多功能雙軸激振器良好調節性能的綜合調整方法

李貴頌

（云南錫業股份公司，云南 個舊 661000）

激振器是振動設備的動力驅動裝置，用以產生振動能來完成振動輸送、振動分選、振動夯實以及振動時效等工藝過程。振動設備的振動參數主要取決于所配置的激振器，因此，激振器的性能對振動設備至關重要[1]。目前，振動設備大都采用的是單軸式和普通雙軸式機械式激振器，皆因其調節性能差或有的根本不能調節制約著振動設備的發展。

1 普通雙軸激振器

普通雙軸激振器由兩根轉動軸、四個偏心塊和兩個齒輪及箱體等組成，如圖1所示。

圖1 普通雙軸激振器結構

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

圖2 普通雙軸激振器力學模型

每根偏心重產生的離心力合成：

式中，m為偏心塊質量；r為偏心塊回轉半徑；ω為轉動角速度。

當偏心塊轉過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方向作往復直線運動。

2 可調式雙軸激振器

2.1 結構

可調式雙軸激振器主要由兩根轉動軸、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。箱內裝有兩個齒數為1：1的齒輪，其作用除了傳遞動力外，還保證兩軸旋轉方向相反、轉速相等。

2.2 工作原理

電動機通過帶（或聯軸器）傳動將動力傳遞到激振器，帶動偏心塊旋轉產生動能，使振動設備獲得動力。

2.2.1 直線運動

直線運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整，如圖5所示，并注意同軸偏心塊應鏡像對稱。

圖3 可調式雙軸激振器結構

圖4 偏心塊結構與裝配

圖5 直線運動力學模型

每根軸偏心重產生的離心力合成為：

式中，β為兩偏心塊張角；其余符號同前。

當偏心塊轉過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方向產生往復直線運動。

2.2.2 橢圓運動

偏心塊初始相位調整如圖6所示，并注意同軸偏心塊應鏡像對稱。

圖6 橢圓運動力學模型

軸O1偏心重產生的離心力合成為：

軸O2偏心重產生的離心力合成為：

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，當偏心塊轉過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 圓運動力學模型

軸O2偏心重產生的離心力合成為：

軸O1偏心重產生的離心力，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 關于力偶M

由上述分析得知，可調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與振動設備的外形尺寸相比小得多，故對振動設備的運動狀態及工藝效果影響不大[2]。

4 結語

4.1 振動軌跡可調

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

4.2 激振力方向可調

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

4.3 激振力大小可調

激振力大小可通過調整偏心塊張角，即調整兩偏心塊的重合度來改變力的大小，同時也可使用調速電機改變轉動角速度來達到激振力大小可調的目的。

4.4 一機多能

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

4.5 設計注意事項

4.5.1 應考慮定位基準標識

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

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，所以設計時盡量縮短該尺寸以達到減小力偶的目的。