CN1023746C - 电动式扭转激振器 - Google Patents

Abstract

一种电动式扭转激振器，包括由主轴、振荡线圈、摆杆构成的振子部件；由外壳、磁钢支持体、磁钢、轭铁、端盖、U形槽板、连结头构成的壳体部件；在磁钢支持体上固有相同均布的相邻永磁体磁化方向相反的磁钢、面对气隙的轭铁，磁钢的磁化方向为切向，振荡线圈的圆柱形部分置于气隙中，内有与磁钢或轭铁个数相等的双层扁平多圈绕组，与同类型的激振器相比，在外尺寸相同、成本相当的条件下，可成倍的提高最大激振力矩及振荡线圈的机械性能和热性能，可作为扭转动态特性试验的激振源。

Description

本发明涉及振动测试技术，一种扭转振动激振器。

众所周知，扭转振动和往复振动一样是自然界非常普通而且是重要的一种物理现象，在很多的机械中，均广泛地存在着扭转振动的问题，如内燃机轴系的扭振，会导致断轴事故的发生;汽车传动系统的扭振，会造成噪声的增大;各类加工机床的扭振，会影响被加工机械零件的几何精度，刀具的使用寿命，切削效率及机床噪声的发生等。为了研究机械结构的抗扭转动态特性，有必要进行扭转振动试验，扭转激振器应能施加幅度和频率可调的交变扭转力矩于静止或迥转的结构上，以充当扭转振动试验中的激振源。在现有技术领域中，已公开了一种铝镍钴永磁径向磁路结构的电动扭转激振器，见联邦德国《Industrie-Anzeiger，Essen》88.Jg.Nr.78-30sept.1966。88.Jg.Nr.95-29NOV.1966上发表的文章。该文章中的激振器，当其外径尺寸为Φ180毫米时，其最大激振力矩为±5牛顿·米（相应最大激振电流为4安培），该激振器存在的问题是：（1）最大激振力矩小：（2）磁场气隙窄，置于气隙中的振荡线圈壁厚过小，

刚度和强度差，导线截面积亦只能取较小值，一般为0.2平方毫米，以致激振电流强度超过2安培时，必须采取强制空气冷却。

本发明它是采用轭铁直接面对气隙的稀土永磁切向磁路结构，在外径尺寸相同、成本相当的条件下，可成倍的提高激振器的最大激振力矩，提高振荡线圈的机械性能和热性能。

电动式扭转激振器的结构是，如图1、图2、图3所示，它包括由主轴3，振荡线圈7，摆杆11构成的振子部件;由外壳6，磁钢支持体14，磁钢8，轭铁，端盖4、10，U形槽板15，连接头13构成的壳体部件;壳体部件中的端盖4、磁钢支持体14的内孔，分别通过轴承2、12支撑在主轴3上，二块U形槽板15分别通过弹簧16与振子部件中的摆杆11两端连结。在磁钢支持体14上相间均布有等量的磁钢8、轭铁1，并用结构粘接剂固接，窄套环9、5分别在左右两端将磁钢8、轭铁1卡紧在磁钢支持体14上，在结合面上用结构粘接剂固接。振荡线圈7的圆柱形部分置于气隙中，内有与磁钢或轭铁个数相等的绕组在其圆周方向分布。

附图说明：

图1、电动式扭转激振器的结构原理图;

图2、电动式扭转激振器的B-B横向剖视图;

图3、电动式扭转激振器的摆杆连接图;

图4、电动式扭转激振器的振荡线圈结构图;

图5、振荡线圈的各绕组连接图。

下面对电动式扭转激振器作进一步的描述：如图1所示，主轴3右端法兰与被试验结构连接，被试验结构可处于迥转状态，这时要求与激振器同轴安装，激振电流由安装在连结头13上的电刷滑环装置（标准化部件）引入。穿过主轴3中心孔和侧面孔的导线将电流接入振荡线圈7，交变电流通过处于磁场中的与主轴平行方向排列的导线，使振荡线圈受到交变扭转力矩。由振动理论可知，当试验结构的转动惯量相对于激振器的转动惯量大得多，激振电流的频率比壳体部件-弹簧振动系统的固有频率大得多时，作用在试验结构上的激振力矩与电动激振力矩之比近似为1∶1。

导磁材料的外壳6、轭铁1，磁钢8，非导磁材料的磁钢支持体14构成切向磁路。磁钢采用高矫顽力的稀土永磁铁。轭铁直接面对气隙。磁钢8的磁化方向为切向，磁钢8与轭铁1沿周向相间地布置在柱形磁钢支持体14的柱形表面上，相邻的磁钢磁化方向相反，由磁钢发出的磁通径过轭铁进入气隙，再由导磁外壳构成回路。磁钢8、轭铁、 磁钢支持体14之间的连接采用双窄环粘接结构，轭铁的两端有凸台，非导磁材料的窄套环9、5分别在两端将轭铁1、磁钢卡紧在磁钢支持体14上，各结合面上施加结构粘接剂。

振荡线圈7，如图4所示，呈碗形无骨架结构，整个线圈用环氧树脂浇注成形，其内有与磁钢或轭铁相应个数的呈双层扁平形状的多圈绕组，在圆周方向均匀分布，各扁平绕组串联，电流流向如图5所示，每个扁平线圈分为二层，扁平绕组17顺时针由外向内为第一层，再由内到外为第二层，迭在第一层上;另一个扁平绕组17′反时针由外向内为第一层，再由内到外为第二层;迭在第一层上，并以上述原则重复。线圈圆柱部分内外壁各衬以玻璃纤维，在底部则浇入玻璃纤维织物，浇注前扁平绕组一端朝端面内摺，以增加强度和缩短绕组长度，如图4所示。振荡线圈在圆周方向装配位置，应使导线置于轭铁与外壳之间的有效磁场气隙中。

下面以外径180毫米的扭转激振器为例：磁钢采用钕铁硼N27H永磁体，极数14，气隙宽度为3毫米，绕组为Φ0.67毫米漆包线双层绕制，每层14圈。从磁路试验表明，气隙密度可达7000高斯以上。因此，当最大有效电流强度为4安培时，最大激振力矩为±10牛顿·米，为对比技术中的同类尺寸激振器的二倍。弹簧的弹性系数为1.40牛顿/毫米，使外壳-弹簧扭振系统的固有频率为2赫兹，因此激振器的工作频率可从10赫兹开始。在两端盖上开若干通风孔以提高激振器的热性能。磁钢支持体外圆上铣有14个等分平面，供放磁钢。轭铁、磁钢与磁钢支持体间的连接采用双窄环粘接结构，由于N27H永磁体工作温度在120℃以下，因此采用固化温度较低的高强度结构粘接剂（如KD-504A），从粘接剪切强度试验表明，采用双窄环粘结结构具有足够的强度，能满足激振器迥转速度1500转/分以下工作的需要。

本发明与现有技术比较有如下优点：

1.激振力矩常数大。在外径相同的情况下，激振力矩常数可增大100%以上，气隙增大50%，磁通密度可提高50%以上，由于气隙增大，可采用双层绕组，线圈圈数可增加40%，而激振力矩常数与磁通密度和线圈圈数成正比。

2.振荡线圈的机械性能和热性能显著提高。由于气隙增大允许采用较大线径的导线，截面积可增大75%左右，在相同电流强度的条件下，具有较好的热性能，气隙的增大使振荡线圈圆柱部分的壁厚可增加80%，增强线圈的机械性能。

Claims (1)

1、一种电动式扭转激振器，它包括由主轴[3]，振荡线圈[7]，摆杆[11]构成的振子部件；由外壳[6]，磁钢支持体[14]，磁钢[8]，轭铁，端盖[4]、[10]，U形槽板[15]，连接头[13]构成的壳体部件；壳体部件中的端盖[4]、磁钢支持体[14]的内孔，分别通过弹簧[16]与振子部件中的摆杆[11]两端连接，振荡线圈[7]的圆柱形部分置于气隙中，内有与磁钢或轭铁个数相等的绕组在其圆周方向分布；本发明的特征是：在磁钢支持体[14]上，固有相间均布的相邻永磁体磁化方向相反的磁钢[8]、面对气隙的轭铁[1]，磁钢的磁化方向为切向，绕组[17][17′]为双层扁平绕组。

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