振动测试原理

振动盘的工作原理及振动盘的结构

一、振动盘的工作原理

振动盘是由具有经验的专业供应商专门设计制造的，不直接从事振动盘设计制造的行业，只需要了解它的基本结构与工作原理、订购方法及使用维护要领即可。要了解振动盘的工作原理，必须清楚地理解以下两个问题：

1、振动盘为什么能将工件连续地由料斗底部向上自动输送？

2、料斗底部工件的姿态方向是杂乱无章的，工件为什么能按规定的方向自动输送出来？

上述两个问题实际上就是振盘的两个基本功能，即自动送料功能和自动定向功能。下面来介绍振动盘如何实现这两个基本功能的，即振动盘的工作原理。

如图：电磁铁5与衔铁4分别安装、固定在输料槽2和底座6上。220v交流电压经半波整流后输入到电磁线圈，在交变电流作用下，铁芯与衔铁之间产生搞频率的吸、断动作。两根相互平行且与竖直方向有一定倾角B、由弹簧钢制作的板弹簧分别与输料槽、底座用螺钉连接，由于板弹簧的弹性，线圈与衔铁之间产生的高频率吸、断动作将导致板弹簧产生一个高频率的弹性变形一弹性变形恢复的循环动作，变形恢复的弹力直接作用在熟料槽上，实际上给输料槽一个高频的惯性作用力。由于输料槽具有倾斜的表面（与水平面方向成倾斜角a），在改惯性作用力的作用下，输料槽表面的工件沿斜面逐步向上移动。由于电磁铁的吸、断动作频率很高，所以工件在这种高频率的惯性作用力驱动下慢慢沿斜面向上移动，这就是振动盘的自动送料的工作原理。

二、振动盘的结构

上图所示的模型是一种简化的振动盘力学模型，实际的振动盘结构与上述力学模型是有区别的，实际震动盘的结构是带倒锥形或圆柱形料斗的结构。

1、带倒锥形料斗的振动盘：带倒锥形料斗的振动盘一般用于形状具有一定的复杂性，需要经过多次方向选择与调整才能将工件按需要的方向送出的场合，这样工件必须通过的路径就较长，所以倒锥形的料斗就是为了有效地加大工件的行走路径。这类振动盘使用的工件范围较宽，料斗直径一般为300-700mm，工件形状越复杂，料斗的直径也会越大。在某些特殊场合料斗的直径可达到1-2m。这种倒锥形料斗一般采用不锈钢板材制作，也可以用铸铝合金制作，由于定向轨道较长，供料充足，出料速度高，所以适合工件的高速送料。

一、 概述;机械故障诊断学是一门近二十年内发展起来的新学科，是现代化设备维修技术的重要组成部分，并且正在日益成为设备维修管理工作现代化的一个重要标志。此项技术的应用主要是对确保机械设备的安全，提高产品质量，节约维修费用以及防止环境污染起着很重要的作用。在机械故障设备的的状态监测和故障诊断技术中有多种方法可使用。例如振动监测技术、油液分析技术、红外测温技术、声发射技术、无损检测技术等。其中振动监测技术是普遍采用的基本方法，因为振动的理论和测量方法都比较成熟，且简单易行。另外，据统计，机械故障90%可以从振动测量中检测出来。振动测量和信号分析一直是作为预知维修的主要手段，各行业设备部门要开展这项工作一般都是从这二方面起家的。振动监测技术就是“对设备的振动信号进行检测、分析处理，故障识别和预报的一种技术”。二、简易诊断与精密诊断设备的状态监测技术是指对设备（部件、零件）的某些特征参数进行测试，并根据所得测定值与规定的正常值来作比较以判断设备的工作状态是否正常或异常（存在故障），也称为简易诊断。设备故障诊断技术则不仅要对机器设备的状态是否正常作出判断，更重要的是对机器故障的原因、部位及严重程度作出估计。故称为精密诊断。目前比较普及的还是简易诊断（状态监测），而精密诊断真正用于生产还是少数，而且主要用于高精尖设备上。这一状况欧美和日本都一样，具有普遍性。这表明简易诊断比较成熟，简便易行，而精密诊断还属于一种开发性技术，尚不够成熟。另外精密诊断的费用也比较高，需要精密的仪器，要由经过专门训练的工程师来进行，所以只在重要的设备上进行。这一点对我国开发推广诊断技术时值得注意。当前应该把重点放在普及简易诊断或状态监测上。同时积极开发精密诊断技术，使它尽快达到使用水平。据有关资料统计，利用简易诊断仪器可以解决设备运行中50%的故障。由此可见，简易诊断在设备管理与维修中的重要作用。以日本新日铁公司为例，看设备诊断技术在设备管理与维修中的应用：（图1）新日铁认为：在大型钢铁联合企业中，为确保全系统设备的正常运行，有两项技术必须实行。一是有效地监视机器状况，即“设备监测技术”。二是精确的诊断方法。即：“精密诊断技术”。1.“设备监测技术”。这类技术应满足如下要求a、能迅速地对各种类型的机械进行测量a能进行现场结论b、经济,使用方便;c、目前，新日铁在这方面已开发出了一系列的硬件，专门用于钢铁联合企业中的各类设备，新日铁把用于设备监测技术的硬件分为三类：（1） 第一类是供日常检查人员随身携带使用的，能定量显示结果的各种小型仪器。譬如：机器检测器，油膜检测器，小型测振仪、马达检测器，声发射裂纹检测器等。（2） 第二类是监视仪表，通常是安装在现场的，可进行自动数据采样，自动数据记录与作为倾向管理的图谱相对照，异常情况判别图谱显示等等，譬如：旋转机械监视仪，压缩机监测仪，热轧机监视仪等。（3） 第三类是数据

・ｌ５６・　第３７卷第９期　２　０　１　１年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＶｏＪ．３７　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．　２０１１　

文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）０９—０１５６—０２　

振动原理在道路测试中的应用　

黄庆祥　

摘要：以检测原理中的振动原理为例，提出道路检测中振动原理的概念，详细讲解振动原理，分析振动检测的主要仪　

器，以促进我国检测设备的研制与开发和我国道路检测新学科的持续发展。　

关键词：振动原理，道路，强度，弯沉　、　中图分类号：Ｕ４１５　文献标识码：Ａ　

Ｏ　引言　

随着交通事业的迅速发展，特别是高等级公路的发展十分迅　速，使得路基路面质量控制的程序越来越完善，要求的检测水平　

越来越高，而一般的检测已不能满足高等级公路检测的需要。虽　

然，为适应高等级公路质量检测的需要，少数省区引进了一些检　

测设备，但像我们这样一个大国，靠引进设备来解决问题不是一　

个方向，因而，我们应该掌握现行检测仪器的原理，自己研制与开　发，使主要检测设备国产化。道路测试中按检测原理，检测设备　分有振动检测、超声波检测、射线检测和激光检测等几种，本文选　

取振动技术，分析振动原理和振动检测的主要设备，说明振动原　

理在道路测试中的应用。　

１　振动原理的概念及特点　

道路中振动检测技术是用向地面瞬态锤击来测定它的强度　

与压实度（或密实度）的一种方法。路基路面在受到锤击后即刻　

就得到凹陷变形，或者产生一种传递振动波。这种凹陷或传递振　动波即为检测所需要的主要参数，由于这种参数是依靠锤击后道　

路产生振动获得，因而，简称为振动检测技术。　

在国内外利用锤击的方法来得到路基路面检测数据，主要集　

中在路基路面的强度与压实度方面。从理论上讲，无论是路基、　

路面均可用锤击的方法测定它们的强度和压实度（或密实度），但　

实际上，目前国内外只限于测定它们的强度。　

２振动原理综述　

锤击式路基路面强度检测原理：用一定质量与形状的钢锤，　

1 齿轮的振动机理

一、齿轮的力学模型分析

如图1所示为齿轮副的力学模型，其中齿轮具有一定的质量，轮齿可看作是弹簧，所以若以一对齿轮作为研究对象，则该齿轮副可以看作一个振动系统，其振动方程为

式中x—沿作用线上齿轮的相对位移；

c —齿轮啮合阻尼；

k（t）—齿轮啮合刚度；

T1，T2—作用于齿轮上的扭矩；

r2—齿轮的节圆半径；

i—齿轮副的传动比；

e（t）—由于轮齿变形和误差及故障而造成的个齿轮在作用线方向上的相对位移；

mr —换算质量。

图1 齿轮副力学模型

mr=m1m2/(m1+m2) （1-2）

若忽略齿面摩擦力的影响，则(T2-iT1)/r2=0，将e（t）分解为两部分：

e(t)=e1+e2(t) （1-3）

e1为齿轮受载后的平均静弹性变形；e2(t) 为由于齿轮误差和故障造成的两个齿轮间的相对位移，故也可称为故障函数。这样式(1-1)可简化为

（1-4）

由式(1-4)可知，齿轮的振动为自激振动。该公式的左侧代表齿轮副本身的振动特征，右侧为激振函数。由激振函数可以看出，齿轮的振动来源于两部分：一部分为k（t）e1，它与齿轮的误差和故障无关，所以称为常规振动；另一部分 2 为k（t）e2(t) ,它取决于齿轮的综合刚度和故障函数，这一部分可以较好地解释齿轮信号中边频的存在以及与故障的关系。

式(1-4)中的齿轮啮合刚度k(t)为周期性的变量，由此可见齿轮的振动主要是由k（t）的这种周期变化引起的。

k(t)的变化可用两点来说明：一是随着啮合点位置的变化，参加啮合的单一轮齿的刚度发生了变化，二是参加啮合的齿数在变化。例如对于重合系数在1-2之间的渐开线直齿轮，在节点附近是单齿啮合，在节线两侧某部位开始至齿顶、齿根区段为双齿啮合（图2）。显然，在双齿啮合时，整个齿轮的载荷由两个齿分担，故此时齿轮的啮合刚度就较大；同理，单齿啮合时啮合刚度较小。