1.本发明属于振动机械技术领域，具体涉及一种具有激振力自调节功能的振动装置及其参数确定方法。
背景技术：2.振动电机驱动的振动机械，一般在超远共振状态下工作。当电动机从启动加速到额定转速的过程中，必然存在旋转频率与固有频率相接近的情况。由于振动电机都是只能提供有限动力的非理想源，所以在亚近共振区，非理想源电动机有可能出现索末菲尔德效应，导致电机的转速升不上去。实际上，该类振动系统工作在远共振区时，所需的电机功率是比较低的，而工作在近共振区时，为了防止电机出现索末菲效应，设备制造厂家只好选择功率更大的电机。由于上述现象的存在，使振动电机往往会出现“大马拉小车的现象”，即电动机额定功率要远高于振动机械正常工作时所需的功率。因此设计了一种具有激振力自调节功能的振动装置及其参数确定方法，避免出现索末菲效应，从而降低该类振动系统对振动电机额定功率的需求。
技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种具有激振力自调节功能的振动装置及其参数确定方法。在不改变原有最大激励力的前提下，主要通过降低近共振区振动装置的质径积以及转动惯量，减小共振时的频率俘获力，避免发生索末菲效应。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种具有激振力自调节功能的振动装置，包括偏心转子，所述偏心转子为中空结构，且在中空部分安装有滑块，滑块底端与偏心转子之间设置有弹簧。
6.所述振动装置的主体部分由偏心转子及前端盖组成，所述偏心转子上加工有凹槽，偏心转子上通过螺栓安装有前端板形成中空结构的偏心转子。
7.所述凹槽的两端加工有滑槽，所述滑块两端包含与滑槽适配的凸起结构。
8.所述前端盖与偏心转子贴合面上开设有定位凹槽，偏心转子与前端盖的贴合面上设置有与定位槽配合的定位凸起，当偏心转子与前端盖贴合时，定位凸起嵌入定位凹槽内，安装时起定位作用。
9.一种具有激振力自调节功能的振动装置的参数确定方法，包括以下步骤：
10.步骤1，建立振动装置运动时的动力学平衡方程，确定弹簧刚度的取值范围：
11.设偏心转子质量为m1，偏心转子的偏心半径r1；滑块质量为m2，滑块的偏心半径r2；振动装置质量m
12
＝m1+m2，振动装置偏心半径r
12
＝(m1r1+m2r2)/m
12
；弹簧刚度k0，弹簧的压缩变形δ；系统总质量为m，系统刚度为k，系统阻尼为c，系统固有频率为振动装置的额定转速为n；
12.当振动装置正常工作时，滑块的激振力为：
13.f2＝m2(r2+δ)ω2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
14.此时滑块为了保持平衡，弹簧所提供的弹簧力为：
15.f3＝k0δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
16.滑块的固有频率为：
[0017][0018]
由滑块的激振力等于弹簧的弹簧力，并结合公式(3)，得到滑块正常工作时的激振力为：
[0019][0020]
式中，ω-振动装置的角速度；
[0021]
根据公式(4)，要求ω0＞ω，而滑块的固有频率必须大于额定转速，即ω0＞ωs；
[0022]
采用弹簧静变形公式即公式(2)来代替滑块的偏移量，确定ω0的取值范围为：
[0023]
ω0＝(1～2)ωsꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]
将公式(5)代入公式(3)中，确定滑块弹簧的刚度取值：
[0025][0026]
步骤2，设计滑块的高度h与宽度b：
[0027]
设定滑块的质径积等于m2r2；
[0028]
实心偏心块的质量m0＝πr2/2，实心偏心块的偏心半径实心偏心块的质径积为实心偏心块的转动惯量为j0＝πr4/4；
[0029]
当偏心转子内腔不存在缝隙情况下，即滑块的高度h与内腔高度l相等时，滑块的质量为m2＝bl，偏心半径为r2＝l/2+e，质径积为m2r2＝bl(l/2+e)，其中，e为偏心转子内腔上极限宽度，δ为偏心转子内腔下极限宽度；
[0030]
根据动量矩定理，采用杆模型来近似计算滑块转动惯量为：
[0031]
j2＝bl3/3+bel2+ble2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0032]
剩余空心偏心转子部分的质积径为：
[0033][0034]
剩余空心偏心转子部分的转动惯量为：
[0035]
j1＝j
0-j2＝πr4/4-bl3/3-bel
2-ble2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0036]
当滑块的高度小于偏心转子内腔时，滑块离旋转轴最远时的离心力最大，此时滑块的偏心半径为r2＝l-h/2+e，滑块的质径积为m2r2＝bh(l-h/2+e)；
[0037]
要求偏心转子内腔含缝隙时滑块的最大离心力与不含空腔时滑块的离心力相等，则有：
[0038]
l(l/2+e)＝h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0039]
得出滑块的高度：
[0040]
h＝min(l,l+2e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0041]
在滑块前面乘以质量系数σ0，解方程(12)，
[0042]
l(l/2+e)＝σ0h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0043]
可得滑块的高度h：
[0044][0045]
当滑块处于最远端时，振动装置的转动惯量为：
[0046]
max(j0)＝j1+max(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+beh(e-h)-bel(e+l)+bhl(l-h)+2behl
[0047]
(14)
[0048]
当滑块离旋转轴最近时，滑块的偏心半径为r2＝h/2+e，滑块的质径积为：
[0049]
min(m2r2)＝bh(h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0050]
转动惯量为：
[0051]
min(j2)＝bh3/12+bh(h/2+e)2＝bh3/3+bhe2+beh2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0052]
当滑块离旋转轴最近时，振动装置的质径积为：
[0053][0054]
转动惯量为：
[0055]
min(j0)＝j1+min(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+b(h-l)e2+be(h
2-l2) (18)
[0056]
滑块离旋转轴最近时，振动装置与常规偏心块的质径比为：
[0057][0058]
滑块离旋转轴最近时，振动装置与常规偏心块的转动惯量比为：
[0059][0060]
本发明的技术效果为：启动振动装置工作，在振动装置转速处于振动系统主共振区时，滑块靠近转动轴，振动装置激励力较小，仅需要较小的功率即可使振动装置摆脱转速俘获；当振动装置在额定频率下工作时，滑块远离转动轴，振动装置可以实现与实心偏心转子相同的工作效果。与实心偏心块相比，该装置由于激振力可调，避免了转速经过系统共振区产生的转速俘获，因此该振动装置可以降低振动电机的额定功率。
附图说明
[0061]
图1(a)为本发明的一种具有激振力自调节功能的振动装置工作时的动力学简图；
[0062]
图中各参数含义：m0—振动装置的质量；—振动装置转过的角度；ω—振动装置运行的角速度；m—振动体的质量；c—振动系统的阻尼；k—振动系统的刚度；
[0063]
图1(b)为本发明的一种具有激振力自调节功能的振动装置的结构简图；
[0064]
图中各参数含义：m1—中空偏心块的质量；m2—滑块的质量；k0—压缩弹簧的刚度；r—偏心转子的半径；e—偏心转子内腔上极限宽度；δ—偏心转子内腔下极限宽度；h—滑
块高度；l—偏心转子内腔高度：
[0065]
图2为本发明的一种具有激振力自调节功能的振动装置装配图，其中图2(a)为正视图，图2(b)为侧视图，图2(c)为俯视图；
[0066]
图3为本发明的一种具有激振力自调节功能的振动装置装配图(前端盖未示出，振动弹簧未压缩)，其中图3(a)为正视图，图3(b)为侧视图，图3(c)为俯视图；
[0067]
图4为本发明的一种具有激振力自调节功能的振动装置装配图(前端盖未示出，振动弹簧压缩)，其中图4(a)为正视图，图4(b)为侧视图，图4(c)为俯视图；
[0068]
图5(a)为滑块距离旋转轴最远时，该振动装置与实心偏心块的转动惯量比；
[0069]
图中各参数含义：σ—质量系数；
[0070]
图5(b)为滑块距离旋转轴最近时，该振动装置与实心偏心块的质径比；
[0071]
图5(c)为滑块距离旋转轴最近时，该振动装置与实心偏心块的转动惯量比；
[0072]
图5(d)为该振动装置中滑块高度与偏心转子半径比；
[0073]
图5(e)为该振动装置中内腔高度与偏心转子半径比；
[0074]
图5(f)为该振动装置中挖去的内腔质量与偏心转子质量比；
[0075]
1-偏心转子，2-前端盖，3-螺栓，4-弹簧，5-滑块。
具体实施方式
[0076]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0077]
如图1至图4所示，一种具有激振力自调节功能的振动装置，包括偏心转子1，所述偏心转子1前端面加工有凹槽，凹槽为方形凹槽，且偏心转子1前端通过螺栓3固定安装有前端盖2形成中空结构的振动装置主体部分，偏心转子1的凹槽内滑动安装有滑块5，具体的，在所述凹槽两端偏心转子1上加工有圆柱形滑槽，所述滑块5两端对应位置加工有圆柱形凸起，滑块5通过其上的圆柱形凸起与凹槽处的圆柱形滑槽配合，滑块5运动时，圆柱形凸起与圆柱形滑槽中间涂有润滑油，实现滑块5在凹槽内的滑动，内滑动安装有滑块5，滑块5底端和偏心转子1上均加工有盲孔作为弹簧座，且在滑块5与偏心转子1之间设置有弹簧4，弹簧4一端位于滑块5底端的弹簧座内，另一端位于偏心转子1的弹簧座内，弹簧4主要用于限制滑块5在凹槽内的位置，所述弹簧4为压缩弹簧。在工作时，弹簧4的弹力与滑块5的离心力作为一对平衡力，控制滑块5在偏心转子1中的位置，以此控制整个偏心转子1的质径积与转动惯量，降低索末菲效应的影响。
[0078]
所述前端盖2与偏心转子1贴合面上开设有定位槽，偏心转子1与前端盖2的贴合上设置有与定位槽配合的定位凸起，当偏心转子1与前端盖2贴合时，定位凸起嵌入定位槽内，安装时起定位作用定位，在振动装置转动时与螺栓3起固定作用。
[0079]
一种具有激振力自调节功能的振动装置的一次使用过程为：
[0080]
将滑块5放入偏心转子1中，二者通过弹簧4连接，滑块5圆柱形凸起与偏心转子1接触的圆柱形滑槽之间涂有润滑油脂；将前端盖2与偏心转子1组装，用螺栓3固定。将安装好的振动装置通过偏心转子上部的通孔通过键连接安装在电机轴上，启动电动机开始工作。
[0081]
电动机刚启动时，振动装置转速较低，滑块5所受的离心力较小，在弹簧4的作用下，滑块5处于较为接近转动轴的位置，此时振动装置整体的激振力较小，因此在近共振区
振动装置所受俘获力较小，受索末菲效应的影响较小。此时电动机以较小的功率便可以摆脱系统的俘获，继续提高振动装置转速。在偏心转子1转速逐渐升高的过程中，偏心转子1所受离心力逐渐增大，逐渐远离转动轴，振动装置的激振力逐渐增大，在正常工作频率下可实现与实心偏心转子近似工作的效果。
[0082]
一种具有激振力自调节功能的振动装置的参数确定方法，包括以下步骤：
[0083]
步骤1，建立振动装置运动时的动力学平衡方程，确定弹簧4刚度的取值范围：
[0084]
设偏心转子1质量为m1，偏心转子的偏心半径r1；滑块5质量为m2，滑块5的偏心半径r2；振动装置质量m
12
＝m1+m2，振动装置偏心半径r
12
＝(m1r1+m2r2)/m
12
；弹簧4刚度k0，弹簧的压缩变形δ；系统总质量为m，系统刚度为k，系统阻尼为c，系统固有角频率为振动装置的额定转速为n，其中系统为图1运动简图中所有部件组成的系统；
[0085]
当振动装置正常工作时，滑块5的激振力为：
[0086]
f2＝m2(r2+δ)ω2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0087]
此时滑块5为了保持平衡，弹簧4所提供的弹簧力为：
[0088]
f3＝k0δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0089]
滑块的固有频率为：
[0090][0091]
由于滑块的激振力和弹簧的弹簧力相等，并结合公式(3)，消去弹簧4的压缩变形δ，可以得到滑块5正常工作时的激振力为：
[0092][0093]
式中，ω—振动装置的角速度；
[0094]
根据滑块正常工作时的激振力公式(4)，要求ω0＞ω，否则滑块的力起负作用；共振下的时候，激振力应小一些，共振上的时候，激振力应大一些；观察上式发现，如果存在ω0＜ω，会导致出现负力，但是负力的情况也只可能发生在共振上阶段，这个与设计出发点就相悖了；因此，滑块的固有频率必须大于额定转速，即ω0＞ωs，得到第一个约束条件；而且，随着ω的增加，分母变小，力是增大的；由于力是转速的增函数，所以在额定转速下的力是最大的；同时采用弹簧静变形方程即公式(2)来代替滑块5的偏移量，为了保证弹簧静变形方程的准确性，必须保证ω/ω0＜0.5，因此，最优值可取ω0＝2ωs；同理，当ω0≈ωs，力是最大的，确定ω0的取值范围为：
[0095]
ω0＝(1～2)ωsꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0096]
将公式(5)代入公式(3)中，得出：
[0097][0098]
为了避免振动装置在额定频率下工作时造成滑块5与弹簧4组成的系统共振，应增加弹簧4的刚度，进而确定滑块弹簧的刚度取值为：
[0099][0100]
步骤2，设计滑块5的高度h与宽度b：
[0101]
首先假设滑块5和偏心转子1内腔之间无缝隙，此时滑块与偏心转子的质径积之和就等于常规实心偏心块的质径积，即m1r1+m2r2＝m0r，其中常规实心偏心块的质量为m0，半径为r，因为偏心转子1内腔结构在旋转运动过程中不可更改，掏空的偏心转子1部分的质径积m1r1是不变的。因此，只要保证在额定转速下，滑块5部分的质径积等于m2r2，就可以设计一款既满足激振力要求又可以变结构的振动装置；
[0102]
当滑块5的质径积不变，那么滑块5的质量和偏心半径之间就是反比例关系，在不考虑振动装置厚度的情况下，只需要减小滑块5的高度h来控制偏心半径r2，进而控制滑块5的质量m2。如果滑块的高度h《内腔高度l，就可以使滑块5在偏心转子1内腔内部滑动，为了控制滑块5的滑动运动，在滑块5和偏心转子1内腔之间加装一根弹簧4，利用弹簧4的作用力与离心力之差来控制滑块5的偏心半径r2；
[0103]
因为滑块5在旋转过程中受离心力作用会远离旋转中心，所以只要保证滑块5质心距离旋转中心最大处的质积径等于m2r2，而在其它较低转速下小于m2r2，可以实现减小转动惯量进而降低电机负载转矩；
[0104]
常规偏心块大部分都是半圆形状，为了方便推导，此推导不考虑材料的厚度及密度，实心偏心块的质量为m0＝πr2/2，实心偏心块的偏心半径为实心偏心块的质径积为实心偏心块的转动惯量为j0＝πr4/4；
[0105]
当内腔不存在缝隙情况下，即滑块5的高度h与内腔高度l相等时，滑块5的质量为m2＝bl，偏心半径为r2＝l/2+e，质径积为m2r2＝bl(l/2+e)，其中，e为偏心转子1内腔上极限宽度，δ为偏心转子1内腔下极限宽度；
[0106]
根据动量矩定理，采用杆模型来近似计算滑块5转动惯量为：
[0107]
j2＝bl3/3+bel2+ble2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0108]
剩余空心偏心转子1部分的质积径为：
[0109][0110]
剩余空心偏心转子1部分的转动惯量为：
[0111]
j1＝j
0-j2＝πr4/4-bl3/3-bel
2-ble2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0112]
当偏心滑块5的高度小于偏心转子1内腔时，滑块5离旋转轴最远时的离心力最大，此时滑块5的偏心半径为r2＝l-h/2+e，滑块5的质径积为m2r2＝bh(l-h/2+e)；
[0113]
要求偏心转子1内腔含缝隙时滑块5的最大离心力与不含空腔时滑块5的离心力相等，则有：
[0114]
l(l/2+e)＝h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0115]
得出滑块的高度为：
[0116]
h＝min(l,l+2e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0117]
根据上述结果，发现在偏心转子1内腔根本不可能存在间隙。因此，需要将滑块5的密度设为大于偏心转子1的密度，或者将滑块5的厚度设为大于偏心转子1的密度；在推导过程中，采取在滑块5前面乘以质量系数σ0的方法；解方程(13)，
[0118]
l(l/2+e)＝σ0h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0119]
可得滑块的高度为：
[0120][0121]
当滑块5处于最远端时，振动装置的转动惯量为：
[0122]
max(j0)＝j1+max(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+beh(e-h)-bel(e+l)+bhl(l-h)+2behl (15)
[0123]
当滑块5离旋转轴最近时，滑块的偏心半径为r2＝h/2+e，滑块的质径积为：
[0124]
min(m2r2)＝bh(h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0125]
转动惯量为：
[0126]
min(j2)＝bh3/12+bh(h/2+e)2＝bh3/3+bhe2+beh2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0127]
当滑块5离旋转轴最近时振动装置的质径积为：
[0128][0129]
转动惯量为：
[0130]
min(j0)＝j1+min(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+b(h-l)e2+be(h
2-l2)(19)
[0131]
当滑块5离旋转轴最近时，振动装置与实心偏心块的质径比为：
[0132][0133]
当滑块5离旋转轴最近时，振动装置与实心偏心块的转动惯量比为：
[0134][0135]
根据振动装置的转动惯量公式(15)与实心偏心块的转动惯量为j0＝πr4/4的比值绘制图5(a)，5(a)为滑块5处于最远端时，振动装置与实心偏心块的转动惯量比值随滑块5宽度b与偏心转子的偏心半径r1比值的变化情况，质量系数σ0不同所得到的曲线。以σ0＝1.5对应的曲线为例，振动装置的转动惯量随着滑块5宽度b的增加先增后减。对比不同质量系数σ0对应的曲线，发现σ0值越小，振动装置的转动惯量受滑块5宽度b变化的影响越小。
[0136]
根据公式(20)和公式(21)分别绘制图5(b)和图5(c)，图5(b)、图5(c)为滑块5处于最近端时，振动装置与实心偏心块的质径积/转动惯量比值随滑块5宽度b与偏心转子的偏心半径r1比值的变化情况，质量系数σ0不同所得到的曲线。以σ0＝1.5对应的曲线为例，振动装置的质径积/转动惯量随着滑块5宽度b的增加先增后减。对比不同质量系数σ0对应的曲线，发现σ0值越小，振动装置的质径积/转动惯量受滑块5宽度b变化的影响越小。
[0137]
通过改变滑块的宽度b而使偏心转子内腔的高度h发生改变，进而影响到滑块的高度h，因此，通过公式(14)结合偏心转子内腔高度公式绘制图5(d)，图5(d)为滑块5距离转动轴最远振动装置质径积与实心偏心块相等时，振动装置中滑块5的高
度h随滑块5宽度b的变化情况，质量系数σ0不同所得到的曲线。以σ0＝1.5对应的曲线为例，滑块5的高度h随滑块5宽度b的增加不断减小。对比不同质量系数σ0对应的曲线，发现σ0值越小，滑块5的高度h受滑块5宽度b变化的影响越大。
[0138]
根据振动装置的偏心转子的内腔高度公式绘制图5(e)，根据振动装置中挖去的内腔质量与偏心转子质量的比值，即绘制图5(f)，图5(e)、图5(f)为振动装置中偏心转子空腔的高度/偏心转子空腔的质量随滑块5宽度b的变化情况，偏心转子空腔的高度随偏心转子宽度增加而降低，偏心转子空腔的质量随滑块5宽度b增加先增后减。
[0139]
结合该振动装置设计的目的，在共振区降低激励力，降低索末菲效应的影响；在额定工作频率下激振力与实心偏心块基本相等。根据图5中各图所示结果，选择滑块5质量系数σ0＝5，滑块5宽度b与偏心转子半径r1基本相等最适宜。滑块5处于最远端时，振动装置与实心偏心块激振力质径积相等，滑块5处于最近端时，振动装置的激振力只有实心偏心块激振力的0.7左右；
[0140]
将σ0＝5代入公式
[0141]
即可求得滑块的高度h。
技术特征：1.一种具有激振力自调节功能的振动装置，其特征在于，包括偏心转子，所述偏心转子为中空结构，且在中空部分滑动安装有滑块，滑块底端与偏心转子之间设置有弹簧。2.根据权利要求1所述的一种具有激振力自调节功能的振动装置，其特征在于：所述偏心转子由本体及前端盖组成，所述本体上加工有凹槽，本体上通过螺栓安装有前端板形成中空结构的偏心转子。3.根据权利要求2所述的一种具有激振力自调节功能的振动装置，其特征在于：所述凹槽的两端加工有滑槽，所述滑块两端加工成与滑槽适配的凸起。4.根据权利要求2所述的一种具有激振力自调节功能的振动装置，其特征在于：所述前端盖与本体贴合面上开设有定位槽，本体与前端盖的贴合面上设置有与定位槽配合的定位凸起，当本体与前端盖贴合时，定位凸起嵌入定位槽内，安装时起定位作用定位。5.根据权利要求1所述的一种具有激振力自调节功能的振动装置的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立振动装置运动时的动力学平衡方程，确定弹簧刚度的取值范围：设偏心转子质量为m1，偏心转子的偏心半径r1；滑块质量为m2，滑块的偏心半径r2；振动装置质量m
12
＝m1+m2，振动装置偏心半径r
12
＝(m1r1+m2r2)/m
12
；弹簧刚度k0，弹簧的压缩变形δ；系统总质量为m，系统刚度为k，系统阻尼为c，系统固有角频率为振动装置的额定转速为n；当振动装置正常工作时，滑块的激振力为：f2＝m2(r2+δ)ω2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)此时滑块为了保持平衡，弹簧所提供的弹簧力为：f3＝k0δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)滑块的固有频率为：由滑块的激振力等于弹簧的弹簧力，并结合公式(3)，得到滑块正常工作时的激振力为：式中，ω-振动装置的角速度；根据公式(4)，要求ω0＞ω，而滑块的固有频率必须大于额定转速，即ω0＞ω
s
；采用弹簧静变形公式即公式(2)来代替滑块的偏移量，确定ω0的取值范围为：ω0＝(1～2)ω
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)将公式(5)代入公式(3)中，确定滑块弹簧的刚度取值：步骤2，设计滑块的高度h与宽度b：设定滑块的质径积等于m2r2；实心偏心块的质量m0＝πr2/2，实心偏心块的偏心半径实心偏心块的质径积
为实心偏心块的转动惯量为j0＝πr4/4；当偏心转子内腔不存在缝隙情况下，即滑块的高度h与内腔高度l相等时，滑块的质量为m2＝bl，偏心半径为r2＝l/2+e，质径积为m2r2＝bl(l/2+e)，其中，e为偏心转子内腔上极限宽度，δ为偏心转子内腔下极限宽度；根据动量矩定理，采用杆模型来近似计算滑块转动惯量为：j2＝bl3/3+bel2+ble2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)剩余空心偏心转子部分的质积径为：剩余空心偏心转子部分的转动惯量为：j1＝j
0-j2＝πr4/4-bl3/3-bel
2-ble2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)当滑块的高度小于偏心转子内腔时，滑块离旋转轴最远时的离心力最大，此时滑块的偏心半径为r2＝l-h/2+e，滑块的质径积为m2r2＝bh(l-h/2+e)；要求偏心转子内腔含缝隙时滑块的最大离心力与不含空腔时滑块的离心力相等，则有：l(l/2+e)＝h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)得出滑块的高度：h＝min(l,l+2e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)在滑块前面乘以质量系数σ0，解方程(12)，l(l/2+e)＝σ0h(l-h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)可得滑块的高度h：当滑块处于最远端时，振动装置的转动惯量为：max(j0)＝j1+max(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+beh(e-h)-bel(e+l)+bhl(l-h)+2behl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)当滑块离旋转轴最近时，滑块的偏心半径为r2＝h/2+e，滑块的质径积为：min(m2r2)＝bh(h/2+e)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)转动惯量为：min(j2)＝bh3/12+bh(h/2+e)2＝bh3/3+bhe2+beh2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)当滑块离旋转轴最近时，振动装置的质径积为：转动惯量为：min(j0)＝j1+min(j2)＝πr4/4+b(h
3-l3)/3+b(h-l)e2+be(h
2-l2)
ꢀꢀꢀꢀ
(18)滑块离旋转轴最近时，振动装置与常规偏心块的质径比为：
滑块离旋转轴最近时，振动装置与常规偏心块的转动惯量比为：
技术总结一种具有激振力自调节功能的振动装置，属于振动机械技术领域，包括偏心转子，所述偏心转子内部中空，在中空部分装有滑块，滑块底端与偏心转子之间设有弹簧。一种具有激振力自调节功能的振动装置的参数确定方法，包括以下步骤：步骤1，建立振动装置运动的动力学平衡方程，确定弹簧刚度的取值范围；步骤2，设计滑块的高度h与宽度b。启动振动装置，其转速处于系统主共振区时，滑块靠近转动轴，振动装置激励力较小，振动装置仅需较小功率即可摆脱转速俘获；振动装置以额定频率工作时，滑块远离转动轴，振动装置与实心偏心块工作效果相同。与实心偏心块相比，该装置激振力可调，避免了转速经过共振区产生转速俘获，本申请可降低振动电机的额定功率。机的额定功率。机的额定功率。
技术研发人员：陈晓哲 刘俊岐 陈旷达 张家琪
受保护的技术使用者：东北大学秦皇岛分校
技术研发日：2022.04.18
技术公布日：2022/7/4
