振動時效激振器雙偏心塊結構的計算分析

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，促使構件內部殘余內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，使材料發生微量的塑性變形，從而使構件內部的內應力得以松弛和減輕，從而有效的消除構件的殘余應力，體改構件的抗變形能力，其優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，尋求更有激振器結構十分必要。

偏心塊通過振動電機旋轉帶動，產生的空間回轉力即為慣性激振力。目前市面上的激振器設備多為偏心質量塊（圖1），因此其偏心距已確定唯一，由F=meω2sinωt可得單一偏心質量塊在一定工作頻率只能產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的激振器設備，可以有效的解決該問題。采用優化后的激振器，其單一激振器可產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，降低設備生產成本。

圖1 偏心質量塊模型

圖2 雙偏心塊結構模型

圖3 雙偏心塊結構的極限位置

1 結構分析

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

該設計通過對兩質量塊的相對位置變化，將改變偏心距轉化為改變質量塊之間的相對夾角θ。當兩質量塊由重合至互為180°過程中，該質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.該偏心塊通過調節兩質量塊的相對角度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運動時，由質量m1=m2.偏心距e1=e2，則兩組件的激振力F1=F2==m2e2ω22，其中ω=2πn/60.根據平行四邊形法則，兩偏心塊產生的激振力

當激振器m、e一定，調整夾角θ的大小，可以輸出不同大小的激振力。當θ=0°時，F合=2F，此時激振力最大；當θ=180°時，F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，令質量塊1=質量塊2=10kg，偏心距均為100mm，取額定轉速980r/min，即可得到最大值為21.2KN的激振力,如圖4所示。對偏心質量塊進行刻度標注，即可方便的調節所需激振力。

圖4 兩偏心塊之間的夾角與激振力之間的關系曲線。

結語

提出了一種激振器用的雙偏心塊結構。研究表明，該雙偏心塊結構的激振器可以提高激振器的利用率，并降低生產成本。通過手動調節雙偏心塊之間的夾角，實現激振力在一定范圍內調節，滿足不同工件振動時效的激振力要求。

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