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振动试验设备的许可偏心力矩

嘉峪检测网        2023-06-20 19:52

振动台面上安装试验体的时候,通常情况下都要求试验体的重心尽量靠近振动台面中心。但是,通常情况下都无法满足这种理想要求,试验体的重心会偏离振动台面的重心位置来进行安装,此时,偏心距离就受到振动台偏心力矩的制约,若安装的偏心距离太大,会导致振动试验机的破损。
 
一般振动试验机厂家会告知设备的许可偏心力矩,通过此值计算出偏心距离,使试验体安装的偏心距离不超过算出的偏心距离,便可保证振动试验机不会损坏,下面就简单对计算方法进行说明。
 
以垂直加振为例,偏心力矩M通过下式可进行计算。
 
M = F ☓ L    M:偏心力矩  F:力  L:距离
 
力矩又分为静态力矩MD(重力引起)和动态力矩MA(加振力引起),两者合计即为全部的力矩,即,
 
M = MD + MA
 
参考下图,计算试验体(含加振夹具)的偏心力矩。
 
 
静态力矩MD = mgL1
 
L1:试验体(含加振夹具)离振动台面中心的水平距离,单位m
 
g:重力加速度,9.8m/s2
 
m:试验体(含加振夹具)的质量,单位kg
 
动态力矩MA = maL1
 
a:试验条件的最大加速度,单位m/s2
 
所以,
 
   M = MD + MA
 
     = mL1(g + a)
 
以实际垂直加振为例,某振动台垂直许可偏心力矩:245 Nm,
 
L1= 10mm,m = 100kg,a = 100 m/s2
 
此时,偏心力矩
 
    M = mL1(g + a)
 
     = 100☓0.01☓(9.8 + 100)
 
     = 109.8 Nm
 
和垂直方向的许可偏心力矩相比,偏小,加振可能。但是若加速度300m/s2的时候,偏心力矩达到308.9Nm,无法进行垂直方向的加振试验,可参照下图。
 
 
继续以水平加振为例,可得到偏心力矩的计算,
 
 
M = MD + MA
 
= mgL1+ maL2
 
= m(gL1 + aL2)
 
M:偏心力矩Nm   m:试验体质量 kg      g:重力加速度 9.8m/s2
 
a:加振加速度 m/s2    L1:试验体重心离振动台面中心的水平距离 m
 
L2:试验体重心离振动台面中心的垂直距离m
 
以实际为例,某振动台垂直许可偏心力矩:245 Nm,
 
L1= 100mm,L2 = 50mm ,m = 20kg,a = 100 m/s2
 
此时,偏心力矩
 
    M = m (g L1 + a L2)
 
      = 20(9.8☓0.1 + 100☓0.05)
 
      = 119.6 Nm
 
和垂直方向的许可偏心力矩相比,偏小,加振可能。此例中,由于没有水平滑台,所以许可偏心力矩还是采用垂直方向的许可偏心力矩。现在,很多振动试验机水平加振时都配有水平滑台,大大增加了水平方向的许可偏心力矩。所以垂直方向加振可以的话,一般情况下,水平方向加振也没有问题,大质量试验体除外。
 
最后,还要考虑加振横纵比(crosstalk)的影响,可适当加大安全系数,即在求出偏心力矩的基础上乘以一个安全系数(1.3~1.5),再和许可偏心力矩进行比较,判断是否可以加振,当然横纵比比较大的试验体(含加振夹具)需要另外考虑了。
 
如何另外考虑,第一先得到横纵比,可以使用一个三轴加速度,安装在重心位置,对应试验条件进行小量级加振,观察和加振方向垂直面上两个加速度传感器的最大值。第二,计算其产生的力矩,第三再加上上述静态力矩和动态力矩,便得到该试验所需的总力矩。第四,进行判断是否小于许可偏心力矩。此方法仅限试验体形状比较怪异(重心偏高,偏心距离较大等)的情况,且计算比较复杂,了解一下即可,一般碰到的机会较少。
 

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来源:振动试验学习笔记