專利名稱：一種多頻率合成的振動試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動試驗裝置，特別是一種主要用于商品運輸包裝件振動試驗 的多頻率合成的振動試驗裝置。
背景技術(shù)：
振動試驗是商品運輸包裝性能測試的常用項目之一，通過模擬貨物運輸過程中 影響貨物安全的振動環(huán)境來測試包裝的減震性能?，F(xiàn)有運輸包裝件振動試驗可分為正弦 振動試驗和隨機振動試驗兩類。其中，正弦振動試驗利用曲軸或偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)等振動源對振動臺激振，這類振 動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，振動輸出穩(wěn)定、可靠，試驗成本較低。但是這種振動臺在任意瞬間 只能以單個頻率振動；此外，由于振幅不能動態(tài)變化，振動加速度幅值隨頻率的平方增 加，而實際流通振動環(huán)境的振動一般都是眾多頻率合成的隨機振動(參見GB/T4857.23 附錄中圖A.2資料)，因此，用正弦振動來擬合流通振動環(huán)境，精度較低，試驗結(jié)果的可 信度不高。許多企業(yè)的商品運輸包裝設計常常只依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)，而不進行試驗驗證。為 了確保貨物安全常常盲目加強包裝保護，導致過度包裝頻發(fā)，不符合資源節(jié)約的經(jīng)濟發(fā) 展戰(zhàn)略。隨機振動試驗是利用電磁、氣動、液壓等機構(gòu)，由控制器按照給定的程序進行 振動激勵，可以近似模擬一些流通振動環(huán)境，較好地彌補上述正弦振動試驗存在的不 足。但是，隨機振動試驗系統(tǒng)的振動信號比較復雜，輸出容易受到載荷影響，參振機構(gòu) 多樣性使得各系統(tǒng)之間試驗結(jié)果的可比性較低，設備投資和運行維護費用較高導致試驗 成本上升。因此，運輸包裝件隨機振動試驗并沒有因彌補了正弦振動試驗的不足而得到 推廣。此外，現(xiàn)有的振動試驗系統(tǒng)都只有一個振動平臺，工作(尤其在試件質(zhì)量大、 工作頻率高)時振動對周圍環(huán)境的影響較大。歸納上述兩類振動試驗的特點發(fā)現(xiàn)正弦振動一般只需開環(huán)控制，簡單直觀， 振動輸出準確可靠且容易實施，但是由于采用單一頻率的振動(或變頻掃描)來擬合流通 振動環(huán)境，與實際振動狀態(tài)相差較大，類似于采用一條直線(或斜率可變的直線)來擬 合一個隨機過程，精度較低。而隨機振動采用連續(xù)頻譜來擬合流通振動環(huán)境，與實際振 動狀態(tài)較相符，類似于采用高次函數(shù)曲線來擬合一個隨機過程，擬合精度較高，但缺點 是變數(shù)多，需要采用閉環(huán)控制，不同設備間差異大，試驗費用高。

發(fā)明內(nèi)容
針對已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種多頻率合成的振動試驗裝置。為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明的振動裝置其振動產(chǎn)生方式類似現(xiàn) 有的正弦振動，即由機械式偏心機構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。但本振動裝置振動平臺的振動并非單一 頻率，而是包含(至少兩個)多個不同頻率成分，每個頻率成分都有對應的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。用多個頻率振動來模擬運輸環(huán)境振動的方法類似于采用(由多條直線組成的)折線 來擬合一個隨機過程，既有直線方程(在處理上)的簡單，又有曲線擬合的精度。此類 方法常在一些實際工程數(shù)值研究中被采納。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種多頻率合成的振動試驗 裝置，包括系統(tǒng)控制器、電機及調(diào)速裝置、振動平臺，振動是由機械式偏心機構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn) 生，其特征是振動平臺的振動同時包含至少兩個不同頻率成分，每個頻率成分都有 對應的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，每個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動頻率由電機轉(zhuǎn)速及傳動裝置的傳動比決 定，兩個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)產(chǎn)生的振動通過一個機械式杠桿機構(gòu)合成，多個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的 振動采用兩兩合成的方式實現(xiàn)具體來說，本振動裝置包含(至少兩個)多個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 通常采用同一個電機驅(qū)動，也可采用兩個(或多個)電機各自(或部分組合)驅(qū)動。兩個 偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)產(chǎn)生的振動通過一個機械式杠桿機構(gòu)合成。例如附圖2中，振動合成杠 桿(17)將其兩端鉸鏈滑塊(11)和(12)的上下振動合成為中間的鉸鏈連桿(15)的振動。 多個位移的合成采用兩兩合成的方式，如圖中為三個振動合成，先由振動合成杠桿(17) 將兩側(cè)的振動合成，再由振動合成杠桿(16)將前面合成后的振動與第三個振動合成。振動合成杠桿采用簡支梁的形式，即兩端為輸入，中間為合成輸出。也可采用 懸臂梁形式，即中間和一端為輸入，另一端為合成輸出。振動合成系數(shù)由杠桿兩側(cè)振動 輸入力臂的比值決定，如圖中通過鉸鏈滑塊(12)在振動合成杠桿(17)臂上的位置移動就 可以改變其合成系數(shù)。每一個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動頻率由電機轉(zhuǎn)速以及電機輸出到該偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)間 傳動裝置的傳動比決定，當所有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)采用同一電機驅(qū)動時，通過配制適當?shù)膫?動比即可獲得各個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)之間振動頻率的頻率比值。本振動裝置根據(jù)電機調(diào)速模式的不同分為兩種。一種為復合頻段振動裝置，另 一種為獨立頻段振動裝置。復合頻段振動裝置，其電機調(diào)速范圍從零(停止)開始到全速，在電機從停止 (零轉(zhuǎn)速)開始啟動逐步提速至全速過程中，所有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動頻率同步從零提高 到各自最大值，其中頻率提速較慢的偏心機構(gòu)的頻率變化范圍被提速較快的偏心機構(gòu)的 頻率變化范圍所覆蓋(因此稱為復合頻段振動裝置)，但任意時刻各個偏心機構(gòu)的振動頻 率(除零以外)不相互重疊。這種系統(tǒng)比較適合研究產(chǎn)品和包裝件對低頻復合振動環(huán)境 的響應。獨立頻段振動裝置，其電機調(diào)速范圍設有規(guī)定的下限轉(zhuǎn)速，在電機轉(zhuǎn)速從下限 上升到全速過程中，每一個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動都同步地由低到高掃過對應的頻段，所 有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的掃描頻率范圍互不重疊(因此稱為獨立頻段振動裝置)。根據(jù)所要模擬 的運輸環(huán)境振動頻譜分布特點，將頻譜分割成若干頻率段，每段采用一個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 產(chǎn)生的振動來代表，這種系統(tǒng)比較適合產(chǎn)品和運輸包裝件一般的振動試驗，用于替代現(xiàn) 有的相關(guān)試驗。此外，對于一些振動試驗系統(tǒng)運行時對周圍環(huán)境具有較大影響的問題，本振動 裝置通過采用差動式振動平臺，即兩個振幅相同，相位相反的振動臺來實施振動平衡。 當兩平臺上下設置時(見附圖3)，可以使振動軸線基本重合，消除了兩平臺水平分布軸線不重合時因一上一下差動振動引起振動力偶對基座和周圍環(huán)境的影響，同時也降低了 振動試驗臺對其激振裝置的要求。兩差動平臺間的振動倒相機構(gòu)對稱分布，如附圖3中 由倒相杠桿(36)為代表的振動倒相機構(gòu)組件以支撐鉸鏈(35)對稱分布，消除了試樣重力 載荷的影響。本振動裝置，保持了正弦振動試驗的簡單直觀，同時其振動與實際流通環(huán)境又 較相符合。由于各個振動是由同一個動力電機通過不同傳動速比形成，各個振動頻率可 以實施同步連調(diào)，因此，試驗方法可與現(xiàn)有的正弦振動試驗類似，同樣可以具有定頻和 變頻兩種試驗方式(參見GB/T4857.7和GB/T4857.10)。由于各頻率區(qū)段同時變頻，頻 率變化的動態(tài)范圍大大縮小，使得振動加速度更易掌控，試驗結(jié)果更趨一致。


圖1是運輸包裝件振動試驗系統(tǒng)組成框2是單振動平臺的振動試驗裝置機構(gòu)原理3是差動雙振動平臺的實施例機構(gòu)簡中1.系統(tǒng)控制器，2.電機調(diào)速裝置，3.動力電機，4-6.偏心滑塊機構(gòu)，7-9. 滑槽連桿，10-13.鉸鏈滑塊，14.鉸鏈，15.鉸鏈連桿，16-17.振動合成杠桿，18-22.滑 動支撐，23-24.減速帶輪，25-29.同步傳動帶，30.平臺連桿，31.振動平臺，32.試驗樣 品，33-34.鉸鏈滑塊，35.支撐鉸鏈，36.倒相杠桿，37.滑動支撐，38.平臺連桿，39.振 動平臺，40.試驗樣品。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合

如下本發(fā)明的第一個實施例(見附圖2) 本多頻率合成的振動試驗裝置，其振動臺采用三個不同頻率的振動合成，其依據(jù)是國際 安全運輸委員會頒布的運輸包裝件試驗標準(ISTA3A)中給出的振動試驗頻譜圖，圖中在 I-IOOHz內(nèi)出現(xiàn)了三個峰值區(qū)段，因此采用三個頻率及相應振幅的振動與之對應。振動試驗裝置配有與現(xiàn)有振動試驗系統(tǒng)類似的系統(tǒng)控制器1、電機調(diào)速裝置2、 動力電機3 (參見附圖1)等常規(guī)器件。此外，配備了專門的振動合成及激振機構(gòu)，該機 構(gòu)由(參見附圖2)偏心滑塊機構(gòu)4、5、6，滑槽連桿7、8、9，鉸鏈滑塊10、11、13， 鉸鏈14，鉸鏈連桿15，振動合成杠桿16、17，滑動支撐18、19、20、21、22，減速帶輪 23、24，同步傳動帶25、26、27、28、29等零部件組成。振動動力傳動采用同步齒形帶形式，動力電機3通過同步傳動帶25驅(qū)動偏心滑 塊機構(gòu)6轉(zhuǎn)動，并以同樣傳動形式，依次驅(qū)動減速帶輪24、偏心滑塊機構(gòu)5、減速帶輪23 到偏心滑塊機構(gòu)4轉(zhuǎn)動，途經(jīng)各機構(gòu)的轉(zhuǎn)速逐一降低。其中，偏心滑塊機構(gòu)6帶動滑槽連桿9和與其相連的鉸鏈滑塊機構(gòu)12 —起，在 滑動支撐21的約束下，作上下振動。同理，得到了另外兩個鉸鏈滑塊11、10的上下振 動。通過配制適當?shù)膫鲃颖?，即可得到由高頻到低頻的三個所需頻率的振動源，即三個 鉸鏈滑塊12、11、10的上下振動。三個頻率振動的合成是采用力學杠桿的兩兩合成方式，即鉸鏈滑塊12和11的上 下振動，通過振動合成杠桿17合成到鉸鏈連桿15，帶動與之相連的鉸鏈滑塊13振動。同理，鉸鏈滑塊13的振動又與鉸鏈滑塊10的振動通過振動合成杠桿16合成到鉸鏈14。鉸鏈14是三個鉸鏈滑塊12、11、10振動的合成，各振動合成系數(shù)可以通過改變 三個鉸鏈滑塊在各自所在振動合成杠桿17、16臂上的位置來調(diào)節(jié)。根據(jù)ISTA3A中給出的振動試驗頻譜圖中三個峰值波形的頻率及幅值分布范圍， 確定三個振動的頻率和振幅數(shù)據(jù)，依此配制各級傳動比和各鉸鏈滑塊在振動合成杠桿臂 上的位置，從而使振動平臺31輸出的振動為比較接近流通振動環(huán)境的三個頻率的合成。本發(fā)明第二個實施例(見附圖3)本多頻率合成的振動試驗裝置為差動雙振動 平臺的試驗裝置，上下兩個振動平臺31、39的振動通過由兩鉸鏈滑塊33、34、支撐鉸鏈 33、倒相杠桿36組成的位移倒相機構(gòu)互相連接，從而形成上下兩個振動平臺以相位反相 的方式振動，大大降低了振動試驗對周圍環(huán)境的影響。此外，上下兩個平臺及試驗樣品 通過支撐鉸鏈35得到重力平衡，降低了振動試驗系統(tǒng)對激振動力機構(gòu)等的要求。相關(guān)試 驗標準對試驗樣品的數(shù)量要求往往是(至少)兩個以上，因此，上下兩個(或兩組)樣品 一般不會提高試驗成本。
權(quán)利要求
1.一種多頻率合成的振動試驗裝置，包括系統(tǒng)控制器、電機及調(diào)速裝置、振動平 臺，振動是由機械式偏心機構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，其特征是振動平臺的振動同時包含至少兩個 不同頻率成分，每個頻率成分都有對應的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，每個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動頻率 由電機轉(zhuǎn)速及傳動裝置的傳動比決定，兩個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)產(chǎn)生的振動通過一個機械式杠 桿機構(gòu)合成，多個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動采用兩兩合成的方式實現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所示的一種多頻率合成的振動試驗裝置，特征在于所有產(chǎn)生振動 的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)是由同一個電機驅(qū)動，電機調(diào)速范圍是從零到全速，當電機從停止的零 速度狀態(tài)起動且逐步提速時，所有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動頻率隨之同步變化，都從零開始 但以不同的頻率變化率由低頻向高頻作同步變頻掃描。
3.如權(quán)利要求1所示的一種多頻率合成的振動試驗裝置，特征在于所有產(chǎn)生振動 的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)是由同一個電機驅(qū)動，電機調(diào)速范圍設有規(guī)定的下限，當電機轉(zhuǎn)速從下 限上升到全速過程中，每一個偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的振動都同步地由低到高掃過對應的頻段， 所有偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的掃描頻率范圍互不重疊。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所示的一種多頻率合成的振動試驗裝置，特征在于 配備了兩個振動平臺，兩振動平臺之間通過倒相機構(gòu)的連接實施振動傳遞，工作時兩平 臺振動互補。
5.如權(quán)利要求4所示的一種多頻率合成的振動試驗裝置，特征在于兩振動平臺位 置為上下設置，振動軸線重合，振動力偶平衡抵消。
6.如權(quán)利要求4至5中任意一項所示的一種多頻率合成的振動試驗裝置，特征在于 由振動倒相杠桿為代表的振動倒相機構(gòu)組件以支撐鉸鏈對稱分布，消除了試樣重力載荷 的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多頻率合成的振動試驗裝置，它包括系統(tǒng)控制器、電機及調(diào)速裝置、振動平臺。在振動臺的振動中至少包含了兩個頻率成分的振動，各頻率成分的振動由不同轉(zhuǎn)速的偏心旋轉(zhuǎn)機構(gòu)產(chǎn)生，通過機械式杠桿將多個振動以兩兩組合的方式合成，每個頻率成分的振動代表運輸振動環(huán)境的一段頻率范圍。當調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速時，各個振動頻率成分在各自所代表的頻率區(qū)段內(nèi)同步變頻掃描。振動裝置可以對試樣進行定頻和變頻試驗，對運輸振動環(huán)境的模擬度類似于隨機振動試驗，是對現(xiàn)有正弦振動和隨機振動兩方案的優(yōu)化組合，當配置兩個相位互補的振動平臺后，還可降低試驗裝置對周圍環(huán)境的影響。
文檔編號G01M7/02GK102012304SQ201010291208
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者沈黎明 申請人:上海大學