偏心结构插入式振动器的研究.doc

偏心结构插入式振动器的研究 郑 雯 ,王卫国 ( 山东大学 机械工程学院 ,山东 济南 250061) 摘 要 :从理论力学角度分析偏心式振动器的设计计算问题及相应的力学计算公式 ,为设计高效能的振动器提供参数依据 。 关键词 :振动器 ;偏心结构 ;插入式 ;激振力 ;力学分析 中图分类号 : T H12 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 4414 ( 2004) 01 - 0048 - 03 偏心式结构是混凝土振动器主要传动型式之一 ,最早应 用到插入式混凝土振动器上 。从动力源到偏心式结构的连接 方式有好多种 :有软轴连接的 ZP 形式的插入式振动器 ; 有在 振动棒壳内 、电机与偏心轴直接连接的电机直联式混凝土振 动器 ;有在振动棒壳内 ,风马达与偏心块直接连接的风动式振 动器 ,有风马达与偏心套合而为 1 组成行星滚动结构的风动 式振动器 。这些振动器占插入式振动器的大部分 ,品种甚多 , 用途很广 ,他们用于建筑工程 、水电 、交通等施工部门 。为更 好的为用户服务 ,设计出高效能的振动器 ,除了要合理选用振 动频率外 ,还应从力学分析入手 。 1 基本公式 偏心结构的振动棒 ,从力学观点来看 ,它只是棒壳与偏心 块 2 个物体 。首先假定棒壳与偏心块为极薄的 2 个刚盘 ; 在 力的作用下 ,在一个平面内作圆周运动形式的振动 (见图 1) 。 按照达朗伯原理 ,假设离心力 P 作为一个惯性力作用于 棒壳 , 则与 R 、Q 、M 共同构成一个平衡力系 ( 见图 2) 。于是 可得出如下方程 2 W 1 2πn P = ( 1) g W 2 60 2πn 2 ( 2) R = g p 60 Q p2 + Q2 P = = = ( 3) ( 4) sinθ cosθ M = R acosθ= Q a 图 2 所构成的平衡力学 bsin ( - θ) = acos e = asin + bcos ( - θ) 运算分析结果令 ( 5) ( 6) ωˉ = 2πn ( 1/ s) 图 1 平面内圆周运动形式的振动 60 经验得 : 以下为文中分析时采用量符号的注解 : w 1 为棒壳的重力 , 重心为 O1 ; w 2 为偏心块重力 , 重心为 O2 ; e 为偏心距 , 即 O1 O2 ;φ为偏心块重心对棒壳运动方向的 超前角 ;θ为偏心块离心力方向对棒壳运动方向的超前角 ; P 为棒壳作圆周运动时所产生的离心力 ; R 为偏心块回转时所 产生的离心力 ; Q 为工作时作用于棒壳的混凝土浆阻力 ; M 为电动机作用于转轴上的力矩 ( 不计轴承阻力) ; n 为每分钟 转数 ( 既频率) ; O 为振动中心 , 即振动时作圆周运动的圆心 ; O O1 为振幅 , 即作圆周运动的半径 , 用 a 表示 ; O O2 为偏心块 重心与振动中心的距离 , 即振动时偏心块的实际回转半径 , 用 b 表示 。 ω2 1 = eˉ cos cos = Q g ( 7) W` 2 Q g W 2 eωˉ2 由此式可知 , 随着混凝土浆阻力 Q 大小的不同 , Φ 角也 有所不同 。当空载 Q = O ,Φ = 90°意即 O1 O O2 3 点在同 1 直 线上 , O1 与 O2 分别位于振动中心的两侧 。 当阻力 Q 增加时 , Φ 角即减小 。若 Q 增至 Q0 时 , 可使 Φ = O , 即 cosΦ = 1 , 可得 W 1 t gθ= t g W 1 + W 2 2 W 1 1 = + t g2 1 + cosθ W 1 + W 2  2 W 1 b = e cos2 + sin2 W 1 + W 2 W 1 2 2 = e 1 - 1 - sin ( ) 8 W 1 + W 2 由式 (8) 可知 ,当 Φ = 00 时 , b 值为最大 , 并等于 e , 这时 偏心块所产生的离心力为最大 , 也就是最大激振力 。前己证 明 ,当 Q = Q0 时 , 振幅 a = 0 、所以一切等于或大于最大激振 力的混凝土浆阻力 , 将使振动棒处于钳紧而不能振动的状态 。 在一般的工作情况下 , O Q O0 , 此时偏心块所产生的离心 力可以分解为 Rcosθ与 R sinθ两个分力 ( 参看图 2) 。从式 ( 3) 可知 Rcosθ= Q , 即这一分力是用来克服混凝土浆阻力 Q 的 。 而 R sinθ= P , 则是用来平衡棒壳的离心力 P 的 。 电动机作用于转轴上的力矩 (不计轴承阻力) 应为 Q g Q2 - Q2 图 4 轴线的运动轨迹 M = Qa = (