振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)分類以及選型攻略！

前言：多年來,國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室力學(xué)環(huán)境模擬試驗(yàn)的規(guī)模與投資、涉及行業(yè)的領(lǐng)域與深度、參與人員的數(shù)量與技能發(fā)生質(zhì)的改變，對(duì)推動(dòng)國內(nèi)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)展有很大的影響，而目前振動(dòng)臺(tái)已廣泛用于航空航天、電子電器、艦船、兵器、交通機(jī)車等眾多領(lǐng)域！

很多企業(yè)在啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)項(xiàng)目采購前，相關(guān)負(fù)責(zé)人都會(huì)得到技術(shù)部或者工程的技術(shù)參數(shù)要求去市場(chǎng)上詢價(jià)，而大多數(shù)人其實(shí)對(duì)振動(dòng)臺(tái)完全不懂不知道區(qū)別分類，也不懂得選型。這就導(dǎo)致了浪費(fèi)了很多人力物力最后買回去的振動(dòng)臺(tái)根本達(dá)不到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，下面小編會(huì)振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)，分類，選型進(jìn)行一個(gè)基本的講解希望能幫到大家！

 

一、振動(dòng)臺(tái)的原理和結(jié)構(gòu)

 

圖為：振動(dòng)系統(tǒng)的組成

 

振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)有幾大部分組成功率放大器（簡稱功放）控制儀、振動(dòng)臺(tái)、附加臺(tái)面及夾具、制冷單元（有冷卻風(fēng)機(jī)、水冷裝置）、傳感器、水平滑臺(tái)。

 

二、振動(dòng)臺(tái)分類

1、機(jī)械式振動(dòng)臺(tái) — 原理是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。
特點(diǎn)：推力大、波形差、價(jià)格低廉，適用于低頻（5hz-80hz）疲勞實(shí)驗(yàn)。
機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)頻率范圍一般為5-80hz。以zui大負(fù)載為主要規(guī)格。zui大位移一般為±3-5mm。zui大加速度一般可達(dá)10g。臺(tái)面尺寸大。一般不用配水平滑臺(tái)即可作水平振動(dòng)。它的噪音較大，也不能作隨機(jī)振動(dòng)。常用于電子、電工、光學(xué)儀器等產(chǎn)品的整機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。

圖為：機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)

2、電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái) — 原理是把電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。

特點(diǎn)：推力大，數(shù)據(jù)波形精準(zhǔn)，振幅可調(diào)，支持頻率5-5000HZ，加速度可達(dá)100G。工作性能穩(wěn)定可靠，使用、操作與維護(hù)方便，能長時(shí)間連續(xù)工作，臺(tái)面漏磁小。采用“雙磁路結(jié)構(gòu)”、“自生成骨架動(dòng)圈”、“直線軸承和滾輪導(dǎo)向”、“耳軸隔振”等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)和專用工藝，可分別完成三軸向的正弦振動(dòng)試驗(yàn)和寬帶隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，可完成經(jīng)典（半正弦、梯形、后峰鋸齒）沖擊和沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)。可配置氣候箱，完成力學(xué)與氣候多環(huán)境綜合試驗(yàn)。可制作風(fēng)冷/水冷/及其標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)。并且均滿足GB/T13310-1991、GB2423、10-1995、JJG190-1997、JJG948-1999、IEC68-2-64（FC）、GJB150-86、GJB360、IEC68-2-64（FH）目前在要求較高的航空航天、電子電器、艦船、兵器、交通機(jī)車等行業(yè)使用較多。

圖為：電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)

3、液壓式振動(dòng)臺(tái) — 原理是把液壓能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。
特點(diǎn)：低頻（超低頻）、推力大、負(fù)載能力強(qiáng)、控制方便，但工作上限頻率低（一般以幾十hz到幾百hz為上限）。
液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)以輸出激振力為主要規(guī)格。頻率范圍一般為1-200hz。zui大位移一般為±100-200mm。zui大加速度一般可達(dá)10g。配以水平滑臺(tái)可以作水平振動(dòng)，配以隨機(jī)控制儀可以作隨機(jī)振動(dòng)。它的噪音較大，運(yùn)行成本及價(jià)格比較高。常用于汽車等產(chǎn)品的整車振動(dòng)試驗(yàn)以及建筑、水利工程的地震模擬振動(dòng)試驗(yàn)。

圖為：液壓式振動(dòng)臺(tái)

三、振動(dòng)臺(tái)選型實(shí)例

 

選型最重要最基本的一個(gè)公式：

 

f=ma

 

1、推力(f)  單位是牛（N）

推力一般有振動(dòng)臺(tái)標(biāo)稱最大推力，平常所說的多少噸臺(tái)子，或者多少公斤的臺(tái)子。推力的單位是牛頓（N），力的單位換算成質(zhì)量單位就是噸或者千克，比如標(biāo)稱80KN的振動(dòng)臺(tái)通常稱作8噸的臺(tái)子。

 

2、質(zhì)量(m) 單位是千克（kg）

質(zhì)量分為以下幾個(gè)可能的部分

1）試樣的質(zhì)量m1

2）夾具的質(zhì)量m2

3）連接頭的質(zhì)量（一般是水平向試驗(yàn)時(shí)需要計(jì)入）m3

4）擴(kuò)展臺(tái)面的質(zhì)量（水平滑臺(tái)或者垂直擴(kuò)展臺(tái)面的質(zhì)量）m4

5）動(dòng)圈的質(zhì)量（這是基本是一個(gè)恒定值）m5

所以m=m1+m2+m3+m4+m5+…

 

3、試驗(yàn)要求的最大加速度（a）單位：m/s^2或者g

換算關(guān)系：10*m/s^2=g

隨機(jī)振動(dòng)中用加速度均方根值（Grms 單位：g）

 

Grms由ASD或者PSD通過復(fù)雜的計(jì)算得到。

 

圖為：PSD曲線圖例

 

 

功率譜密度（PSD單位：g^2/Hz）

加速度譜密度（ASD 單位：(m/s^2)^2/Hz）

兩者換算關(guān)系：

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

 

4、位移，單位mm

一般振動(dòng)臺(tái)都會(huì)標(biāo)稱比如：最大位移（p‐p）：76mm，只要不超過這個(gè)就可以了。

 

5、頻率范圍，一般的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的頻率雖然標(biāo)稱頻率范圍：2～2700Hz，但是實(shí)際一般工作頻率在5~2500Hz范圍，如果低于5Hz或者高于2500Hz就有可能做不了。

 

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：客戶給到的振動(dòng)試驗(yàn)條件，一般能夠給到的較多的是試樣質(zhì)量（重量），最大加速度值或者Grms值A(chǔ)SD或PSD。這樣我們就可以計(jì)算現(xiàn)有設(shè)備能否滿足相關(guān)條件，同時(shí)還要考慮瞬間超載的情況，通常這個(gè)系數(shù)為0.8。

 

因此f=ma就必須細(xì)化為:

f=(m1+m2+m3+m4+m5+…)a/0.8

 

客戶選型實(shí)例：

 

客戶給出條件：1kg試樣，加上夾具不會(huì)超過5kg，最大加速度要30g，問8噸推力振動(dòng)臺(tái)能否滿足X、Y、Z三向振動(dòng)試驗(yàn)要求？

 逐一確認(rèn)上式中（所列數(shù)據(jù)均時(shí)臨時(shí)假定）：

m1=1kg（試樣）

m2=4kg（夾具）

m3=15kg（連接頭，水平方向需要計(jì)入）

m40=50kg(垂直擴(kuò)展臺(tái))

m41=300kg(水平臺(tái)面)

m5=60kg（動(dòng)圈）

 

X、Y向一般定義為水平向，Z向定義為垂直向。

 

水平向計(jì)算驗(yàn)證：

f=(m1+m2+m3+m41+m5+…)a/0.8

 =(1+4+15+300+60)*30/0.8

 =14250kg

 =142500N>80000N

該值大于8噸的推力，所以不能滿足。

 

垂直向計(jì)算驗(yàn)證：

f=(m1+m2+m40+m5+…)a/0.8

 =(1+4+50+60)*30/0.8

 =4312.5kg

 =43125N<80000N

該值小于8噸的推力，所以可以滿足試驗(yàn)。

 

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