòng)臺(tái)的冷卻方式有自然冷卻,、強(qiáng)制風(fēng)冷,、水冷和油冷等幾種方式。自然冷卻只適用於功率很小的小型激振器,。油冷方式由於結(jié)構(gòu)複雜,，在新研製的振動(dòng)臺(tái)已不多見,，現(xiàn)在還在使用的油冷振動(dòng)臺(tái)要注意保持油的品質(zhì)和數(shù)量,。強(qiáng)制風(fēng)冷是用於中小型振動(dòng)臺(tái)的常用冷卻方式,，它是利用高壓風(fēng)機(jī)將臺(tái)體內(nèi)的熱空氣不斷抽出實(shí)現(xiàn)冷卻的,。這種方式冷卻時(shí),，驅(qū)動(dòng)線圈和勵(lì)磁線圈的結(jié)構(gòu)比較簡單,，設(shè)備安裝方便，成本低,，不會(huì)出現(xiàn)水冷臺(tái)常見的漏水,、水路堵塞等故障,。但高壓風(fēng)機(jī)工作時(shí)噪音非常大,，對(duì)操作人員影響很大,。風(fēng)冷的冷卻效率相對(duì)較低,，不適合大型振動(dòng)臺(tái)的冷卻。水冷是大中型振動(dòng)臺(tái)常用的冷卻方式,，通常水冷臺(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,，冷卻效率高,，而且沒有太大的噪音,。但振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)較複雜,，對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求較高，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)重的缺陷,，即驅(qū)動(dòng)線圈引出電纜和水管的結(jié)構(gòu)不合理及勵(lì)磁線圈水路的不合理,，這種結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)漏水，而且對(duì)水質(zhì)要求極高,，要經(jīng)常換水,。702所的振動(dòng)臺(tái)採用的水路並聯(lián)、電路串聯(lián),、水電接頭都採用螺紋連接的新結(jié)構(gòu)繞組很好的解決了這些問題,，它對(duì)水質(zhì)要求不太高,，水壓低,，很少出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,。

　　

　　功率放大器是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的重要組成部分,，它本身的性能和與振動(dòng)臺(tái)的匹配狀況直接關(guān)係著系統(tǒng)的性能,。功率放大器發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三代,，從電子管放大器到晶體管線性放大器再到數(shù)位式開關(guān)放大器,。電子管放大器在新生產(chǎn)的設(shè)備中已基本不用,，開關(guān)式放大器是近幾年國外開發(fā)出來的,，它利用了電晶體的開關(guān)特性,，管耗很小，效率可高達(dá)90%,，而普通的線性放大器的效率只有50%左右,。正是由於開關(guān)放大器本身發(fā)熱少，它的冷卻就非常簡單,，輸出功率幾十千伏安的放大器僅用很小的軸流風(fēng)機(jī)就可以冷卻下來,，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單可靠,。而同樣的線性放大器必須要用水來冷卻，結(jié)構(gòu)複雜,。開關(guān)式放大器在低功率輸出時(shí)失真度相對(duì)較大,，而且機(jī)殼需要較好的電磁遮罩,，否則會(huì)對(duì)周圍設(shè)備造成電磁干擾,。

　　

　　電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)有：額定正弦推力,、隨機(jī)推力有效值,、工作頻率範(fàn)圍,、zui大加速度,、zui大速度,、zui大位移、運(yùn)動(dòng)部件有效品質(zhì),、工作臺(tái)面允許直接承載品質(zhì),、工作臺(tái)面允許偏載力矩、雜散磁場,、加速度波形失真度,、工作臺(tái)面加速度均勻度及橫向振動(dòng)比等,。振動(dòng)臺(tái)的推力是指其運(yùn)動(dòng)部分的品質(zhì)與在該品質(zhì)下能達(dá)到的加速度的乘積,，而不是指試件的重量。額定正弦推力是運(yùn)動(dòng)部件有效品質(zhì)與zui大加速度峰值的乘積,，隨機(jī)推力有效值是振動(dòng)臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)(如ISO5344)規(guī)定的功率譜密度曲線實(shí)驗(yàn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分有效品質(zhì)與可達(dá)到的zui大加速度有效值的乘積,。

　　

　　電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)仍將是未來振動(dòng)試驗(yàn)的主要設(shè)備,，其製造技術(shù)會(huì)在兩個(gè)方面有所發(fā)展,。一是新材料的應(yīng)用,，隨著大型磁性材料成本的降低,，大型的永磁振動(dòng)臺(tái)將成為可能,，這種振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約能源,，且有高可靠性,。功率放大器會(huì)採用更多的數(shù)位化和模組化的電路，體積越來越小,，效率越來越高,。二是新方法的應(yīng)用，隨著有限元方法的推廣,，複雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性可以準(zhǔn)確,、快速的計(jì)算出來。因?yàn)檎駝?dòng)臺(tái)跟汽車等產(chǎn)品相比用戶是很少的,，只能進(jìn)行小批量生產(chǎn),，這就便於對(duì)不同的用戶、不同的試件進(jìn)行專門設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件與夾具的一體化設(shè)計(jì),，使每一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都達(dá)到*性能。

 

4.水平滑臺(tái)

　　　水平滑臺(tái)是振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行水準(zhǔn)試驗(yàn)的輔助設(shè)備,，在水平滑臺(tái)上便於安裝大型試驗(yàn)件,。水平滑臺(tái)可分為靜壓軸承支承式,、滾珠軸承支承式和油膜支承式，大型滑臺(tái)則採用了油膜和靜壓軸承共同支承的方式,。靜壓軸承支承的滑臺(tái)可在極低的頻率到很高的頻率之間工作,，加速度波形失真度小，抗傾覆力矩及抗扭轉(zhuǎn)力矩高,，橫向振動(dòng)小,。但這種滑臺(tái)成本很高，價(jià)格昂貴,。滾珠軸承滑臺(tái)可用於中頻到高頻，在低頻工作時(shí),，加速度波形上要疊加軸承雜訊,。油膜滑臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，成本低,，在低頻域內(nèi)波形良好,，容易實(shí)現(xiàn)大行程。但它抗傾覆和扭轉(zhuǎn)力矩低,，橫向振動(dòng)較大,。

　　　　5.振動(dòng)試驗(yàn)夾具

　　夾具是為把試驗(yàn)件牢固地固定在振動(dòng)臺(tái)工作臺(tái)面上，並把振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)傳給試驗(yàn)件,，它的品質(zhì)直接關(guān)係著試驗(yàn)的品質(zhì),。但目前對(duì)試驗(yàn)夾具的重要性普遍重視不夠，尤其是在國內(nèi),，一些試驗(yàn)人員僅憑感覺來設(shè)計(jì)夾具,，設(shè)計(jì)時(shí)缺乏必要的計(jì)算分析，也沒有必要的檢驗(yàn)測試,。這樣的夾具傳遞的振動(dòng)往往存在著很大的失真,，夾具上各點(diǎn)的振動(dòng)量值相差很大，也就是均勻度很差,。在測試頻段記憶體在多階共振,，振動(dòng)控制非常困難。有些夾具材料選用不當(dāng),，品質(zhì)過大,，消耗能量多。

　　

　　夾具設(shè)計(jì)的原則是在滿足試件安裝的前提下,，夾具盡可能有低的品質(zhì),，高的剛度，在試驗(yàn)頻段內(nèi)盡可能不出現(xiàn)和少出現(xiàn)共振,。夾具的材料多採用鎂和鋁,，因?yàn)檫@兩種金屬比鋼的品質(zhì)小,，阻尼特性比鋼好，加工成本低,。小型夾具通常用整塊材料加工而成,，大的夾具有用焊接和鑄造的方法製作。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先明確試驗(yàn)條件,，如正弦和隨機(jī)振動(dòng)能級(jí)和允差,，正弦掃描的頻率範(fàn)圍，隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度曲線,，安裝條件,，允許的加速度不均勻度及橫向振動(dòng)等。然後計(jì)算夾具的共振頻率及品質(zhì),，使之滿足試驗(yàn)要求,。對(duì)於小試件，夾具的共振頻率不允許低於1000Hz,，同時(shí)應(yīng)達(dá)到試件zui低頻率的3～4倍,。夾具加工完成後應(yīng)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)，對(duì)於重要和常用的夾具,，如轉(zhuǎn)接板,、擴(kuò)展臺(tái)等，要進(jìn)行全面的性能測試,，以保證試驗(yàn)的正確性,。

　　

　　6.綜合環(huán)境試驗(yàn)用振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)

　　

　　綜合環(huán)境試驗(yàn)有三綜合和四綜合，三綜合是指溫度,、濕度和振動(dòng)的綜合試驗(yàn),。702所90年代初在國內(nèi)研製成功了三綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。用於三綜合試驗(yàn)的振動(dòng)臺(tái)一般具有較大的工作臺(tái)面,，以便盡可能多的一次性安裝試件,，要做好振動(dòng)臺(tái)與環(huán)境試驗(yàn)箱之間的密封和隔熱，矽橡膠板是常用的密封隔熱材料,。702所正在研製四綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),，四綜合是指溫度、濕度,、真空和振動(dòng)的綜合環(huán)境試驗(yàn),，由於試驗(yàn)箱內(nèi)要抽真空，用於四綜合的振動(dòng)臺(tái)必須有自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng),，保證振動(dòng)臺(tái)不在負(fù)壓的作用下偏離中心位置,。振動(dòng)臺(tái)要通過運(yùn)動(dòng)部件的延伸段與試驗(yàn)箱連接，用滾動(dòng)密封件進(jìn)行密封,，必要時(shí)可加裝擴(kuò)展臺(tái),，以安裝較多和較大的試件,。三綜合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)已比較多見，四綜合試驗(yàn)系統(tǒng)在將來的環(huán)境試驗(yàn)中會(huì)發(fā)揮出更大的作用,。

　　

　　7.多向振動(dòng)臺(tái)

　　

　　許多試驗(yàn)件,，尤其是航空航太和船舶行業(yè)的試驗(yàn)件，所處的振動(dòng)環(huán)境並不是單自由度,，而是多自由度的,，顯然用目前常用的單方向激振的振動(dòng)臺(tái)無法實(shí)現(xiàn)真實(shí)的振動(dòng)環(huán)境。為了更真實(shí)的模擬振動(dòng)環(huán)境,，在60年代初期,，美國就開始了三向振動(dòng)臺(tái)的研製，到70年代已成功的研製了工作頻率較高,、失真度較小的三向振動(dòng)系統(tǒng),。80年代，702所也開始了這方面的研究,。多向振動(dòng)臺(tái)有電動(dòng)式和液壓式,，電動(dòng)式可以實(shí)現(xiàn)高的工作頻率和低的波形失真,，而液壓式適合於低頻工作,，容易實(shí)現(xiàn)大激振力。目前三向及多向振動(dòng)系統(tǒng)在美,、日等國家應(yīng)用較多,，在我國使用還很少。但隨著技術(shù)的日益成熟,，多向振動(dòng)臺(tái)將以其自身的性能優(yōu)勢和高的工作效率得以推廣,。

　　

　　電子、電工及材料技術(shù)的提高和機(jī)械設(shè)計(jì)方法的改進(jìn),，為振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展提供了機(jī)遇,，以702所為代表的振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠，隨著技術(shù)投入的加大,，將會(huì)為振動(dòng)試驗(yàn)提供更可靠,、率、低成本的設(shè)備,。