多功能双轴激振器良好调节性能的综合调整方法

李贵颂

（云南锡业股份公司，云南 个旧 661000）

激振器是振动设备的动力驱动装置，用以产生振动能来完成振动输送、振动分选、振动夯实以及振动时效等工艺过程。振动设备的振动参数主要取决于所配置的激振器，因此，激振器的性能对振动设备至关重要[1]。目前，振动设备大都采用的是单轴式和普通双轴式机械式激振器，皆因其调节性能差或有的根本不能调节制约着振动设备的发展。

1 普通双轴激振器

普通双轴激振器由两根转动轴、四个偏心块和两个齿轮及箱体等组成，如图1所示。

图1 普通双轴激振器结构

每根转动轴的中部各装有一个齿数相等的齿轮，以保证两轴等速、反向旋转，齿轮两侧各装一对偏心块。

图2 普通双轴激振器力学模型

每根偏心重产生的离心力合成：

式中，m为偏心块质量；r为偏心块回转半径；ω为转动角速度。

当偏心块转过ωt角度时，每根轴上偏心重在X、Y轴的分量分别为：

式中，t为时间；其余符号同前。

由图2可见，两轴X方向的分量Px数值相等，方向相反，因而总是相互抵消；而Y方向的分量大小相等，方向相同，相互叠加，成为激振器的激振力：

激振力大小随时间t作余弦变化，作用力方向与Y轴平行，即在Y方向作往复直线运动。

2 可调式双轴激振器

2.1 结构

可调式双轴激振器主要由两根转动轴、八个偏心块和两个齿轮及箱体等组成，如图3所示。

八个偏心块形状相同，成双地布置在箱体外轴的两端，偏心块圴有开口，通过拧紧螺钉与轴固定，如图4所示。箱内装有两个齿数为1：1的齿轮，其作用除了传递动力外，还保证两轴旋转方向相反、转速相等。

2.2 工作原理

电动机通过带（或联轴器）传动将动力传递到激振器，带动偏心块旋转产生动能，使振动设备获得动力。

2.2.1 直线运动

直线运动要求激振力方向与X轴成ψ角度时，偏心块初始相位的调整，如图5所示，并注意同轴偏心块应镜像对称。

图3 可调式双轴激振器结构

图4 偏心块结构与装配

图5 直线运动力学模型

每根轴偏心重产生的离心力合成为：

式中，β为两偏心块张角；其余符号同前。

当偏心块转过ωt角度时，每根轴偏心重在e、s方向的分量分别为：

合力为：

合力偶为：

在X、Y轴的分量为：

则有X、Y轴的振动位移：

式中，Bs为S轴方向的位移；其余符号同前。

式（14）可以转化为：

这是一个直线方程，tgψ是直线的斜率。其说明无论ωt如何变化，在e方向的力其大小永远相等、方向相反，从而相互抵消；而S方向的力相互叠加，成为激振器的激振力，作用力方向与X轴成ψ角度，也即在S方向产生往复直线运动。

2.2.2 椭圆运动

偏心块初始相位调整如图6所示，并注意同轴偏心块应镜像对称。

图6 椭圆运动力学模型

轴O1偏心重产生的离心力合成为：

轴O2偏心重产生的离心力合成为：

式中，α为轴O2偏心块张角；0≤α＜180°；β为轴O1偏心块张角；0≤α＜180°；其余符号同前。

令α＜β，当偏心块转过ωt角度，O1轴在e、s方向的分量为：

O2轴在e、s方向的分量为：

e方向力的合成：

s方向力的合成：

合力为：

合力矩为：

X、Y轴的分量为：

式中，θ为合力与S轴的夹角，

在X、Y轴的振幅分别为：

式中，B为合力方向的振幅。

在X、Y轴的振动位移方程为：

式（31）可以转化为：

显然，这是一个椭圆方程式，说明振动的轨迹为一椭圆。

2.2.3 圆振动

若在图6中令α=180°，则偏心块初始位置为图7所示。

图7 圆运动力学模型

轴O2偏心重产生的离心力合成为：

轴O1偏心重产生的离心力，即为激振器的振动力为：

振动位移方程为：

式（36）可以整理为：

显然，这是一个圆的方程式，说明振动的轨迹为圆形。

3 关于力偶M

由上述分析得知，可调式激振器在直线振动中存在一个力偶，椭圆振动中存在一个力矩。这是由于调整偏心块初始位置与X轴偏离一个ψ角所致，因此，激振器除产生大小随时间作余弦变化的激振力外，还有一个大小随时间作正弦变化的力偶或力矩。但因两轴间距L与振动设备的外形尺寸相比小得多，故对振动设备的运动状态及工艺效果影响不大[2]。

4 结语

4.1 振动轨迹可调

直线轨迹：调整偏心块张角，使两轴偏心块张角相等，即两轴上偏心重产生的离心力的合力相等。椭圆振动：调整偏心块张角，使两轴偏心块张角不等，即两轴上偏心重产生的离心力的大小不一。圆轨迹：调整偏心块张角，使其中一轴上偏心重产生的离心力的合力为零。

4.2 激振力方向可调

同轴偏心块张角调定后，只要将两轴偏心块张角对称线（面）相对于某一基准成一定角度，则激振力作用方向就与该基准形成固定角度，称为激振角。

4.3 激振力大小可调

激振力大小可通过调整偏心块张角，即调整两偏心块的重合度来改变力的大小，同时也可使用调速电机改变转动角速度来达到激振力大小可调的目的。

4.4 一机多能

振动模式多样化，且调整方便快捷，不必更换激振器即可实现多种功能，可使各种工艺要求找到合理、最佳的工况点。

4.5 设计注意事项

4.5.1 应考虑定位基准标识

激振力作用方向是由偏心块的初始位置来确定的，所以必须设计有相对定位的标记，否则调整时将失去基准。

4.5.2 两轴轴距不宜太大

以上述及，直线振动和椭圆振动中伴有一个“多余”力偶，此力矩不可避免，但越小越好。因该力矩大小与两轴轴距成正比，所以设计时尽量缩短该尺寸以达到减小力偶的目的。