理论力学小论文
微型振动马达的力学原理
在实验室做荷载实验时,振动荷载是用一个产生激振力的模型来代替的。而这个产生激振力的模型内部配置着一个微型振动马达,正是这个微型振动马达产生了实验所需的激振力。
微型振动马达在其转轴上面有一个偏心轮,当马达转动的时候,偏心轮的圆心质点不在电机的转心上,使得马达处于不断的失去平衡状态,引起震动。当马达转速较小时,重心偏移造成的不平衡量还在允许范围内,马达仍能在原位置平稳转动。但转速较大时,因偏心轮而产生的离心力超出约束力范围,整个马达就震动起来了。
现将带有偏心轮的马达简化成一个转轴上由不可伸长的细绳连着一个质点的马达模型:质点质量为m,马达总重M,质点距离转轴l,转轴角速度ω,细绳质量不计,运动过程中,细绳与竖直方向夹角α。
质点受力分析:受竖直方向重力mg,受沿着细绳方向的拉力T。沿着细绳方向:T+mgcosα=mω²l ①;沿着切线方向:mgsinα=ma.
马达受力分析:受竖直向上的地面支持力FN,竖直向下的重力Mg,沿着细绳方向的拉力T’。水平方向:∑Fx=0→T’sinα=Fx②;竖直方向:∑Fy=0→T’cosα+FN=Mg③. 其中T=T’.
将①式带入②③式,得到FN=Mg+mgcos²α-mω²lcosα;
Fx=mω²lsinα-mgsinαcosα;
当α一定时,ω足够大时,FN≤0,地面若无束缚力,显然马达将要向上运动。而水平摩擦力若足够大,使得Fx
而振动马达产生的激振力大小也是可调的。微型马达产生的激振力的本质可认为是由振动源固有的偏心质量块绕定轴转动产生的方向呈周期性交变的离心力,其大小与偏心块的质量m,偏心距r以及马达工作转速即转动角速度ω有下面关系:F=mrω² 式中,ω=2πN/60 ,N为电机转速,据此我们可以根据具体情况通过对偏心块质量m,偏心距r及马达工作转速即转动角速度ω的适当调整,以达到调整激振器激振力的目的。
实际上微型振动马达是最简单的振动电机,其偏心块质量m和偏心距r一般不能调节。但通用型的激振器--振动电机一般有四块偏心块,对称配置。靠近轴承一面的一对偏心块为固定偏心块,用键与转子轴伸固定,外面一对偏心块为可调偏心块,在其扇形面上沿轴孔切线方向切开一槽,拧紧两个螺钉使偏心块的开口槽产生变形,便把可调偏心块夹紧在轴上。电机的激振力大小决定于可调偏心块与固定偏心块的合成偏心矩。当两偏心块完全重叠时偏心矩最大,此时电机产生最大激振力。当可调偏心块与固定偏心块错开成一定夹角时合成偏心矩变小, 电机激振力相应减少。当两者成180°配置时,合成偏心矩接近于零,这时电机的激振力也趋近于零。所以振动电机上偏心块的这种固定方式可以实现激振力从零到额定最大激振力之间的无级调整。
当然,微型振动马达产生激振力的原理只是众多激振器里的一种,除了这种惯性式激振器,还有电动式激振器、电磁式激振器、电液式激振器等,这些激振器都是通过一定的方式来获得激振力的。
【参考文献】
[1]百度百科,https:bike.haosu.com
[2]湛富国,谈谈通用型激振器--振动电机的设计,机械工业部第四设计研究院