【正文】 磁激振器主要由鐵心、電磁線圈和銜鐵組成。鐵心一般為 U 型鐵心，線圈固定于鐵心上，銜鐵固定在振動體上，銜鐵與鐵心之間有一間隙。交變電流通入線圈，使電磁鐵產(chǎn)生周期變化的電磁吸力，從而使振動體做往復振動。該類振動機械具有以下特點：(1)交變電流的頻率決定了振動體的工作頻率，采用變頻器可調(diào)節(jié)交變電流的頻率，從而改變振動體的振動頻率。(2)銜鐵與鐵心之間的間隙不能太大，所以就限制了振動體的振幅。(3)激振器對振動體沒有附加質(zhì)量。該類振動機械主要用于高頻、小振幅的工藝過程中。慣性振動機械是指系統(tǒng)由偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心慣性力激振而工作的振動機械。機械振動篩畢業(yè)論文1慣性激振器主要由偏心質(zhì)量、傳動機構(gòu)和原動機組成。偏心質(zhì)量在工程中被稱為偏重塊，它鉸支在振動體上。原動機通過傳動機構(gòu)帶動偏重塊旋轉(zhuǎn)，偏心塊產(chǎn)生的離心慣性力驅(qū)動振動體運動，偏重塊的質(zhì)量和偏心距決定了振動體的振幅，偏重塊的轉(zhuǎn)速即為振動體的工作頻率，改變傳動機構(gòu)的傳動比或者改變原動機的轉(zhuǎn)速，就可改變振動體的工作頻率。該類振動機械具有以下特點：(1)偏重塊對振動體具有附加質(zhì)量；(2)機械的工作頻率遠大于系統(tǒng)的自然頻率；(3)振動體的慣性力與偏重塊產(chǎn)生的離心力可以相互平衡；(4)振動體的工作振幅和頻率可以根據(jù)不同的工藝要求進行調(diào)節(jié)。慣性式振動機械按振動體的運動軌跡可分為慣性回轉(zhuǎn)式和慣性往復式兩種。慣性回轉(zhuǎn)振動機械采用單臺慣性激振器激振，偏重塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生沿圓周方向變化的離心慣性力驅(qū)動振動體在回轉(zhuǎn)工作面內(nèi)做回轉(zhuǎn)運動。慣性往復振動機械通常采用兩個激振器激振，兩個旋轉(zhuǎn)偏重的質(zhì)量及偏心距相等，在同一平面內(nèi)反向同步旋轉(zhuǎn)，它們產(chǎn)生的離心慣性力在振動體振動方向上的分量相互疊加，即系統(tǒng)的激振力，從而驅(qū)動振動體在振動平面內(nèi)做往復振動，而它們產(chǎn)生的離心慣性力在振動體橫向方向上的分量相互抵消。通過調(diào)節(jié)激振力的大小可改變振動體的振幅。通過支承元件傳遞給基礎的動載荷由彈性力和阻尼力兩部分組成。該類振動機械結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)，能耗低，噪聲小，使用和維護方便，因此慣性往復振動機械的應用最為廣泛 [24]。糧食行業(yè)中使用的振動清理篩、清粉機、去石機等都屬于慣性往復振動機械 [1]。如圖 1圖 12 和圖 13 所示。圖 11 振動清理篩論文2圖 12 清粉機圖 13 去石機 慣性往復振動機械的研究現(xiàn)狀目前對慣性往復振動機械的研究主要集中在對該類機械的工藝參數(shù)，機構(gòu)動力學和結(jié)構(gòu)動力學等方面的研究。機械振動篩畢業(yè)論文3 慣性往復振動機械工藝參數(shù)的研究慣性往復振動機械常用于給料、輸送、篩分等工藝過程中，他們的工藝過程通常是在物料沿振動工作面連續(xù)運動的情況下完成的 [1]。關于慣性往復振動機械工藝參數(shù)的研究主要包括物料滑行運動的理論、物料拋投運動的理論以及物料運動狀態(tài)與運動學參數(shù)的選擇等方面的研究 [5,6]。物料作滑行運動狀態(tài)時，由于物料與工作面始終保持接觸，不產(chǎn)生互相沖擊，輸送過程中噪聲低，物料不易粉碎。另外，由于在滑行過程中，物料與工作面之間始終保持接觸，導致物料的通氣性不好，在物料層與工作面之間，容易形成空氣墊而影響物料的運動，這種輸送方式，對于粉狀物料有較好的適應性 [79]。提高工作振幅，可以提高物料的輸送速度。物料作拋投運動時，由于物料與工作面接觸時間短，輸送時振動面的磨損較小，且輸送速度較高。選用拋投運動進行篩分時，可是物料翻滾，使細粒物料透篩的機會增大，從而可提高工作機的效率。物料運動狀態(tài)的選擇，主要應根據(jù)物料的性質(zhì)（如易碎性、粘性、含水量和摩擦系數(shù)等） 、工作面的特性等，同時考慮有較高的產(chǎn)量與工作效率 [10,11]。影響產(chǎn)量的主要因素有機械的運動學參數(shù)和物料的運動狀態(tài)。一般情況下，提高振動面的工作傾角可以提高實際平均輸送速度 [12]。物料的性質(zhì)不同，其產(chǎn)生的摩擦力和其他的阻尼力也就不相同，導致實際的輸送速度低于理論的輸送速度，各種不同物料的性質(zhì)對輸送速度的影響還缺乏充足的實驗資料，目前只能依賴經(jīng)驗選擇 [13,15]。物料層厚度對物料實際平均速度有明顯的影響，且變化比較復雜，只能通過實驗進行測定 [16,17]。 慣性往復振動機械的機構(gòu)動力學研究機構(gòu)運動學是研究物體間的相對運動即位移、速度和加速度隨時間變化的關系，動力學則是在運動學的基礎上研究運動副的約束反力和驅(qū)動力 [18]。目前對慣性往復振動機械動力學的研究，主要是建立該類機械的力學模型及動力學方程，討論系統(tǒng)的阻尼、剛度與系統(tǒng)動力學特性的關系。(1) 系統(tǒng)的建模研究。早期在該領域的研究一般是建立該類機械的集中質(zhì)量模型，如圖 14 所示。質(zhì)量為 m 的振動體通過彈簧和阻尼器支承在基礎上，系統(tǒng)支承彈簧剛度為 k，粘性阻尼系數(shù)為 c，作用于質(zhì)心的簡諧激振力為 f(t)， y(t)為振動體質(zhì)心的位移。論文4 圖 14 簡諧振動機械的力學模型根據(jù)上述力學模型建立系統(tǒng)的動力學方程，通過求解系統(tǒng)的動力學方程，研究了激振頻率和系統(tǒng)質(zhì)量的波動對振動體振幅的影響，以及頻率比與隔振系數(shù)和偏重參數(shù)的關系。通過研究，胡繼云教授提出了單自由度振動機械合理的下限頻率比，并給出了單自由度支承剛度和偏重參數(shù)設計的理論依據(jù)和方法 [19,20]。但由于力學模型的簡化，該模型不能夠?qū)C械的瞬態(tài)過程進行分析。工程中，在研究該類機械的瞬態(tài)過程時，也有假設偏重塊的角加速度是恒定的，即偏重塊是勻加速啟動的，而采用電機驅(qū)動的慣性往復振動機械，偏重塊的啟動角加速度主要由電機的負載特性所決定，所以對該類機械的瞬態(tài)分析必須建立機電耦合的數(shù)學模型 [2124]。河南工業(yè)大學的胡繼云教授研究了慣性回轉(zhuǎn)振動機械的瞬態(tài)過程，建立了慣性回轉(zhuǎn)振動機械的機電耦合模型 [2527]，通過對數(shù)學模型的數(shù)值仿真及瞬態(tài)過程分析，為工程中提供了急需的理論依據(jù)，并發(fā)明了新型的慣性激振器 [28]。目前對慣性往復振動機械瞬態(tài)過程的研究較少，且還未見到通過對瞬態(tài)過程的分析來研究該類機械系統(tǒng)的阻尼 [2934]設計問題。(2) 系統(tǒng)支承剛度的設計。支承剛度是慣性往復振動機械主要的動力學參數(shù)，目前對該類機械的支承剛度設計已經(jīng)作了一定的基礎研究工作。如胡繼云教授提出了單自由度往復振動機械鉛垂支承剛度的設計方法 [19]。而工程中一般的慣性往復振動機械振動體的運動通常是鉛垂和水平方向上運動的合成，振動體的運動軌跡與鉛垂和水平支承剛度有密切關系，顯然僅給出鉛垂支承剛度的設計是不夠的，所以對水平和鉛垂支承剛度與振動體振動軌跡的關系以及兩個方向上支承剛度的設計還需作進一步的研究。 (3) 系統(tǒng)阻尼的設計。系統(tǒng)阻尼也是該類機械的主要參數(shù)，阻尼影響機械的共振振幅和系統(tǒng)的功率消耗，而且傳遞給基礎的動載荷也與其有關。因此在設計該類機械的動力學參數(shù)時，確定合適的系統(tǒng)阻尼值是很重要的 [1]。工程實際中，由于該類機械的y(t)f(t)k cm機械振動篩畢業(yè)論文5系統(tǒng)阻尼較為復雜，理論上設計時可以給出合理的系統(tǒng)阻尼值，但機械實際運行時，系統(tǒng)阻尼主要由結(jié)構(gòu)阻尼，物料摩擦阻尼，空氣阻尼等組成 [20]，使得機械的實際阻尼值并不能通過計算得出。目前工程中在設計該參數(shù)時仍然采用經(jīng)驗值。為了獲得實際的系統(tǒng)阻尼值，只能通過實驗的方法獲得。至今還未見到對該類機械的系統(tǒng)阻尼進行測試的相關文獻，因此本文將實測機械的系統(tǒng)阻尼值，作為工程設計的參考 [3539]。 慣性往復振動機械的結(jié)構(gòu)動力學研究結(jié)構(gòu)動力學是研究結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動力載荷作用下的振動特性的一門科學技術，是以改善結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動力環(huán)境中的安全和可靠性提供理論基礎為目的 [40]。結(jié)構(gòu)動力學的研究主要包括模態(tài)分析和動響應分析。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究是以靜力分析為依據(jù)，一般采用試湊設計方法，即在綜合考慮一些因素后，經(jīng)反復試湊得出所求的設計結(jié)構(gòu)。而慣性往復振動機械在一定振動頻率下工作，振動體承受很大的動力，因此既要有足夠的強度，還要有足夠的整體剛度。解決該類機械的結(jié)構(gòu)強度問題是發(fā)展大型振動機械、改善工作性能、提高處理能力的關鍵。1975 年，韓二中教授首先用結(jié)構(gòu)力學的方法對振動篩進行強度分析 [41]，由于當時計算條件的限制，只對橫梁做了等效靜強度計算。后來韓二中教授使用有限元法對振動篩篩箱進行了靜、動強度的計算 [42]，他不僅提出按動態(tài)計算分析進行結(jié)構(gòu)的設計是振動機械設計的發(fā)展方向，而且為振動機械的設計和安裝提出了有價值的參數(shù)。聞邦椿教授將動力學的方法用于振動輸送機事故分析和動力參數(shù)選擇上 [43,44]。從 70 年代以來，人們先后用有限元分析法對多種振動機械作了靜強度和動態(tài)特性的計算分析，積累了較多的經(jīng)驗，證明了有限元法是計算振動機械結(jié)構(gòu)強度問題的較好的計算方法。但在以前的一些計算中，往往只考慮激振力和慣性力，而忽略載荷的時間效應。物料進入槽體和不斷被拋擲時，機體一直受到物料的沖擊，增加了機體的動應力，對機體的動強度影響很大，如何考慮這種影響還有待于進一步深入研究 [45,46]。另外，目前還沒有相關文獻提供該類機械的動力載荷的計算方法，所以在對該類機械進行結(jié)構(gòu)動力學分析時并沒有達到滿意的效果。 本課題的研究內(nèi)容及意義根據(jù)慣性往復振動機械的研究現(xiàn)狀及存在的問題，提出本文的研究內(nèi)容及意義如下：? 建立該類振動機械的多剛體力學模型及其動力學方程，同時將兩電機的狀態(tài)方程與機械系統(tǒng)的狀態(tài)方程相耦合，建立機電耦合的數(shù)學模型，通過對數(shù)學模型論文6的數(shù)值仿真及結(jié)果分析，研究阻尼對系統(tǒng)共振振幅及電機啟動電流的影響，為該類機械阻尼的設計提供工程依據(jù)。? 自制一實驗樣機，實測實驗樣機分別采用螺旋彈簧和橡膠彈簧支承時系統(tǒng)的阻尼率，討論彈性支承對系統(tǒng)阻尼的影響。實測樣機的起動過程，并與仿真結(jié)果作對比，驗證機電耦合模型。? 將多自由度模型簡化為兩自由度力學模型，討論水平支承剛度和鉛垂支承剛度對振動軌跡的形狀、方向和振幅的影響，提出水平支承剛度與鉛垂支承剛度的設計方法。本文通過對機電耦合模型的瞬態(tài)分析，研究了阻尼對系統(tǒng)瞬態(tài)過程的影響，進而給出該類機械系統(tǒng)阻尼的設計依據(jù)。通過實測機械的系統(tǒng)阻尼值，為該類機械阻尼參數(shù)的設計提供了工程參考。最后通過系統(tǒng)的分析，提出慣性往復振動機械水平支承剛度和鉛垂支承剛度的設計方法。綜上所述，本課題的研究為該類機械的系統(tǒng)阻尼及支承剛度的工程設計提供了理論依據(jù)，同時也為該類機械的結(jié)構(gòu)動力學分析做了前期準備。 本課題研究的技術路線 圖 15 研 究 技 術 路 線 框 圖 慣 性 往 復 振 動 機 械 動 力 學 特 性 研 究 理 論 研 究 實 驗 研 究 確 定 實 驗 方 案 及 測 試 系 統(tǒng) 多 剛 體 力 學 模 型 系 統(tǒng) 測 試 機 電 耦 合 的 多 剛 體 力 學 模 型 實 驗 數(shù) 據(jù) 處 理 系 統(tǒng) 動 力 學 特 性 分 析 及 動 力 學 參 數(shù) 設 計 數(shù) 值 仿 真 機械振動篩畢業(yè)論文7本文研究的技術路線如圖 15 所示。首先建立了該類機械的多剛體力學模型及動力學方程，進一步分析，考慮到兩驅(qū)動電機的狀態(tài)方程，建立了機電耦合的數(shù)學模型。通過對機電耦合模型的數(shù)值仿真及結(jié)果分析，研究了系統(tǒng)阻尼對瞬態(tài)過程的影響。由于機械的阻尼較為復雜，實際計算時存在較大困難，只能通過實驗的方法獲得。因此又通過實驗實測了機械的系統(tǒng)阻尼。最后將理論研究與實驗研究相結(jié)合，研究該類機械的系統(tǒng)阻尼和支承剛度的設計。 本章小結(jié)本章簡要的介紹了慣性往復振動機械，然后分別從該類機械工藝參數(shù)的研究，機構(gòu)動力學的研究，結(jié)構(gòu)動力學的研究等方面闡述了該類振動機械的研究現(xiàn)狀；最后針對目前該課題研究的不足，提出本文要研究的內(nèi)容及意義。論文8第二章 慣性往復振動機械的多剛體力學模型本章摘要：建立了慣性往復振動機械的多剛體力學模型，并應用建立多剛體系統(tǒng)動力學方程的牛頓－歐拉法推導出系統(tǒng)的動力學方程，為下一章機電耦合模型的建立做準備。對慣性往復振動機械系統(tǒng)動力學的研究，首先應建立該類機械的力學模型 [47]。工程實際中各類慣性往復振動機械的結(jié)構(gòu)形式有所差別，但其工作原理基本一致。如圖 21 所示，為一般慣性往復振動機械的機構(gòu)簡圖，振動體由四組軸線鉛垂的彈簧（螺旋彈簧或橡膠彈簧）支承在機架上；兩激振器對稱安裝在振動體的兩側(cè)(假定激振器與振動體之間為剛性連接)，兩激振器的軸線平行，且與鉛垂線的夾角為 ，兩?激振器的質(zhì)心連線通過振動體的質(zhì)心；質(zhì)量為 m0、質(zhì)心旋轉(zhuǎn)半徑為 e 的偏重分別對稱鉸支在振動體上。旋轉(zhuǎn)偏重產(chǎn)生的離心慣性力驅(qū)動振動體做往復振動。1 2 3 4 5? 圖 21 慣性往復振動機械機構(gòu)簡圖 多剛體力學模型圖 22 為慣性往復振動機械的多剛體力學模型。振動體簡化為質(zhì)心在 C，質(zhì)量為m 的均質(zhì)剛體；各支承彈簧分解為剛度系數(shù)為 ， 、 的三個相互垂直的線性彈iukiviw機械振動篩畢業(yè)論文9簧；機械的阻尼比較復雜，主要有結(jié)構(gòu)阻尼、空氣阻尼等 [20]，但由于該類機械的運動速度較低，所以將機械的阻尼等效為阻尼系數(shù)為 ， 、 的三個相互垂直的粘性阻iuciviw尼器(i=1～4)；四個支承點分別為 dd d d 4；兩激振器的質(zhì)心分別為CC 4，C C 4 的連線通過振動體的質(zhì)心 C，且與連線 d1d2 和連線 d3d4 平行。兩偏重塊的旋轉(zhuǎn)主軸為 O1CO 2C4，兩主軸相互平行且與水平面的夾角為 ；質(zhì)量為??/2???m0、偏心距為 e、質(zhì)心為 C1，C 2 的兩偏重塊分別與轉(zhuǎn)軸鉸接，設鉸接點分別為OO 2。 iv ??102e ??103e 10 iw iu d1 d2 d3 d4 O(C) O1 O2 r