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如何判断振动台是否满足给出的要求?

时间:2016-10-27 点击次数:1269

振动试验开展之前,拿到一个条件,常常需要判定现有振动台设备能否满足要求,需要进行的计算。对于刚刚接触振动试验的新手又会觉得无从下手,本文从实际应用的角度简单介绍如何判定。

 

一、振动台的原理和结构

 

振动系统的组成

 

振动台系统有几大部分组成,控制仪、功率放大器(简称功放)、振动台、制冷单元(有风冷、水冷、油冷多种形式)、传感器。

 


电动振动台的原理示意图

 

驱动线圈中通入交流电,动圈将受到磁场交变力的作用,使活动系统产生运动,即电→磁→力。由于试样尺寸及安装方式的不同,一般都需要安装垂直扩展台面。又因为试验要求水平方面的振动台,一般也需要有水平滑台。

 

垂直扩展台面(圆形)

 

垂直扩展台面(方形)

 


水平滑台

 

水平滑台的组成:导轨、花岗岩平台、金属台面、连接头、油压系统等。通过油压系统在花岗岩平台和金属台面之前泵入润滑油形成油膜,便于减小金属台面沿着导轨在水平向运动的摩擦力。金属台面通过连接头与振动台连接。

 

二、振动试验需要考虑的条件

 

zui重要zui基本的一个公式:

 

f=ma

 

1、推力(f)  单位是牛(N)

推力一般有振动台标称zui大推力,平常所说的多少吨台子,或者多少公斤的台子。推力的单位是牛顿(N),力的单位换算成质量单位就是吨或者千克,比如标称80KN的振动台通常称作8吨的台子。

 

2、质量(m) 单位是千克(kg)

质量分为以下几个可能的部分

1)试样的质量m1

2)夹具的质量m2

3)连接头的质量(一般是水平向试验时需要计入)m3

4)扩展台面的质量(水平滑台或者垂直扩展台面的质量)m4

5)动圈的质量(这是基本是一个恒定值)m5

 

所以m=m1+m2+m3+m4+m5+…

 

3、试验要求的zui大加速度(a)单位:m/s^2或者g

换算关系:10*m/s^2=g

随机振动中用加速度均方根值(Grms 单位:g)

 

Grms由ASD或者PSD通过复杂的计算得到。

PSD曲线图例

PSD曲线图例

 

 

功率谱密度(PSD单位:g^2/Hz)

加速度谱密度(ASD 单位:(m/s^2)^2/Hz)

两者换算关系:

1 g^2/Hz=(9.8 m/s^2)^2/Hz=96.04 m^2/s^3

 

4、位移,单位mm

一般振动台都会标称比如:zui大位移(p‐p):76mm,只要不超过这个就可以了。

 

5、频率范围,一般的电动振动台的频率虽然标称频率范围:2~2700Hz,但是实际一般工作频率在5~2500Hz范围,如果低于5Hz或者高于2500Hz就有可能做不了。

 

根据经验:客户给到的振动试验条件,一般能够给到的较多的是试样质量(重量),zui大加速度值或者Grms值ASD或PSD。这样我们就可以计算现有设备能否满足相关条件,同时还要考虑瞬间超载的情况,通常这个系数为0.8。

 

因此f=ma就必须细化为:

f=(m1+m2+m3+m4+m5+…)a/0.8

 

实例:

客户给出条件:1kg试样,加上夹具不会超过5kg,zui大加速度要30g,问8吨推力振动台能否满足X、Y、Z三向振动试验要求?

 

逐一确认上式中(所列数据均时临时假定)

m1=1kg(试样)

m2=4kg(夹具)

m3=15kg(连接头,水平方向需要计入)

m40=50kg(垂直扩展台)

m41=300kg(水平台面)

m5=60kg(动圈)

 

X、Y向一般定义为水平向,Z向定义为垂直向。

 

水平向计算验证:

f=(m1+m2+m3+m41+m5+…)a/0.8

 =(1+4+15+300+60)*30/0.8

 =14250kg

 =142500N>80000N

该值大于8吨的推力,所以不能满足。

 

垂直向计算验证:

f=(m1+m2+m40+m5+…)a/0.8

 =(1+4+50+60)*30/0.8

 =4312.5kg

 =43125N<80000N

该值小于8吨的推力,所以可以满足。

 

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