各種零部件在工作過程中受到多種振動環境的影響,從而影響零部件的可靠性和使用壽命。為了更好地保證零部件的質量,在零部件研發過程中需要用振動設備來模擬現實的振動環境,進行環境試驗。作為目前市場上運用最廣泛的振動設備,電動振動臺的工作頻率范圍寬,約為0.002~20kHz,還具有動態范圍寬,易于實現自動和手動控制,產生很大的加速度等優點。
然而,電動振動臺內部是一個非線性系統,這些非線性因素會導致振動臺加速度輸出波形出現諧波失真的現象。因此,從電動振動臺的工作原理出發,研究其內部的電磁非線性來源具有重要的實際意義。
電動振動臺工作機理分析方法有三種:有限元法、試驗法以及解析法。目前,國內外學者的主要研究方法是有限元法和試驗法。
對于電磁場的解析方法,主要有三種:等效磁路法、磁勢乘磁導法以及利用泊松方程或者拉普拉斯方程求解的精確子域法。
等效磁路法和磁勢乘磁導法,需要對磁路進行等效處理,例如磁感線長度、磁阻等,這些等效雖然會給解析過程帶來很多簡化和方便,但是也造成解析結果不夠準確。精確子域法對于磁場解析問題求解精度高。
為了對電動振動臺電磁工作機理進行研究,本文首先采用解析法,建立了電動振動臺精確子域解析模型,利用基于傅里葉理論的通用公式法求解每個區域的拉普拉斯方程或者泊松方程,并利用有限元仿真結果對解析結果進行驗證。最后,通過考慮驅動線圈的位置變化,計算出隨驅動線圈位移改變而變化的非線性電磁力,且通過勵磁磁場和負載磁場間的相互作用規律對非線性電磁力產生機理進行分析。
圖1 電動振動臺結構
本文首先建立了電動振動臺解析模型,采用基于傅里葉理論的通用公式法對方程進行求解,進而將解析計算結果和有限元仿真結果進行對比,驗證了解析的準確性;并利用解析結果引入了驅動線圈位置變化,進一步計算得出隨位置變化的非線性電磁力分布規律,并對非線性電磁力的來源及產生機理進行了分析。
通過上述研究,可以得出以下結論: