三、激振器

机械式振动台与激振器
2、离心式振动台
工作原理
两个转轴通过一对齿轮齿和，并由电 机带动以相等的角速度、相反的转向 转动，每一轴上有一质量为m、偏心距 为e的偏心块，每一偏心块就有一离心 力作用在转轴上，如果两偏心块的相 对位置配置的好，则两个力的水平分 力相互平衡，而垂直分力合成为一合 力，若转轴以等角速度转动，则合力 呈简谐变化，这个力通过激振器的外 壳作用于被试验的物体上。
按振动方向 单方向
多方向
垂直、水平、扭转
垂直、水平
一维振动
二维平面或三维空间振动
按振动波形
简谐振动、冲击振动、随机振动、任意波形振动
激振设备的基本特性参数
1、最大激振力 2、最大负荷 3、最大空载和满载加速度 4、最大位移和最大速度
5、使用频率范围
6、失真度 7、台面的均匀度 8、台面的横向运动
电动式振动台
当 较高时，由于 ks ke ，可忽略，系统可简化为如图b所 示的两自由度系统，其运动方程为：
m1 0
0 x1 ce m2 x1 ce
1 ke ce x 2 ke ce x
电动式激振器
电动式激振器
电磁式激振器
电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接触激振场合。特别 是对回转件的激振，如图所示。一定频率的交变信号经功率放大器放大 后，通入绕在铁芯上的线圈中，这时在磁极附近就形成一个交变磁场， 处在磁场中的磁性试验对象就受到交变的吸力，吸力的大小近似为：
F
2 Ba Sa
a
wi Ba Sa ( Ra Rm )
la Ra a Sa
Ra Rm S a , Sm a , m la , lm
Rm
空气隙磁阻
lm m S m

信号发生器
i
铁芯磁路的磁阻 气隙与铁芯的截面积 气隙与铁芯材料导磁系数 气隙平均厚度与铁芯磁路 长度 线圈匝数
i0
功率放大器
直流电源
绝对式电动激振器的安装二
为了保证测试精度，做到正确施加激振力，必须在激振器 与被激对象之间用一根在激励力方向上刚度很大而横向刚度 很小的柔性杆连接，既保证激振力的传递又大大减小对被激 对象的附加约束。此外，一般在柔性杆的一端串联着一力传 感器，以便能够同时测量出激振力的幅值和相位角
1—激振器 2—试件 3—弹簧 4—柔性杆
电动式振动台
组成：运动系统---线圈骨架、线圈、连杆、支撑弹簧和台面 磁路系统---励磁线圈（永久磁铁）、环形空气隙和外壳
台面 动圈 磁 路
台面
芯杆 励 磁 线 圈
台面 动圈 磁 路
励 磁 线 圈
磁路
动圈
励 磁 线 圈
Hale Waihona Puke Baidu
a
b
c
电动式振动台
工作原理：利用带电导体在磁场中受到磁场力 的作用而产生运动。当由励磁电源供以直流电 流后，就在磁路的环形气隙中形成一个强大的 恒定磁场，信号发生器产生交变信号，经功率 放大器放大后，输入到动圈，它与磁场作用即 产生一个交变的力，推动可动系统运动。若输 入电流呈简谐变化时，则力的大小为：
第三部分 激振设备
激振设备
常用的激振器有电动式、机械式和电液式
三种，此外还有用于小型、薄壁结构的压
电晶体激振器、磁电式激振器、高频激振
的磁致伸缩激振器和高声强激振器等。
激振设备的分类
按使用方式
振动台 激振器 机械式、电动式、液压式 机械式、电动式、液压式 分布力 集中力
按工作原理
机械式、电动式、液压式、压电式、磁吸式
机械式振动台与激振器
1、直接驱动式
当它们的主轴由电机 带动旋转时，台面即 产生确定的振动 台面是由主轴 经过一个机构 直接驱动的
台面的位移
x e sin t

e

e

e
曲柄滑块机构
正弦机构
凸轮顶杆机构
机械式振动台与激振器
直接驱动式振动台的特点
振幅的大小由偏心距确定 振动频率由偏心轮回转速度确定 转速是可调的 频率范围窄，下限频率决定于调速机构在 低速时稳定程度，上限频率受轴承磨损等 因素的影响，不会太高，一般在50-60赫兹。 输出波形较差
ks x F0e jt (m1 m2 ) x cs x
令 则有 其中 1
F0e jt m1 m2 x
ks cs
a
2
x xme jt
xm
ks m1 m2
F0 k s
2 (1 2 1 ) (2 1 ) 2

cs 2 ks (m1 m2 )
1—顶杆 2—电液伺服阀 3—活塞
电液式激振器
电液式激振器的优点： 激振力大，行程大。但由于油液的可压缩性和 调整流动压力油的摩擦，使电液式激振器的高 频特性变差，一般只适用于较低的频率范围，
通常为零点几Hz到数百Hz，其波形也比电动式
激振器差。此外，它的结构复杂，制造精度要
求也高，并需一套液压系统，成本较高。
1、频率范围宽，下限1-10Hz，上限 2、输出加速度波形好 3、输出推力大，易调节和控制 4、操作方便，可实现多种波形振动 5、造价高 上万Hz。
电动式振动台
电动式振动台
电动式振动台--水平滑台系列
电动式振动台--水平滑台系列
电动振动台配置水平滑台可实现三向振动试验。水平 滑台以较小的载体（台面）质量提高了整体负载能力， 能够支撑更大尺寸和更大质量的负载。水平滑台按连接 方式划分为联体式和分体式；按导向方式分为LT和LTB系 列，LT系列为V型导轨导向方式，LTB系列为静压轴承导 向方式。 配置水平滑台的振动系统可分别完成部件或整机的 X、Y和Z方向的振动试验，也可以配合温、湿试验箱形成 复合环境试验系统。 滑板的面积、厚度决定活动系统的质量，也会影响 台面的上限频率
冲击力锤
组成：由压电力传感器配以锤体、锤头盖和锤把等零件构成
产生的波形：半正弦波
软 中 硬
软
中 硬
冲击力锤
特点： 1、锤头盖材料不同，产生的波形的作用时间和主瓣 频率不同。 2、垂体质量主要影响冲击力幅值，对持续时间也略 有影响。 3、冲击能量主要集中在 0-1/τ，主瓣频率大约为 3/2τ 4、冲击力大小一般与锤体质量有关，锤体大，冲击 力也越大。
电液式振动台
液压振动台
SY70系列液压振动试验台是一种通过电液伺服阀这一能 量转换和放大装置，将高压液体的能量转换成作动筒执 行机构往复运动的动力试验台，可用于模拟汽车及零部 件、各类建筑及钢结构、航空航天机电产品在实际环境 中所遭受的振动，从而优化产品结构，节省成本。 它的功能与特点： 1. 实现正弦震动、随机振动、多点激振及冲击碰撞； 2. 可实现低频振动，并且推力大、防爆，因此可以应用 于模拟地震激励、弹药装填等； 3. 高强度的铸铝或铸镁台面，保证了振动的均匀和一致 性，重现性高，避免台面产生变形； 4. 可实现大质量、大尺寸产品的长行程振动试验。
试验物体
台面
台 体


激振力的大小
p 2me 2 sin t
机械式振动台与激振器
离心式振动台的特点
振动台的位移
2me 2 A 2 M ( 2 0 )
激振力与振动频率平方成正比 振幅在ω»ω。时只与偏心块质量、偏心距及台面总质量有 关，而与振动频率几乎无关。 频率范围窄，一般为10-100赫兹之间 传到基础上的激振力小 输出波形较好
气动零跌落试验台
气动零跌落试验台
SY41系列气动零跌落试验台是世力源公司根据ISTA等包装试验标准创 新设计的新产品，主要用于考核较大型产品包装件在移动、运输及装 卸过程中承受跌落的能力，能轻易完成各种高度的面、棱、角跌落试 验。 它的功能与特点： 1. 气压驱动，清洁、安全、通用性好； 2. 高强度铝合金框架，美观大方、经久耐用； 3. 所有易损件均为市场上的常用件，维护保养十分方便； 4. 控制仪采用流线型人性化设计，操作方便、外型好看； 5. 提升高度任意调节，实时显示，满足用户的不同需求； 6. 上、下位移限制，安全可靠； 7. 采用双侧四导轨导向，提升平稳，精度高； 8. 面、棱、角跌落； 9. 无需专用地基。
机械式振动台与激振器
SY80系列工频振动试验台适用于实验室及生产线上在垂直状态下对电子元器 件、组件、机电产品、仪器仪表等试件进行耐振检查及工艺试验，该试验台 结构合理，工作可靠，操作简便。 它的功能及特点： 1. 可实现桌面工作或轮式移动工作； 2. 具备定频和变频两种机型(SY80-30除外)。
F Bli sin t
电动式振动台
频率特性
1、力学模型如图所示，其中
m1
m1
和
m2 分别为台面和动圈质量
分别支撑弹簧的刚度和
ks 和 c s
ke
ce m2
ks c s
阻尼系数
ke 和 ce分别为台面相对动圈的刚度
和阻尼系数
电动式振动台
2、运动方程
当 较低时，由于 ke ks ，m1和m2可看 作是刚体连接，系统可简化为如图a所示的单 自由度系统，其运动方程为：
压电晶体激振片
工作原理：利用压电晶体的逆压电效应，即在压电晶体的 两个极化面上加交变电流时，在它的某一方向就会发生伸 缩或剪切变形 使用方法：用胶将压电晶体粘帖在试验物体表面，在它的 两个极化面上加交变电压，当晶体片产生变形时，会带动 试件产生相应的变形，这样在试件的局部区域起激振作用， 而引起整个试件的振动 特点： 1、激振力很小，大小与晶体片的大小及所施加的交变电 压有关。 2、仅适用于轻薄结构 3、有附加质量和附加刚度
绝对式电动激振器的安装一
电动激振器主要用于对被激对象作绝对激振，因而在激振 时最好让激振器壳体在空间保持基本静止，使激振器的能 量尽量用于 对被激对象的激励上。为此，激振器的安装要 能满足这一要求。(1)当要求作较高频率的激振时，激振器 用软弹簧悬挂起来，并加上必要的配重，以尽量降低悬挂 系统的固有频率，使它低于激振频率1/3以上。(2)低频激 振时则将激振器刚性地安装在地面或刚性很好的架子上。 (3)在很多无法找到安装激振器的参考物场合，可将激振器 用弹簧支撑在被激对象上。此方法仅适合用于被测对象的 质量远远超过激振器质量，且激振频率大于激振器安装固 有频率的振动试验。
ke x1 0 jt ke x2 F0e
m1
x1
则有 2
ke ke m (1 2 ) m2 m1 me
将两种情况结合起来得振动台频率特性曲线为
ke
m2
ce
x2
F0e jt b
A
1 B
C
2
D
电动式振动台
磁场产生的方式 支撑弹簧 驱动线圈的阻抗特性 冷却方式 特点：
w
电磁式激振器
电磁式激振器
涡流式不接触激振器
a
b
涡流式不接触激振器
电液式激振器
在激振大型结构时，为得到较大 的响应，有时需要很大的激振力， 这时可采用电液式激振器。其结 构原理所示。 信号发生器的信号经过放大后， 经由电动激振器，操纵阀和功率 阀所组成的电液伺服阀2，控制 油路使活塞3作往复运动，并以 顶杆1去激励被激对象。活塞端 部输入一定油压的油，形成静压 力p* ，对被激对象施加预载荷。 用力传感器测量交变激励力p1和 静压力p*。
机械式振动台与激振器
SY85系列机械振动试验台用于各类产品进行垂直、水平振动试验，并可自动 调节振幅和无级调节振动频率，模拟试件在实际工况中所经受的振动环境，试 验其耐振性和可靠性。 它的功能及特点： 1. 无级调节振幅大小； 2. 对称激振以保证精度指标； 3. 无级调节振动频率，可定频、自动扫频； 4. 光电测速反馈，控制精度高； 5. 零信号、飞车保护。
电动式激振器
电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈7固装 在顶杆4上，并由支承弹簧1支承在壳体2中，线 圈7正好位于磁极与铁芯6的气隙中。当线圈7通 过经功率放大后的交变电流i时，根据磁场中载 流体受力的原理，线圈将受到与电流i成正比的 电动力的作用，此力通过顶杆传到被测对象， 即为激振力。但是，由顶杆施加到被激对象上 的激振力，不等于线圈受到的电动力。传动比 （电动力与激振力之比）与激振器运动部分和 被测对象本身的质量刚度、阻尼等因素有关， 而且还是频率的函数。只有当激振器可动部分 质量与被测对象的质量相比可略去不计，且激 振器与被激对象的连接刚度好，顶杆系统刚性 也很好的情况下才可以认为电动力等于激振力