电动振动台总体及电气部分设计

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VE-1031 型电动振动台总体及电气部分设计
2 电动振动台的相关特性
2.1 电动振动台概述 2.1.1 振动试验的目的 振动现象对产品的主要影响包括 (1) 结构性损坏：这种破坏包括组成产品的各构件产生变形、弯曲裂纹、断裂 以及疲劳损坏等； (2) 工作性能失灵：这种破坏一般指在振动的影响下，系统造成不稳定性能越 差，有些系统甚至不能正常工作； (3) 工艺性能破坏： 这种破坏一般指产品的连接件松动， 焊点脱焊， 螺钉松动， 印刷板插脚接触不良等。 无论哪种破坏都将导致产品的工作不稳定，甚至损坏。为了提高产品的可靠性需 要通过振动试验来暴露产品的薄弱环节，改进产品设计，使产品在运输使用过程中 不出或者少出故障。这是振动试验的最终目的。目前在实验室中进行振动试验的形 式最常用的是正弦试验和随机振动试验。
项目 频率范围 激 振 力 位 波 移 形 类别 电动振动台 几 Hz-几 KHz 较大 一般 好 较小 方便 贵 液压振动台 0-几百 Hz 大 大 较好 大 较方便 贵 机械振动台 5-80Hz 大 较小 较差 较大 不方便 低廉
负载能力 控 造 制 价
可见： 电动振动台的特点是：频率高，波形好，控制方便，单负载能力较小。它适用 于航空、航天、电子仪器、仪表、汽车零部件等行业进 行零部件动态分析及环境振动试验等。 液压振动台的特点是：超低频，大激振力，负载能力强。它适用于船舶、机车 车辆、汽车行业等要求频率低，而体积较大、较重的部 件或整机进行可靠性试验。 机械振动台的特点是：低频率，大负载，波形差但价格低廉。它适用于家电、 仪器仪表行业进行耐振疲劳等可靠性试验。 了解上述振动台的特点是很重要的，它将帮助人们在考虑购买使用振动台时作 出合适的选择。 1.3.2 振动台的主要用途 振动台的用途很广泛，但归结起来大致有以下几个方面。 (1) 产品、构件、材料的耐振疲劳试验； (2) 环境例行振动试验：包括检测产品或构件的共振频率，模拟产品或构件在 实际使用中遭受的振动，以便提高其可靠性； (3) 动态特性试验：测试构件或材料对振动的物理效应(如应力变化等)为设计 提供可靠数据；
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1 绪论
1.1 引言 在车辆、航空、航天等工程领域，产品在使用过程中都存在于一定的振动环境 中。振动引起的破坏是其服役过程中发生故障的主要因素之一，许多机载设备的故 障都与振动直接或者间接的有关。许多国家都投入了大量的人力和物力研究模拟各 种产品在在使用该过程中的振动问题。振动环境的研究已经日益引起人们的重视， 成为产品进行动态设计必不可少的重要环节。 振动试验的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受 外来振动台或者自身产生的振动而不到破坏，并发挥其性能、达到能预定寿命的可 靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键 设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。振动台可以用于加速度计的校准，也 可用于电声器件的振动性能测和其耸的振动试验。对于不同的测试物和技术指标， 应注意选用不同结构和激励范围的振动台。
图 1 电动振动台外形图
1.2 课题来源 本课题来源于苏州试验仪器总厂，该厂生产的振动试验台市场占有率较高，为 了进一步提高振动试验台的质量，导向机构的设计极为重要。设计的振动试验台要 求结构简单、工作可靠、维修方便。运动能满足振动试验台的要求（尺寸、质量、 频率等要求） 。电动振动台外形图可参见图 1。 课题研究的主要内容： 1. 设计电动振动台的总体方案。根据电动振动台的设计要求设计电动振动台结 构，主要包括运动部件的设计； 2. 设计电动振动台的控制系统；设计电动振动台的控制过程； 3. 绘制电动振动台电气原理图；
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目
录
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1 绪论 ................................................................ 1 1.1 引言 .............................................................. 1 1.2 课题来源 .......................................................... 1 1.3 振动台的分类及国内外发展现状 ...................................... 2 1.3.1 振动台的分类 .................................................... 2 1.3.2 振动台的主要用途 ................................................ 2 1.3.3 国内外发展现状 .................................................. 3 2 电动振动台的相关特性 ................................................ 4 2.1 电动振动台概述 .................................................... 4 2.1.1 振动试验的目的 .................................................. 4 2.1.2 电动振动台工作原理 .............................................. 5 2.2 振动台的部件及工作特性 ............................................ 6 2.2.1 电动振动台台体 .................................................. 6 2.2.2 驱动线圈的阻抗特性 .............................................. 6 2.2.3 动圈结构 ........................................................ 7 2.2.4 金属绕线壁筒对性能的影响 ........................................ 7 2.2.5 磁路系统 ........................................................ 7 2.2.6 悬挂装置与导向装置 .............................................. 8 2.2.7 冷却装置 ........................................................ 9 2.2.8 振动台台体的隔振方法 ........................................... 10 2.3 振动台的选型 ..................................................... 10 2.3.1 选型前的准备 ................................................... 2.3.2 振动台类别的选择 ............................................... 2.3.3 电动振动台的选型 ............................................... 3 电动振动台控制系统设计 ............................................. 3.3 电气控制系统设计 ................................................. 3.1.1 变频部分设计 ................................................... 3.1.2 控制仪的选用 ................................................... 3.1.3 功率放大器设计 ................................................. 4 总结 ............................................................... 参考文献 ............................................................. 致 谢 ............................................................... 附 录 ............................................................... 10 10 11 13 13 13 13 15 18 19 20 21
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对各类传感器(例如加速度计、速度计、位移计等)进行标定，当然振动台 的用途远不止这些，例如利用振动也可对大型铸件和大件消除应力代替回 火和时效处理等。
1.3.3 国内外发展现状 振动试验的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受 外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。 随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的 振动试验系统的发展显得越来越重要。60 年代，702 所为满足航天产品振动试验的 需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力 10N 至 100kN 的振动台及各种振动测 量仪表和传感器。目前，702 所的振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥 着作用，成为该所的一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可 分为三类：机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向， 即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。 从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加 随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。以下对各种振动台，主要对电动振动台， 及其辅助设备的结构、性能和成本的现状及发展等进行简单的论述。功率放大器发 展到现在已经历了三代，从电子管放大器到晶体管线性放大器再到数字式开关放大 器。电子管放大器在新生产的设备中已基本不用，开关式放大器是近几年国外开发 出来的，它利用了晶体管的开关特性，管耗很小，效率可高达 90%，而普通的线性放 大器的效率只有 50%左右。正是由于开关放大器本身发热少，它的冷却就非常简单， 输出功率几十千伏安的放大器仅用很小的轴流风机就可以冷却下来，使设备的结构 简单可靠。而同样的线性放大器必须要用水来冷却，结构复杂。开关式放大器在低 功率输出时失真度相对较大，而且机壳需要较好的电磁屏蔽，否则会对周围设备造 成电磁干扰。 电动振动台的技术指标有：额定正弦推力、随机推力有效值、工作频率范围、 最大加速度、最大速度、最大位移、运动部件有效质量、工作台面允许直接承载质 量、工作台面允许偏载力矩、杂散磁场、加速度波形失真度、工作台面加速度均匀 度及横向振动比等。振动台的推力是指其运动部分的质量与在该质量下能达到的加 速度的乘积，而不是指试件的重量。
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4. 绘制功率放大器原理图及接线图。 1.3 振动台的分类及国内外发展现状 1.3.1 振动台的分类 能够在实验室中人为地产生各种振动的设备称之为振动台(或激振器)。 振动台的分类： 按能量获得的形式分：电动式振动台，机械式振动台，液压式振动台 按模拟等效振动条件分：正弦形式振动台，随机形式振动台 按振动的轴向力分：单向振动台和多向振动台 如前所述，振动台按其能量获得的形式分电动式、机械式、液压式三种。由于 工作原理不同，结构不一样，因为他们都具有各自的特点，现列表如下: