CN101587008B - 电动振动台振动增强装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电动振动台振动增强装置，包括基座和试验台，其特征在于：在基座和试验台之间连接一个弹簧，在基座和试验台之间安装一个引导试验台面作竖直运动的刚性导向杆，在试验台的中心放置附加质量块，弹簧的刚度的选择与弹簧质量系统的共振频率符合以下关系：

与现有技术相比，本技术方案实施比较简单，而且能有效的限制横向振动，方便的控制振动增强频率。振动增强能力可达10倍以上。本技术方案与方法可应用于各类动态试验设备中，用于增强振动加速度或位移，提供特殊的动态激励源。

Description

电动振动台振动增强装置

技术领域

本发明是一种电动振动台振动增强装置，属于试验技术领域。

背景技术

电动振动台作为一种常用的振动试验设备，常用来提供各种正弦加速度、速度、位移信号。但受到振动台功率(激励力)、机械结构等的限制，电动振动台所能提供的振动台面振动幅值都是有限的，加速度一般最大1000m/s²，特别是在一定的标称最大加速度下，随频率增加，振动位移幅值将急剧减小，与频率平方成反比。而在一些特殊试验中，负载虽然不大，但要求更大的加速度或中高频比较大的振动位移。如对振动台本身进行升级，不仅成本很高，效果也很有限。现在一般采用共振梁的方法获得更大的加速度，但其存在横向加速度与横向位移，有一定应用局限。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在不足而设计提供了一种电动振动台振动增强装置，其目的是在中高频获得比振动台标称值更高的加速度并改善随频率增高而急剧下降的振动位移幅值，满足高频率高振动位移幅值等一些特殊试验环境需要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种电动振动台振动增强装置，包括基座和试验台，其特征在于：在基座和试验台之间连接一个弹簧，在基座和试验台之间安装一个引导试验台面作竖直运动的刚性导向杆，在试验台的中心放置附加质量块，弹簧的刚度的选择与弹簧质量系统的共振频率符合以下关系：

${{\mathrm{\ω}}_n}^2=\frac{k(M+m)}{\mathrm{Mm}}$

式中：

ω_n为弹簧质量系统的固有角频率；

M为振动台面有效质量，是振动台振动等效质量、基座与导向杆质量的质量和；

m为试验台有效质量，是试验台及其上的附加质量块与负载质量的质量和；

k-弹簧刚度。

本发明的技术方案的核心在于：试验台(包括负载)通过弹簧与振动台面连接，通过对振动台面、弹簧、试验台面所共同组成的振动系统的设计，利用弹簧质量系统的共振模态有效提高试验台面中高频振动幅值。从而获得比振动台标称值更高的加速度并增大中高频振动位移幅值。在不需要增加振动台功率的条件下，有效提高了中高频振动幅值。

对于根据最高使用频率选择好的弹簧，通过在试验台上附加质量块，可以使弹簧质量系统共振频率往低频移动到当前使用频率带内，从而有效增强试验台面振动在当前频率的振动幅值。

在振动台面上沿弹簧对称固定安装导向杆，试验台面可以沿导向杆轴向自由运动，导向杆可以限制弹簧的横向升缩与扭曲。

使用YII类压缩弹簧，材料选用高剪切弹性模数的钢丝，小弹簧指数、大直径、大中径、小高径比设计，从而获得高极限负载、高刚度、高稳定性；在比较大的负载、更高频率时需要更高刚度的弹簧，使用对合碟型弹簧。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1所示，本发明所述电动振动台振动增强装置包括基座1、弹簧2、试验台3、导向杆4、附加质量块5。基座1刚性安装在振动台面上，在基座1和试验台3之间连接一个压缩弹簧2，压缩弹簧2选择YII类压缩弹簧。由基座1构成的振动台面通过弹簧2与试验台3连接组成一振动系统，要求弹簧2与试验台3安装在同一中心轴上。振动系统工作时，振动台面做正弦往返运动，带动试验台3振动。在弹簧2与试验台3所组成的弹簧质量系统的共振频率附近，试验台3的振动幅值将远大于振动台面与试验台3固定连接时的振动幅值。

在基座1和试验台3之间安装一个引导试验台面3作竖直运动的刚性导向杆4，以防止弹簧2的横向振动与扭曲，导向杆4与试验台3之间的摩擦要求尽可能的小。附加质量块5与负载刚性安装在试验台3的中心。

根据振动台振动等效质量、基座、导向杆与试验台面、最大负载的质量以及最高使用频率选择弹簧，使弹簧质量系统的共振频率接近最高使用频率。弹簧2的刚度的选择与弹簧质量系统的共振频率符合以下关系：

${{\mathrm{\ω}}_n}^2=\frac{k(M+m)}{\mathrm{Mm}},$ $f_n=\frac{{\mathrm{\ω}}_n}{2\mathrm{\π}}$

式中：

ω_n，f_n分别为弹簧质量系统的固有角频率与固有频率；

M为振动台面有效质量，是振动台振动等效质量、基座与导向杆质量的质量和；

m为试验台有效质量，是试验台及其上的附加质量块与负载质量的质量和；

k-弹簧刚度。

对于某振动实验台，最大正弦推力6kN，振动台振动等效质量6kg，考虑负载质量，其能产生的最大振动加速度小于1000m/s²；使用振动增强装置，考虑基座与导向杆质量，设振动台面有效质量M增加到6.5kg，试验台有效质量m为0.2kg，使用刚度k为7.66M N/m的弹簧，f_n约为1000Hz，则在1000Hz附近，最大振动加速度可达10000m/s²以上。

在试验台面上附加质量块，可以使共振频率往低移动到当前频率附近。在实际使用中可以有如下两种方式：

设计几个不同质量的附加质量块，每个质量块使用在某个频率段内，使此频率段内振动幅值都能得到一定程度的增加；

对某个使用频率，选择适当的附加质量块，使弹簧质量系统产生共振，从而获得更大的振动幅值。

与现在技术相比，本技术方案实施比较简单，而且能有效的限制横向振动，方便的控制振动增强频率。振动增强能力可达10倍以上。本技术方案与方法可应用于各类动态试验设备中，用于增强振动加速度或位移，提供特殊的动态激励源。

Claims (2)

1.一种电动振动台振动增强装置，包括基座(1)和试验台(3)，其特征在于：在基座(1)和试验台(3)之间连接一个压缩弹簧(2)，弹簧(2)与试验台(3)安装在同一中心轴上，在基座(1)和试验台(3)之间安装一个引导试验台面作竖直运动的刚性导向杆(4)，在试验台(3)的中心放置附加质量块(5)，弹簧(2)的刚度的选择与弹簧质量系统的共振频率符合以下关系：

${{\mathrm{\ω}}_n}^2=\frac{k(M+m)}{\mathrm{Mm}}$

式中：

ω_n为弹簧质量系统的固有角频率；

M为振动台面有效质量，是振动台振动等效质量、基座与导向杆质量的质量和；

m为试验台有效质量，是试验台及其上的附加质量块与负载质量的质量和；

k-弹簧刚度。

2.根据权利要求1所述的电动振动台振动增强装置，其特征在于：压缩弹簧(2)选择YⅡ类压缩弹簧。

Images