2.4　振动相关设备常识

1. 激振器

1）激振器的分类和特点

根据振动的方式和原理不同，激振器可分为四大类：机械式、电动式、液压式和压电式激振器。激振器的分类和特点如表2-8所示。

2）激振器的性能比较

不同激振器的性能比较如表2-9所示（压电式激振器的用途不同，此处不介绍）。

2. 冲击碰撞机

1）能产生标称冲击波形的设备及其特点

能产生标称冲击波形的设备及其特点如表2-10所示。

2）机械撞击设备的种类和特点

以某公司产品为例，机械撞击设备的种类和特点如表2-11所示。

3. 振动系统

1）振动台体的基本原理

对恒定磁场中的线圈通以电流，线圈就会产生运动，振动台体就是利用这一原理进行工作的，如图2-3所示。

对恒定磁场中的线圈通以交变电流，线圈就产生交变运动；通以正弦交变电流时，线圈就会按照正弦交变规律运动，激振力（F）也将按正弦规律变化。

振动台的激振力大小取决于I、B、L三个参数的大小，F=IBL，其中F为激振力，I为电流，B为磁通，L为载流导体的有效长度。

2）振动系统的组成和单元作用

振动控制仪：提供振动信号→测量振动量级→控制调节振动量级；

功率放大器：将振动控制仪提供的驱动信号进行处理和放大，驱动振动台体；

振动台：是振动的执行部件，将放大后的电能转换为动能；

冷却系统：对振动台体内产生的热量进行散热（常见有风冷、水冷），如图2-4、图2-5所示。

传感器：用于测量振动幅值，将动能转换为电能或电荷信号，然后提供给振动控制仪进行测量（电荷型、电压型）；

中心保持装置：使运动部件（动圈）在不同负载及动态漂移时，能保持在中心位置；

地基：能减小振动台体在振动时对地基的影响，振动台体一种是直接安装在基础上，另一种是放在地面上。

振动系统的组成和单元作用如图2-4所示，振动控制系统的构成如图2-5所示。

3）振动台体与部件

水平台体结构和垂直台体结构如图2-6、图2-7所示。

4）振动台体的内部主要部件

振动台体的内部主要部件如图2-8～图2-12所示。

5）水平滑台结构

水平滑台结构如图2-13所示。

6）垂直扩展台

当振动台面尺寸较小，被试验品（或夹具）的尺寸大于振动台面的最大螺孔直径时，需要考虑配置相应的扩展台，而扩展台的上限工作频率低于振动台的上限工作频率。因此，当采用扩展台时，通常应将扩展台的上限频率视作振动台的上限工作频率。一般圆形扩展台比同尺寸的方形扩展台的上限工作频率高。

当扩展台面、试件质量及重心偏离中心距离较大时，应考虑在扩展台的四个角下方加空气弹簧辅助支撑并加直线轴承导向，以减小横向运动，提高振动台的承载能力和抗倾覆力矩的能力。

7）冷却系统

自然冷却：效果差，适用于发热量小的振动台，但结构简单。

风冷：用于中型振动台。

液体冷却：采用水或油进行冷却，冷却效果好，但结构复杂，适用于大中型振动台。

8）振动系统的性能

系统的性能即指系统所能实现的最大振动量级，它受到台体的最大机械行程、功率放大器输出电压和电流能力的限制。一般而言，在低频段5～15Hz，功率放大器和台体的性能受到台体机械行程的限制；在15～100Hz，台体性能受到极限速度的限制，极限速度通常取决于功率放大器输出电压的能力；在100～1000Hz，系统的性能受到极限推力的限制，极限推力取决于功率放大器的输出电压和电流大小。

举例：以某品牌推力为2t的振动系统的性能范围为例，其正弦振动与随机振动的能力范围如图2-14所示，其机械冲击的能力范围如图2-15所示。

9）振动台体的共振

所有的机械振动台体都存在机械共振。对大多数振动台体来说，共振频率大于2000Hz。增加夹具和试件将使振动系统的机械阻抗复杂化。

10）振动系统的本底噪声

通常整个振动系统需要具有较低的本底噪声，以便在试验期间采用本部分规定的最大容差。振动系统噪声在0.6m/s2以下一般是可以接受的。