振动实验台的设计及测试系统开发

振动实验台就是用来做振动试验的种装置。

本文对振动实验台的国内外现状以及发展趋势和这次所设计的机械振动实验台的整个过程都作了详细的论述。

这次设计分为机械设计和测试系统开发两个部分。

本次设计主要是争对教学实验的设计，所以在机械设计部分中的传动机构的设计，激振装置的设计，以及台架的设计都经过方案的筛选。

最后选用悬臂梁机械振动台，其激振装置是设计了个能产生正玄波位移的凸轮和个能产生三角波位移的凸轮。

在测试系统开发部分根据需要选择了些先进的测试仪器，比如位移传感器和速度传感器以及转换器，并且基于用语言编写程序所实现的测试软件的开发以便得到激振装置所产生的位移和速度曲线，然后得到振动台的振动规律。

关键词振动实验台悬臂梁振动测量传感器测试系统程序.，.概述.国内外振动台的现状对许多人来说，振动试验台是个冷僻的专业词汇，恐怕大部分人不知其为何物。

实际上，振动试验台应用范围极广，大到火箭制造，小到饼干的生产，都需要做振动试验。

这样种被广泛使用的关键设备，过去很长段时间，由于受多种技术的制约，我国所使用的振动试验台大多直依靠国外进口。

世纪年代，在国内，振动试验台有“吨推力吨金”之说，进口台吨级的振动试验台需要花费价值吨黄金的代价。

而且，欧美等发达国家长期以来都对中国实行中高端技术与产品的禁运。

以前，这些国家对中国禁运吨以上的电动振动台，时至今日，吨以上推力的电动振动台仍被禁止运到中国销售，不仅振动台的心脏部件不允许进入中国，哪怕个光标都不允许中国进口。

近年来，我国有关部门完全摆脱了模仿消化吸收等传统模式，大胆采用新工艺新技术新材料，用全新的创造最优化的设计完全自主独立的知识产权开发电动振动试验系列产品，形成了产业化规模化和国际化的特色。

近年来，苏州东菱连创国内新高开发设计成功的吨风冷电动振动台，填补了我国大推力风冷式电动振动台的空白。

在此产品的基础上又扩展出国际上最大推力的吨风冷式电动台。

今年月，企业研制成功了我国最大的吨水冷式电动振动台，性能指标全面赶超世界先进水平，标志着我国研制大推力电动振动试验系统的能力和水平跻身国际先进行列。

.振动台的发展趋势及研究主攻方向当前，我国工业生产的特点是产品品种多更新快和市场竞争激烈。

由于电子电工及材料技术的提高和机械设计方法的改进，为振动试验系统的发展提供了机遇，而且随着技术投入的加大，将会为振动试验提供更可靠高效率低成本的设备。

因此，振动实验台的发展的趋势是非常明显的。

年代，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，包括推力至的振动台及各种振动测量仪表和传感器。

目前，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。

机械式振动台由于其性能的局限，今后用量会越来越小。

电液式振动台因其大推力大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有定市场。

电动振动台将是未来振动试验的主要设备，其制造技术会在两个方面有所发展。

是新材料的应用，随着大型磁性材料成本的降低，大型的永磁振动台将成为可能，这种振动台结构简单，节约能源，且有高可靠性。

功率放大器会采用更多的数字化和模块化的电路，体积越来越小，效率越来越高。

二是新方法的应用，随着有限元方法的推广，复杂结构的动力特性可以准确快速的计算出来。

因为振动台跟汽车等产品相比用户是很少的，只能进行小批量生产，这就便于对不同的用户不同的试件进行专门设计，实现运动部件与夹具的体化设计，使每个实验系统都达到最佳性能。

多向振动台许多试验件，尤其是航空航天和船舶行业的试验件，所处的振动环境并不是单自由度，而是多自由度的，显然用目前常用的单方向激振的振动台无法实现真实的振动环境。

为了更真实的模拟振动环境，在年代初期，美国就开始了三向振动台的研制，到年代已成功的研制了工作频率较高失真度较小的三向振动系统。

年代，所也开始了这方面的研究。

多向振动台有电动式和液压式，电动式可以实现高的工作频率和低的波形失真，而液压式适合于低频工作，容易实现大激振力。

目前三向及多向振动系统在美日等国家应用较多，在我国使用还很少。

但随着技术的日益成熟，多向振动台将以其自身的性能优势和高的工作效率得以推广。

.振动量测试的发展趋势及研究主攻方向振动量测技术的发展是于整个工业生产的发展密切相关的.世纪，随着世界工业革命的兴起，生产迅速发展.在工业厂房，机器基础，桥梁等领域中，由于机械转速的增大，车辆运载能力，运行速度的提高，经典的结构静力学已不能适应，振动理论这门新的分支应运而生.实际工程中的振动问题是复杂的，单靠理论分析具有其局限性.由于不熟悉结构在新条件下的工作性能，由振动引起的工程倒塌事件大量出现，促使人们设法进行振动试验来验证让结构可靠程度，并寻求结构工作的内在规律为建立新的结构计算理论奠定基础.为此测试设备也随之发展.早期的振动测量仪是机械式的.此外还有多簧式频率计.在年代，使用叫多的仍然是机械式测试仪，有手持测振仪及盖格尔万能测振仪等.在年代，电阻应变仪研制成功，其适用范围由静应变测量，逐步发展到动应变测量和振动测量.随着电子技术的发展，测振用的传感器发展很快.按被测参数来分有唯，速度，加速度传感器等按传感器敏感元件工作特点来分有电动式，磁电式，压电式，压阻式，差容式，应变电阻式等.测试方法上也发展较快.有相位共振发，矢量分析法.附加质量法，附加刚度法，复数功率法，多点激振法，机械阻抗法等.总体方案设计下图是般的测试框图图，整个测试过程大体上可分为个基本环节。

测试对象也称为试验模型，它是测试的主体。

在工程上它通常是承受动载荷的动力结构。

测试对象既可以是实际结构原型，也可以是按定相似关系制作的比例模型。

在这里选用的是实际结构原型。

激励环节为了获得测试所需的结构振动响应，必须对结构施加定形式的激励。

按试验的要求不同，有多种激励方式和设备可供选用。

在这里选用的是悬臂梁机械振动台。

测量环节测量环节包括有传感器及配套的测量电路所组成的传感器测量系统。

传感器测量系统在整个测试过程中担当了将机械振动量转换为电信号的重任，它直接关系到试验的成败和精度。

因此，在任何测试场合，首先要保证这环节的可靠性。

应根据试验所要求的频率范围，幅值量级，测量参数振动位移，速度，加速度，力和应变等及试验模型的条件选择合适的传感器测量系统。

分析环节分析环节的作用是对来自传感器测量系统的原始振动信号进行波形分析，变换等处理，以给出试验所要求的结果。

随着试验研究的深入和测试技术的发展，分析的内容也在不断地充实与发展。

用于分析的仪器，种类越来越多，功能也越来越强。

检测环节测试的最后结果通过检测环节以数据和图表形式提供出来，它包括多种用于显示，记录和绘图的仪器，比如幅值和相位检测仪器，电子示波仪，光线示波仪，函数记录仪，电平记录仪，数字绘图仪，打印机和用于存储分析结果的磁盘驱动器等。

图测试框图主机结构设计.电动机的确定电动机的分类图图电动机分类电动机的选择在这里选用的是系列的宽调速直流伺服电动机。

结构特点宽调速直流伺服电动机的结构特点是激磁便于调整，易于安排补偿绕组和换向极，电机的换向性能得到改善，成本低，可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。

电机定子磁钢采用矫顽力高，不易去磁的永磁材料铁氧体永久磁铁，转子电枢直径大并且有槽，因而热容量大，结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电机磁路的组合，提高了电动机气隙磁密。

同时，在电机尾部装有高精度低纹波的测速发电机并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器为速度环提供了较高的增量，能获得优良的低速刚度和动态性能。

因此，宽调速直流伺复电机是目前机电体化闭环伺复系统中应用较广泛的种控制电机。

其主要特点是调速范围宽，低速运行平稳负载特性硬，过载能力强，在定的速度范围内可以做到恒力矩输出。

反映速度快，动态响应特性好。

当然，宽调速直流伺复电机体积较大，其电刷易磨损，寿命受到定限制。

型号及参数表型号转矩.转速功率电压电枢激磁电流电枢激磁允许顺逆转速差转动惯量不大于表电动机的型号及参数外形与尺寸表图以下是端改凸缘安装型式的系列伺复电动机的外形及安装尺寸.光轴表电动机的外形与尺寸图电动机的外形图.传动机构的确定传动机构的分类图图传动机构的分类传动机构的选择在选择传动类型时所应根据的主要指标是效率高，外廓尺寸小，质量小，运动性能良好及符合生产条件生产的可能性，预期的生产率及生产成本等。

在这里选用了同步带传动。

带传动图是有固联于主动轴上的带轮主动轮，固联于从动轴上的带轮从动轮和紧套在两轮上的传动带组成的如下图所示。

当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦或啮合，便拖动从动轮起转动，并传递定动力。

带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。

图带传动示意图带的选择及计算选择同步带传动，电动机型号为，最大转速，额定功率，减速传动比.，每天工作小时。

此小节所查参数表都是来源于杨黎明主编，王智相副主编，机电体化系统设计手册，国防工业出版社北京计算功率工作情况系数由表.查得.计算功率.选定带型和节距根据和由图.选定带型型。

由表.选定带节距.带轮齿数根据带型和由表.查得，取带轮节圆直径小带轮的外径由表.查得.大带轮齿数.大带轮节圆直径大带轮外径由表.查得.带速，合格初定轴间距根据推荐范围.即