为了对一些关键技术问题进行探索, 配合今后国家大型试验设备的建造, 按一定比例建造了仿真试验模型, 主要由离心机、振动台和环境温度箱三个部分组成, 其离心机臂的有效长度为1. 0 m, 振动台的频率范围为10～500 Hz. 因为在离心机臂上装有振动台, 在振动台整个工作范围内, 可能与机臂发生共振, 因此有必要全面了解离心机的振动特性. 但由于技术的原因, 离心机在回转状态下难以进行模态试验, 本文只对离心机静止固有频率和振型进行了测试, 而通过有限元方法弥补模态试验的不足, 得到离心机的固有特性随转速变化的特性, 为隔振系统的设计提供重要的依据.

振型分析

通过有限元计算可知, 离心机在转速范围内对振型几乎没有影响, 因此离心机静止状态下的有限元计算振型和模态试验振型可以代替旋转状态下的振型. 本文只列出了系统的前八阶振型.

( 1) 第一、二阶振型为离心机整体的摆动。 这两阶振型频率较低, 反映了离心机轴承、轴承座及支承台板刚度较差. 在振动台进行扫频实验中, 当振动台频率和此固有频率相同时会引起离心机的共振, 且振幅较大, 对离心机静压轴承的损坏较严重. 特别是第一阶固有频率与振动台运动部件第一阶固有频率非常接近 , 无疑增加了对离心机激励强度, 使离心机的振动进一步加大, 对离心机可能造成更为严重的损坏. 同样离心机的整体振型将连同振动台运动部件作整体的摆动, 对振动台振动加速度的输出产生很大的影响.

2) 第三、四阶振型是离心机臂作为悬臂梁的摆动,这两阶振型主要反映了离心机臂与离心机主轴之间的连接刚度较弱. 其中, 第三阶振型摆动的方向为竖直方向, 这阶振型除了对振动台的激励比较敏感以外, 对离心机推力轴承的安装精度要求很高, 一旦与水平面不垂直, 在机臂回转一周时, 机臂上下摆动一次, 这不但会引起机臂竖直方向的振动, 而且也使振动台附加了竖直方向的振动. 第四阶振型摆动的方向与离心机转动的方向一致, 当离心机转速不稳定时很容易激起这阶振型的振动.

( 3) 第五阶振型与动平衡装置的振动有关. 动平衡装置既能整体地前后移动, 以调节前后力矩平衡, 又能通过电机拖动质量块沿动平衡装置的滑轨上下移动, 以调节离心机臂上下质量和力矩的平衡, 但由于动平衡装置及支承台板的刚度较差, 给离心机带来了附加的振动. 因此, 为了提高动平衡装置固有频率, 应采用刚度较好的平衡仓式装置, 且支承台板应采用加强筋, 提高其抗弯刚度.

( 4) 第六阶振型为机臂前端温度箱扭转振型. 振动台台面位于温度箱内部, 通过支承弹簧与温度箱连接, 由于支承弹簧横向刚度较大,当机臂作扭振时, 会引起台面整体扭振, 给试件附加了扭转角加速度. 要想提高机臂扭振频率, 要对离心机臂的结构进行改造, 最好的方法是钢板卷制焊接形成筒状构成机臂或通过铸造形成筒状中空的机臂, 使有效质量远离扭转轴, 达到提高抗扭刚度的效果.