張 超 張海軍 梁一方 楊小榮 鄒 良

（嘉興學院 機電工程學院，浙江 嘉興 314001）

振動時效工藝是通過共振，促使構(gòu)件內(nèi)部殘余內(nèi)應力與附加的振動應力的矢量和達到或者超過材料屈服強度，使材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使構(gòu)件內(nèi)部的內(nèi)應力得以松弛和減輕，從而有效的消除構(gòu)件的殘余應力，體改構(gòu)件的抗變形能力，其優(yōu)良的工藝性能使其應用范圍迅速擴大。但是目前激振器存在激振力大小不易改變的缺陷，尋求更有激振器結(jié)構(gòu)十分必要。

偏心塊通過振動電機旋轉(zhuǎn)帶動，產(chǎn)生的空間回轉(zhuǎn)力即為慣性激振力。目前市面上的激振器設備多為偏心質(zhì)量塊（圖1），因此其偏心距已確定唯一，由F=meω2sinωt可得單一偏心質(zhì)量塊在一定工作頻率只能產(chǎn)生一定大小的激振力，無法滿足對不同工件的加工要求，而振動時效對于不同工件的共振頻率已知，因此設計偏心距可調(diào)的激振器設備，可以有效的解決該問題。采用優(yōu)化后的激振器，其單一激振器可產(chǎn)生較大范圍的激振力，有效的解決目前存在的問題，提高設備利用率，降低設備生產(chǎn)成本。

圖1 偏心質(zhì)量塊模型

圖2 雙偏心塊結(jié)構(gòu)模型

圖3 雙偏心塊結(jié)構(gòu)的極限位置

1 結(jié)構(gòu)分析

優(yōu)化后的激振器設備如圖2所示，該裝置由兩塊偏心質(zhì)量塊組合而成,質(zhì)量塊1內(nèi)部為中空，與質(zhì)量塊2組合，通過連接并可進行相對位移。通過對兩質(zhì)量塊的相對位置，將改變偏心距轉(zhuǎn)化為改變質(zhì)量塊之間的相對夾角θ，為了便于激振器的調(diào)節(jié)，令質(zhì)量塊1、2的質(zhì)量m1=m2.偏心距e1=e2.并在質(zhì)量塊2上標示角度刻度線，使調(diào)節(jié)夾角θ更為簡便與準確。

該設計通過對兩質(zhì)量塊的相對位置變化，將改變偏心距轉(zhuǎn)化為改變質(zhì)量塊之間的相對夾角θ。當兩質(zhì)量塊由重合至互為180°過程中，該質(zhì)量塊的偏心距不斷上移，至A.B塊夾角為180°時，偏心距位于連接軸心，則此時產(chǎn)生兩個大小相等方向相反的激振力，其合力為0.該偏心塊通過調(diào)節(jié)兩質(zhì)量塊的相對角度θ，來達到改變偏心距的目的，從而獲得所需激振力。

2 計算分析

當兩偏心塊同時位于軸上作旋轉(zhuǎn)運動時，由質(zhì)量m1=m2.偏心距e1=e2，則兩組件的激振力F1=F2==m2e2ω22，其中ω=2πn/60.根據(jù)平行四邊形法則，兩偏心塊產(chǎn)生的激振力

當激振器m、e一定，調(diào)整夾角θ的大小，可以輸出不同大小的激振力。當θ=0°時，F(xiàn)合=2F，此時激振力最大；當θ=180°時，F(xiàn)合=0，此時激振力最小，如圖3所示。

欲設計一個激振力范圍在0-20KN的激振器設備，令質(zhì)量塊1=質(zhì)量塊2=10kg，偏心距均為100mm，取額定轉(zhuǎn)速980r/min，即可得到最大值為21.2KN的激振力,如圖4所示。對偏心質(zhì)量塊進行刻度標注，即可方便的調(diào)節(jié)所需激振力。

圖4 兩偏心塊之間的夾角與激振力之間的關(guān)系曲線。

結(jié)語

提出了一種激振器用的雙偏心塊結(jié)構(gòu)。研究表明，該雙偏心塊結(jié)構(gòu)的激振器可以提高激振器的利用率，并降低生產(chǎn)成本。通過手動調(diào)節(jié)雙偏心塊之間的夾角，實現(xiàn)激振力在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，滿足不同工件振動時效的激振力要求。

[1]蘆亞萍,馬振宇.振動時效機理研究[J].機械科學與技術(shù).2001，20（4）：587-589.

[2]邢曉林，張海軍，閆霞.振動時效裝置激振器偏心塊優(yōu)化設計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（17）：120-121.

[3]張杰，楊明亮.一種內(nèi)凸輪齒輪式主軸激振器的原理與結(jié)構(gòu) [J].陜西工學院學報，2002，18（2）:1-3.

[4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2009.