大行程电磁式高频疲劳试验机激振器的设计与试验研究

发布时间：2020-07-11 23:20

【摘要】：电磁式激振器是一种以电磁力为激振力的激振器,通过电磁铁装置实现部件或机构的稳定的周期运动,或提供给部件一定大小的应力。以此种激励方式为激励的疲劳试验机为电磁式高频疲劳试验机,由于其响应速度快、频率高、效率好、节能环保,该种机型的疲劳试验机在工程实践中有着广泛的应用。目前市面广泛使用的电磁式高频疲劳试验机其行程小,在实际工程测试中有很多变形量较大的材料的疲劳测试很难进行,或者使用其他类型的疲劳试验机但是效率低、耗能大。针对以上问题,本文设计了可实现大行程的电磁式激振器。本文设计的电磁式激振器需满足实现大行程和实现高频振动两个条件。其主要结构包括电磁铁机构、激振质量、激振弹簧三部分。首先建立单自由度弹簧系统,并对其进行分析,确定其固有频率与其激振频率之间的理论关系,为设计激振器提供理论基础。对电磁式疲劳试验机进行系统建模分析,分析表明随着激振弹簧刚度的增加,疲劳试验机整机固有频率增加;分析了激振频率与工作频率之比λ对系统放大因子的影响,确定共振区域及λ值,为激振器结构设计提供依据。并以此为基础进行激振弹簧及激振质量的选材与设计,确定其结构参数。对电磁式激振器核心部件—电磁铁结构进行数学建模分析,综合电磁铁理论,运用虚位移原理推导出电磁铁吸力公式,最终得出电流及气隙的变化是影响电磁吸力的主要因素。电磁铁机构为电磁激振器实现既定运动的核心部件,经验法的设计方式,在结构设计方面难免有不合理之处,采用有限元仿真分析的方法对电磁铁机构进行有优化设计,大大提高其性能参数。有限元分析采用磁场分析功能强大的maxwell软件对衔铁端部形状、线圈距衔铁径向距离、线圈骨架厚度等因素进行分析,优化初步设计结构,仿真表明结构优化后的吸力特性明显优于初始设计结构;对优化后的电磁铁结构,进行静态特性及瞬态特性分析,分析线圈匝数、电压对电流变化的影响,从而确定在最短的时间内实现电流的增加及减少,即提高了激励的响应速度。针对设计的激振器结构进行样机制作,并对电磁铁机构进行试验验证分析。首先进行静态吸力特性试验,验证仿真分析的正确性。进而进行动态特性试验,试验以电压、激振频率、线圈匝数为变量,响应衔铁位移为观测结果,实验过程中的磁势为参考,数据表明,在匝数一定时,电压越高、频率越小衔铁的位移量越大,同时磁势的值越大。而当激振频率一定时,匝数越少、电压越高、衔铁的位移量越大,同时磁势的值越大。实验数据的走势与仿真分析相契合。进行动作时间的测量,得到电磁铁动作特性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH87

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本文编号：2751072