CN113324716A - 全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器 - Google Patents

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王旭彤
李京鹏
刘伟
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    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/022—Vibration control arrangements, e.g. for generating random vibrations

Abstract

本发明提供全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，第二偏心块安装在第一偏心块上，第三偏心块安装在第四偏心块上，第一偏心块和第四偏心块由外向内依次通过平键安装在激振轴的首端，在激振轴的外侧安装激振器轴承座，在激振器轴承座和激振轴之间设置轴承组，激振轴与轴承组的内圈过盈配合，轴承组的外圈与激振器轴承座孔过盈配合，激振器轴承座与外接法兰一体设置，用于连接管道的夹紧套筒，以实现对海洋立管与海底线管的共振弯曲疲劳试验。该激振器可调整偏心块之间的夹角，改变偏心块的偏心质量，从而调节激振力，使海洋立管和海底线管获得不同的激振力进行共振弯曲疲劳试验。

Description

全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器
技术领域
本发明涉及机械零部件疲劳试验装置与制造技术领域，更具体地说涉及一种全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器。
背景技术
激振器是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验。在海洋立管与海底管线的弯曲疲劳试验中应用广泛。从激振器的工作原理可知，激振力的特殊本质可认为是由振动源固有的偏心质量块绕定轴转动产生的方向呈周期性交变的离心力，其大小与偏心块的质量m，偏心距r以及激振器工作转速w有关。
利用偏心块回转产生所需的激振力的易于实现和调节，其使用范围变得越来越大。在中国发明专利说明书CN105251687A中公开了一种可调节偏心质量的旋转激振器，该激振器在双轴电机的两个输出轴端部安装套筒，套筒内装有活塞，活塞上固定有丝杠，丝杠通过螺纹副与丝杠端母配合，丝杠螺母安装在大齿轮上，并通过小齿轮与大齿轮啮合。通过与水箱相连的套筒作为振动激励器的旋转部分，通过套筒内的活塞的移动，改变套筒中液体的质量，从而对振动偏心质量进行调节。但齿轮传动噪声大，磨损快，制造精度和安装精度要求很高，一旦有磨损就会产生传动失稳现象，并且通过改变液体的质量调节偏心质量难以保证激振力的准确度。此外，在中国发明专利说明书 CN106111512A中公开了一种偏心距径向可调式惯性激振器，采用步进电机和滚珠丝杆径向调节质量块的偏心距，双面齿同步带实现了两激振器的同步反转或者同步同向回转，保证了偏心距的精确调节，并且激振力调节范围大。但该装置结构复杂，制造成本高。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，现有的激振器存在装置结构复杂、制造成本高、传动噪声大，磨损快等问题，提供了一种全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，该激振器可调整偏心块之间的夹角，改变偏心块的偏心质量，从而调节激振力，使海洋立管和海底线管获得不同的激振力进行共振弯曲疲劳试验。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，包括偏心块组、激振轴、轴承组和激振器轴承座，
所述偏心块组包括第一偏心块、第二偏心块、第三偏心块和第四偏心块，所述第二偏心块安装在所述第一偏心块上，所述第三偏心块安装在所述第四偏心块上，所述第一偏心块和所述第四偏心块由外向内依次通过平键安装在所述激振轴的首端，
在所述激振轴的外侧安装所述激振器轴承座，在所述激振器轴承座和所述激振轴之间设置所述轴承组，所述激振轴与所述轴承组的内圈过盈配合，所述轴承组的外圈与激振器轴承座孔过盈配合，所述激振器轴承座与外接法兰一体设置，用于连接管道的夹紧套筒，以实现对海洋立管与海底线管的共振弯曲疲劳试验。
在所述第一偏心块、所述第二偏心块、所述第三偏心块和所述第四偏心块上均开设有固定螺栓孔，相邻的固定螺栓孔的圆心连线之间的夹角为30°，所述第二偏心块通过连接螺栓安装在所述第一偏心块上，所述第三偏心块通过连接螺栓安装在所述第四偏心块上。
在所述轴承组的外侧首尾两端分别安装第一轴承压盖和第二轴承压盖，所述第一轴承压盖和所述第二轴承压盖均与所述激振器轴承座固定相连。
在所述第一轴承压盖和所述第四偏心块之间还设置有激振器轴承挡圈A，在所述第二轴承压盖的外侧设置有激振器轴承挡圈B。
所述轴承组中轴承的数量为2个。
在相邻设置的所述轴承之间设置有轴承间隔环。
在所述激振轴的首尾两端分别安装激振器轴端挡板A和激振器轴端挡板B。
所述第一偏心块通过螺纹孔和万向节转接法兰与可伸缩万向节的一端进行连接，可伸缩万向节的另一端与电机相连。
本发明的有益效果为：该激振器采用单个电机驱动偏心块旋转，结构简单，易操作；该激振器的偏心块上均匀的布置有螺栓孔，可通过这些螺栓孔添加多个偏心块，也可利用这些螺栓孔错位安装偏心块，调节偏心块之间的夹角，改变偏心块的偏心质量，从而获得多种不同的激振力。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的外部结构示意图；
图3是本发明中的第一偏心块；
图4是本发明中的第二偏心块；
图5是本发明中的第四偏心块；
图6(a)-图6(g)均是利用本发明产生不同激振力的原理示意图；
图中：1为第一偏心块，2为第二偏心块，3为激振器轴端挡板A，4为平键，5为第三偏心块，6为第四偏心块，7为激振器轴承挡圈A，8为第一轴承压盖，9为轴承，10 为轴承间隔环，11为第二轴承压盖，12为激振器轴承挡圈B，13为激振轴，14为激振器轴端挡板B，15为激振器轴承座。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，包括偏心块组、激振轴13、轴承组和激振器轴承座15，
偏心块组包括第一偏心块1、第二偏心块2、第三偏心块5和第四偏心块6，第二偏心块2安装在第一偏心块1上，第三偏心块5安装在第四偏心块6上，第一偏心块1和第四偏心块6由外向内依次通过平键4安装在激振轴13的首端，
在激振轴13的外侧安装激振器轴承座15，在激振器轴承座15和激振轴13之间设置轴承组，激振轴13与轴承组的内圈过盈配合，轴承组的外圈与激振器轴承座孔过盈配合，激振器轴承座15与外接法兰设计为一体，用于连接管道的夹紧套筒，以实现对海洋立管与海底线管的共振弯曲疲劳试验。
实施例二
在实施例一的基础上，在第一偏心块1、第二偏心块2、第三偏心块5和第四偏心块6上均开设有固定螺栓孔，相邻的固定螺栓孔的圆心连线之间的夹角为30°，第二偏心块2通过连接螺栓安装在第一偏心块1上，第三偏心块5通过连接螺栓安装在第四偏心块6上。
4个偏心块上均匀布置的固定螺栓孔的圆心连线之间的夹角为30°，设该激振器单个偏心块的质量m，偏心距r，激振器工作转速为w，则单个所产生的激振力为F＝mrw2，通过调整4个偏心块之间的夹角，将每个偏心块所产生的激振力进行矢量运算，最终得到通过4个偏心块所获得的激振力。
当第一偏心块1与第四偏心块6相差180°，而第三偏心块5与第四偏心块6夹角为0°，调整第二偏心块2与第一偏心块1之间的夹角，可得6种激振力，如图6(a)所示。
当第一偏心块1与第四偏心块6重合，而第三偏心块5与第四偏心块6夹角为30°，调整第二偏心块2与第一偏心块1之间的夹角，可得9种激振力，如图6(b)所示。
当第一偏心块1与第四偏心块6重合，而第三偏心块5与第四偏心块6夹角为60°，调整第二偏心块2与第一偏心块1之间的夹角，可得7种激振力，如图6(c)所示。
当第一偏心块1与第四偏心块6重合，而第三偏心块5与第四偏心块6夹角为90°，调整第二偏心块2与第一偏心块1之间的夹角，可得5种激振力，如图6(d)所示。
当第一偏心块1与第四偏心块6重合，而第三偏心块5与第四偏心块6夹角为120°，调整第二偏心块2与第一偏心块1之间的夹角，可得3种激振力，如图6(e)所示。
当第一偏心块1、第二偏心块2、第三偏心块5与第四偏心块6完全重合时，如图6(f)所示，所获得的激振力最大。
当第一偏心块1与第四偏心块6相差180°，而调整第二偏心块2与第一偏心块1完全重合，第三偏心块5与第四偏心块6完全重合时，如图6(g)所示，所获得的激振力为零。
实施例三
在实施例二的基础上，在轴承组的外侧首尾两端分别安装第一轴承压盖8和第二轴承压盖11，第一轴承压盖8和第二轴承压盖11均与激振器轴承座15固定相连。
在第一轴承压盖8和第四偏心块6之间还设置有激振器轴承挡圈A7，在第二轴承压盖1的外侧设置有激振器轴承挡圈B12。
轴承组中轴承9的数量为2个。
在相邻设置的轴承9之间设置有轴承间隔环10。
实施例四
在实施例三的基础上，在激振轴13的首尾两端分别安装激振器轴端挡板A3和激振器轴端挡板B14。
使用时，首先，将第二偏心块2安装在第一偏心块1上，第三偏心块5安装在第四偏心块6上，然后，将第一偏心块1和第四偏心块6由外向内依次通过平键4安装在激振轴13的首端，第一偏心块1通过螺纹孔与万向节转接法兰相连，通过万向节转接法兰连接可伸缩万向节一端，可伸缩万向节另一端与电机相连，从而带动激振器中的偏心块和激振轴旋转。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：包括偏心块组、激振轴、轴承组和激振器轴承座，
所述偏心块组包括第一偏心块、第二偏心块、第三偏心块和第四偏心块，所述第二偏心块安装在所述第一偏心块上，所述第三偏心块安装在所述第四偏心块上，所述第一偏心块和所述第四偏心块由外向内依次通过平键安装在所述激振轴的首端，
在所述激振轴的外侧安装所述激振器轴承座，在所述激振器轴承座和所述激振轴之间设置所述轴承组，所述激振轴与所述轴承组的内圈过盈配合，所述轴承组的外圈与激振器轴承座孔过盈配合，所述激振器轴承座与外接法兰一体设置。
2.根据权利要求1所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：在所述第一偏心块、所述第二偏心块、所述第三偏心块和所述第四偏心块上均开设有固定螺栓孔，相邻的固定螺栓孔的圆心连线之间的夹角为30°，所述第二偏心块通过连接螺栓安装在所述第一偏心块上，所述第三偏心块通过连接螺栓安装在所述第四偏心块上。
3.根据权利要求1所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：在所述轴承组的外侧首尾两端分别安装第一轴承压盖和第二轴承压盖，所述第一轴承压盖和所述第二轴承压盖均与所述激振器轴承座固定相连。
4.根据权利要求3所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：在所述第一轴承压盖和所述第四偏心块之间还设置有激振器轴承挡圈A，在所述第二轴承压盖的外侧设置有激振器轴承挡圈B。
5.根据权利要求4所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：所述轴承组中轴承的数量为2个。
6.根据权利要求5所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：在相邻设置的所述轴承之间设置有轴承间隔环。
7.根据权利要求1所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：在所述激振轴的首尾两端分别安装激振器轴端挡板A和激振器轴端挡板B。
8.根据权利要求1所述的全尺寸管道共振疲劳试验机的惯性式激振器，其特征在于：所述第一偏心块通过螺纹孔和万向节转接法兰与可伸缩万向节的一端进行连接，可伸缩万向节的另一端与电机相连。
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