振动控制的基本原理.docx
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振动控制的基本原理
振动控制的基本原理
（1）电动台的工作原理及框图
载流导体载磁场中受电磁力的作用而运动，根据电磁学的基本原理，一段载流
元dI放在磁场中（见图1-1）所受的电磁力可用下式表示Df=BIdℓsin（dℓ^B）式中B一载流导体所处磁场的磁通（Gs）I一载流导体的电流有效值（A）dI^B一电流元与V的夹角载振动台的设计中dℓ^B=90°则sin（dℓ^B）=sin90°=1∴df=BIdℓ整个驱动动圈的线圈式由无数小电流元组成的因此动圈所受的力F为
F=∫ℓ0BIdℓ=IBℓ………（1-1）
ℓ…………动圈的有效长度
显然，在上式中，当振动台与定型时Bℓ为定值则FαI因此，当动圈上通过的电流I以正弦规律变化，即产生所谓振动。
由（1-1）式可知
振动台的激振力大小取决于I、B、ℓ三个参数的打小，气隙磁通B的大小式不能无限制地增加的，当采取恒磁场时，B一般为6000Gs一7000Gs，当采用单磁场励磁时，B一般在13000Gs左右，采用双磁场式B一般在16000Gs-18000Gs，ℓ是动圈线的有限长度，它受振动台体体积大小限制。
如果要增加激振力，则要增加动圈驱动电流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输出的大小。
为了表明由功率化为激振力的能力，人们常用数来表达，它定义为每产生一公斤的激振力所需功率放大器的瓦数，称为该振动台的力常数。
在振动台的应用中常用下列量纲
I…………安培（A）
ℓ…………厘米（cm）
B…………高斯（Gs）
F…………公斤力（kgf）
则（1-1）改写成
F=
x10-7IBℓ……………………1—2
（2）电动台的框图及各部件作用
电动台的框图如图1-2所示
各部分的主要作用是：
信号发生器：
提供振动台所需的控制电流。
功率放大器：
把信号发生器提供的电流和电压进行放大，供给振动台足够的电流和电压。
励磁电源：
为振动台提供强大的磁场所需的直流电源。
振动台体：
是振动台的振动源，在这里产生振动。
测量与控制系统：
用以测量振动量值的大小，并对振动台进行各种控制（如定加速度扫频、定位移扫频等）。
振动形式及振动方式
1振动：
（1）振动是物体围绕平衡位置进行的往复运动的一种形式。
通常用一些物理量（如位移、速度、加速度等）随时间变化的函数来表达振动的时间历程。
或者说，振动可以认为是一个质点或物体相对于一个基准位置的运动。
当这个运动在一定的时间间隔后仍精确地重复着，我们称之为周期振动。
周期振动可以用它的振动位移x（t）为时间t的函数关系来表示
X（t）=x（t+T）
周期振动的波形可以是各种各样的，最简单的形式是简谐振动，当把它按时间函数描绘成曲线时可以用图2-1的正弦曲线表示
图中T代表周期，即两个相邻的完整的运动状态所经历的时间。
周期的倒数称为频率
ƒ=
2振动的分类
（2-1）按振动产生的原因分
自由振动：
当系统的平衡破坏、只靠其弹性恢复力来维持的振动。
振动频率就是系统的固有频率。
当有阻尼时，振动逐步衰减知道停止。
强迫振动：
在外部施加的激振力的持续作用下，系统受迫产生的振动。
振动的特性与外部施加的激振力的大小、方向和频率有关。
自激振动：
由于系统具有非振荡性能源和反馈特性，从而引起的一种稳定的周期性振动。
振动的频率接近系统的固有频率。
（2-2）按振动的规律分
正弦振动
（或称简谐振动）：
能用正弦（或余弦）函数描述其运动规律的周期性振动，振动的幅值和相位是随时间变化，并可以预测。
随机振动：
不能用简单的函数（如正弦函数、余正弦函数、余弦函数等）或其简单组合来表达其运动规律，而只能用统计方法来研究的非周期性振动。
振动的瞬时幅值事先必能精确地判断、但可以用随机过程来描述。
其中还有随机加随机、随机加随机在加随机、正弦加随机加随机、正弦加随机。
（2-3）按振动的自由度数目分
单自由度振动：
确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置只需要一个独立的坐标
多自由度振动：
确定系统在振动过程中任何瞬时的几何位置需要对多个独立的坐标。
正弦振动的描述：
正弦振动用下述数字方程式描述
X=Xmsin（ωt+φ）式中ω=2πƒ为角频率
T时间
φ初相角
Xm质点离开基准的最大位移（亦称单振幅位移）
振动的大小通常可用振动参数如频率、位移、速度和加速度等不同量值来表示，只要是正弦振动规律，各参量就有固定的数学关系。
由于运动质点的速度是位移对时间的变化率，所以振动速度V可以将位移函数求导得到
V=
=ωXmcosωt=ωXmsin（ωt+
）=Vmsin（ωt+
）
式中Vm=ωXm=2πƒXm
同样，运动质点的加速度a是速度对时间的变化率
A=
=ω2Xmsin（ωt+π）=amsin（ωt+π）
式中am=2πƒ2v=ω2Xm=4π2ƒ2Xm
在振动的描述中，常用下列量纲
Xm——毫米（mm）振幅Xm-1mm（单振幅）
am——重力加速度（g）g=9.8m/s2
f——赫兹
随机振动的描述：
随机振动中的随机推力的计算
Fr=
·arms
式中：
Fr为随机激振力
运动系统的质量总和
ar.m.s随机振动的加速度总平方根
总平方根值的计算方法
随机振动功率谱均方根值是其谱密度曲线下的总面积的开方
E（X2）=
Sxx（ω）dω
式中：
Sxx（ω）…………谱密度函数
E（X2）…………功率谱均方根
总均方根值ar.m.s是均方值E（X2）的正平方根
ar.m.s=
计算加速度的均方根值Gr.m.s
Gr.m.s=
3振动台的选型
（1）根据被试产品（含夹具）的质量和正弦振动的最大加速度值（或随机振动的均方根值）的乘积、加30%余量确定额定激振力。
（2）根据试验规范的频率范围选择振动台的上、下限工作频率。
（3）当试验需要做水平振动时应配置水平滑台。
（4）试验的其它规范，例如最大位移、最大速度、最大承载能力以及根据试件尺寸大小是否应配置垂直扩展台面（扩展台面的工作频率）等。
4工装夹具设计基本原则
（1）当试件体积比较小，而且形状比较规则时，试件可以用螺杆、压板的方式把试件牢牢的固定在振动台面。
但当试件体积较大，而且形状复杂时，这种固定方法显然很困难，这时需要制作夹具，因此实际上夹具是试件与振动台面连接的过度体，其功能是将振动台的振动和能量不失真的传递给试件。
（2）对试件夹具的要求
要想把振动台面上的振动不失真地通过夹具转到试件上，也就是说希望试件上测得的加速度值与振动台面上测得的加速度值完全一样，理论上夹具必须是一刚体才能做到。
而实际上是不可能的，可见夹具对振动试验的影响是很大的。
由刚度和形状决定的夹具一阶共振频率的大小将直接限制振动试验系统工作的上限频率。
4-1直九WA夹具
夹具的设计是一门技术，对它的要求是比刚度尽可能大，也希望刚度大而重量轻。
从夹具的材料、结构、形状和制造工艺三方面考虑。
为了提高夹具的一阶共振频率，一般选择A3刚材料，A3刚强度高但重量重（比重为7.8kg/dm3）。
在同等激振力情况下，较重的夹具意味着振动台产生的加速度减少。
选择铝合金（或美铝合金）重量大大降低（比重为2.7kg/dm3或1.8kg/dm3），刚度不如A3，但可以加大材料厚度，形状上采用箱型结构、半球结构、封闭式结构以及胫板结构，在制造方法上采用整体铸造、焊接工艺都能提高夹具的刚度，进而提高夹具的一阶共振频率，扩大试验系统的使用范围。
图4-1我们自己设计的直九WA夹具，材料用铝合金，整体焊接，其刚度较高重量轻，改变方向时装卸方便。
我们在试件上分别A-B两点上做了试验,采取了数据。
A
B
左图是直九WA夹具数据，右图是振动台台体数据。
台体50hz
夹具A点50hz
夹具B点50hz
夹具A点100hz
台体100hz
夹具B点100hz
A点500hz
台体500hz
B点500hz
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