振动式离心机动态性能优化设计关键技术与方法研究汇总.ppt

* 现我们给定一组参数 分别用平均法求一次近似解 和用四级四阶龙哥库塔公式求数值解 并做对比 结论如下 * 平均法求解得到的理论共振曲线与数值解从定性和定量的角度均吻合的较好，共振曲线的极值基本重合，且在共振区两者的近似程度较高，故该方法能较精确地计算在共振区域的振动响应情况。从理论共振曲线上，可以确定合适的工作频率，并且可以检查频率的储备量是否合理。工作频率选在22-25.5Hz时较好，因为此时该共振曲线幅值较大，且连续平稳无拐点，同时在此区间工作，频率的储备能量也足够大。不同振动频率下振幅的理论近似计算值均比数值解小，这个误差可能是由于测试的各个动力学参数不准导致的，有可能来自于理论计算公式中仅仅考虑了基波振幅，而高次谐波的存在也将会导致误差。 * 橡胶弹簧板起着连接内外质体，传递外激励的作用，放大振动幅值的作用，其动态特性对整个振动系统起着至关重要的作用。本章将从试验的角度对橡胶弹簧板进行静动态特性测试，为理论计算与有限元仿真提供数据支持。首先我们先看下橡胶材料的特性，其最显著的特点就是橡胶材料具有显著的高弹性和非线性，在外力作用下，很容易发生极大的变形，但除去外力后又回复到原来的状态。而且其形状尺寸可以自由裁剪，并且通过添加其他材料改变其结构刚度与阻尼，橡胶材料的大阻尼特性可以用来作为减震降噪的减震垫与隔振垫，而且其共振频带宽对某些利用共振区间工作的共振筛和共振离心机等参数选择更便利。冲击刚度较高，有利于减少冲击变形，有点类似于变螺距吧变直径弹簧效果。如图所示为离心机上的橡胶弹簧 但是其体积过大 无法直接测量 因此我们裁取一部分进行测试，然后通过弹簧的串并联进行扩展。 * 为了测试橡胶弹簧的剪切刚度 需要制作专用夹具 然后上拉力试验机 记录其变形与外力 从而求得其刚度 * 我们一共做了三个试件 每个试件分别在 4mm/min 8mm/min 12mm/min的速度条件下进行测试 由于橡胶弹簧的阻尼作用 导致力-位移曲线在加力和卸力条件下不重合 出现迟滞环 但是当力完全卸除后能完全恢复原状 我们取拉伸阶段的刚度 此时成弱非线性 然后用位移的一项和三次项来表示 此时用最小二乘法求解得到系数分别为 k1=0.1 b=1.2e-5 利用弹簧的串并联特性 求得整个橡胶板的 刚度系数为k=0.2 a=2.5e-5 * 由于振动式离心机工作时候橡胶弹簧不断接受冲击 因此会产生发热现象 且在不同的季节 温差较大 因此需要测试在不同温度下的刚度变化 测试数据见表 选择了橡胶弹簧工作时的温度区间25-40℃，结果显示橡胶弹簧的平均刚度呈现先减小，后增大的趋势，即在30℃时达到最小值0.46kN/mm，但整体而言相差不大，说明在这个温度范围内工作，弹簧的刚度不会发生太大变化。如果刚度随温度变化较大 需要考虑选择其他类型的橡胶材质等 * 因为共振式离心机是在简协激励作用下工作的 因此橡胶弹簧的动刚度直接反应其对振动系统的影响 动刚度测试方案如如所示 橡胶试件被专用卡具加紧 信号发生器产生不同频率的正弦信号 经功率放大后 连接激振器 激振器与试件间有力传感器连接 用以测量力的幅值 试件另一端连接加速度传感器 用以测量响应加速度大小 * 测试数据与结果如下表和图所示 从这个图上可以看出不同频率下的橡胶试件迟滞曲线不完全重合 但是其刚度变换不大 基本在0.3KN/mm左右 橡胶弹簧的阻尼即为迟滞环的面积 平均在0.48左右 * 接下来为了有限元计算 我们又做了橡胶弹簧本构方程的优选 分别选择二参数三参数五参数Mooney-Rivlin模型 一阶二阶Ogden模型 一阶二阶Polynomial模型 一阶Yeoh模型拟合曲线 * 拟合结果显示三参数、五参数的Mooney-Rivlin模型以及二阶Polynomial模型计算误差最小 本文选择五参数的Mooney-Rivlin模型作为该种橡胶材料的本构方程用于有限元仿真 * 仿真时候 我们按照试验条件添加边界条件 输入其本构方程 计算求得的结果如下表所示 测试结果和仿真结果相比 误差很小 说明该本构方程能够完全反映材料的性质 * 对弹性元件进行完动态特性测试后 本文对整机进行了模态试验与动响应测试 模态试验采用单点力锤敲击多点加速度传感器拾振的方法 测点布置如图所示 动响应测试记录整机分别在工作和停车过程中的加速度信号 用以进行频谱分析 * 测试结果显示 * 模态测试结果显示共振式离心机内质体与外质体的第一阶固有频率均在25Hz左右，且振型为沿着主轴轴向振动，因此第一阶固有频率应该选为该离心机的工作频率，因为在此频率下工作将会产生共振，有利于放大外激励的振动幅值，提高整机的工作效率，第二阶固有频率两者均在33Hz附近且振动形式相同均为沿着z向一阶弯曲，因