多功能雙軸激振器良好調(diào)節(jié)性能的綜合調(diào)整方法

李貴頌

（云南錫業(yè)股份公司，云南 個舊 661000）

激振器是振動設(shè)備的動力驅(qū)動裝置，用以產(chǎn)生振動能來完成振動輸送、振動分選、振動夯實(shí)以及振動時效等工藝過程。振動設(shè)備的振動參數(shù)主要取決于所配置的激振器，因此，激振器的性能對振動設(shè)備至關(guān)重要[1]。目前，振動設(shè)備大都采用的是單軸式和普通雙軸式機(jī)械式激振器，皆因其調(diào)節(jié)性能差或有的根本不能調(diào)節(jié)制約著振動設(shè)備的發(fā)展。

1 普通雙軸激振器

普通雙軸激振器由兩根轉(zhuǎn)動軸、四個偏心塊和兩個齒輪及箱體等組成，如圖1所示。

圖1 普通雙軸激振器結(jié)構(gòu)

每根轉(zhuǎn)動軸的中部各裝有一個齒數(shù)相等的齒輪，以保證兩軸等速、反向旋轉(zhuǎn)，齒輪兩側(cè)各裝一對偏心塊。

圖2 普通雙軸激振器力學(xué)模型

每根偏心重產(chǎn)生的離心力合成：

式中，m為偏心塊質(zhì)量；r為偏心塊回轉(zhuǎn)半徑；ω為轉(zhuǎn)動角速度。

當(dāng)偏心塊轉(zhuǎn)過ωt角度時，每根軸上偏心重在X、Y軸的分量分別為：

式中，t為時間；其余符號同前。

由圖2可見，兩軸X方向的分量Px數(shù)值相等，方向相反，因而總是相互抵消；而Y方向的分量大小相等，方向相同，相互疊加，成為激振器的激振力：

激振力大小隨時間t作余弦變化，作用力方向與Y軸平行，即在Y方向作往復(fù)直線運(yùn)動。

2 可調(diào)式雙軸激振器

2.1 結(jié)構(gòu)

可調(diào)式雙軸激振器主要由兩根轉(zhuǎn)動軸、八個偏心塊和兩個齒輪及箱體等組成，如圖3所示。

八個偏心塊形狀相同，成雙地布置在箱體外軸的兩端，偏心塊圴有開口，通過擰緊螺釘與軸固定，如圖4所示。箱內(nèi)裝有兩個齒數(shù)為1：1的齒輪，其作用除了傳遞動力外，還保證兩軸旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)速相等。

2.2 工作原理

電動機(jī)通過帶（或聯(lián)軸器）傳動將動力傳遞到激振器，帶動偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動能，使振動設(shè)備獲得動力。

2.2.1 直線運(yùn)動

直線運(yùn)動要求激振力方向與X軸成ψ角度時，偏心塊初始相位的調(diào)整，如圖5所示，并注意同軸偏心塊應(yīng)鏡像對稱。

圖3 可調(diào)式雙軸激振器結(jié)構(gòu)

圖4 偏心塊結(jié)構(gòu)與裝配

圖5 直線運(yùn)動力學(xué)模型

每根軸偏心重產(chǎn)生的離心力合成為：

式中，β為兩偏心塊張角；其余符號同前。

當(dāng)偏心塊轉(zhuǎn)過ωt角度時，每根軸偏心重在e、s方向的分量分別為：

合力為：

合力偶為：

在X、Y軸的分量為：

則有X、Y軸的振動位移：

式中，Bs為S軸方向的位移；其余符號同前。

式（14）可以轉(zhuǎn)化為：

這是一個直線方程，tgψ是直線的斜率。其說明無論ωt如何變化，在e方向的力其大小永遠(yuǎn)相等、方向相反，從而相互抵消；而S方向的力相互疊加，成為激振器的激振力，作用力方向與X軸成ψ角度，也即在S方向產(chǎn)生往復(fù)直線運(yùn)動。

2.2.2 橢圓運(yùn)動

偏心塊初始相位調(diào)整如圖6所示，并注意同軸偏心塊應(yīng)鏡像對稱。

圖6 橢圓運(yùn)動力學(xué)模型

軸O1偏心重產(chǎn)生的離心力合成為：

軸O2偏心重產(chǎn)生的離心力合成為：

式中，α為軸O2偏心塊張角；0≤α＜180°；β為軸O1偏心塊張角；0≤α＜180°；其余符號同前。

令α＜β，當(dāng)偏心塊轉(zhuǎn)過ωt角度，O1軸在e、s方向的分量為：

O2軸在e、s方向的分量為：

e方向力的合成：

s方向力的合成：

合力為：

合力矩為：

X、Y軸的分量為：

式中，θ為合力與S軸的夾角，

在X、Y軸的振幅分別為：

式中，B為合力方向的振幅。

在X、Y軸的振動位移方程為：

式（31）可以轉(zhuǎn)化為：

顯然，這是一個橢圓方程式，說明振動的軌跡為一橢圓。

2.2.3 圓振動

若在圖6中令α=180°，則偏心塊初始位置為圖7所示。

圖7 圓運(yùn)動力學(xué)模型

軸O2偏心重產(chǎn)生的離心力合成為：

軸O1偏心重產(chǎn)生的離心力，即為激振器的振動力為：

振動位移方程為：

式（36）可以整理為：

顯然，這是一個圓的方程式，說明振動的軌跡為圓形。

3 關(guān)于力偶M

由上述分析得知，可調(diào)式激振器在直線振動中存在一個力偶，橢圓振動中存在一個力矩。這是由于調(diào)整偏心塊初始位置與X軸偏離一個ψ角所致，因此，激振器除產(chǎn)生大小隨時間作余弦變化的激振力外，還有一個大小隨時間作正弦變化的力偶或力矩。但因兩軸間距L與振動設(shè)備的外形尺寸相比小得多，故對振動設(shè)備的運(yùn)動狀態(tài)及工藝效果影響不大[2]。

4 結(jié)語

4.1 振動軌跡可調(diào)

直線軌跡：調(diào)整偏心塊張角，使兩軸偏心塊張角相等，即兩軸上偏心重產(chǎn)生的離心力的合力相等。橢圓振動：調(diào)整偏心塊張角，使兩軸偏心塊張角不等，即兩軸上偏心重產(chǎn)生的離心力的大小不一。圓軌跡：調(diào)整偏心塊張角，使其中一軸上偏心重產(chǎn)生的離心力的合力為零。

4.2 激振力方向可調(diào)

同軸偏心塊張角調(diào)定后，只要將兩軸偏心塊張角對稱線（面）相對于某一基準(zhǔn)成一定角度，則激振力作用方向就與該基準(zhǔn)形成固定角度，稱為激振角。

4.3 激振力大小可調(diào)

激振力大小可通過調(diào)整偏心塊張角，即調(diào)整兩偏心塊的重合度來改變力的大小，同時也可使用調(diào)速電機(jī)改變轉(zhuǎn)動角速度來達(dá)到激振力大小可調(diào)的目的。

4.4 一機(jī)多能

振動模式多樣化，且調(diào)整方便快捷，不必更換激振器即可實(shí)現(xiàn)多種功能，可使各種工藝要求找到合理、最佳的工況點(diǎn)。

4.5 設(shè)計注意事項(xiàng)

4.5.1 應(yīng)考慮定位基準(zhǔn)標(biāo)識

激振力作用方向是由偏心塊的初始位置來確定的，所以必須設(shè)計有相對定位的標(biāo)記，否則調(diào)整時將失去基準(zhǔn)。

4.5.2 兩軸軸距不宜太大

以上述及，直線振動和橢圓振動中伴有一個“多余”力偶，此力矩不可避免，但越小越好。因該力矩大小與兩軸軸距成正比，所以設(shè)計時盡量縮短該尺寸以達(dá)到減小力偶的目的。