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摘 要：研究了振动电机不同旋转组合对造型振动台运动特性的影响，应用Solid Works软件对造型振动台进行三维建模，运用虚拟样机分析软件对该条件下振动台进行仿真，最后分析了仿真结果，为振动台的设计提供理论依据。
关键词：铸造振动设备 运动特性 仿真
一、双电机振动台的工作原理和仿真参数
（一）工作原理
双电机振动台即两台振动电机来提供激振力。它通过控制两个电机的转动和停止及两个振动电机的转向，得到需要的垂直和水平方向的振动效果。电动机旋转时所产生的运动，可以用以下公式[1]来表示：
由表1可以发现，当相位差为0、π和2π时，即两个电机运动方向相反时，运动轨迹是垂直方向上的直线[4]；当相位差为π/4、3π/4、5π/4和7π/4时两个电机运动方向相同时，运动轨迹垂直方向上的椭圆；当单个电机运动时，虽然其垂直方向运动轨迹也是椭圆，但是由于是单电机转动，因此靠近电机的位置运动轨迹比远离电机位置的运动轨迹大。
（二）主要仿真参数
根据理论模型，笔者建立的双电机振动台的虚拟样机模型，在不影响试验的基础上对振动进行了合理的简化，从而使仿真能够顺利地进行[5]。由于关键部件质量远远小于主体的质量，忽略的关键部件的质量，模型由振动台和激振电机两部分组成[6]，主要设置振动台体的总质量、总体尺寸以及电机的转速等，用SolidWorks对造型振动台进行三维建模，导入ADAMS后建立仿真模型后進行虚拟试验，造型振动台的主要仿真参数如下：振动台总质量为2t，总体尺寸为1500mm*1500mm*700mm，电机的额定转速设定为2865rad/min。
二、虚拟样机几何建模
（一）几何体建模
根据双电机振动台的结构和工作原理，建立其简化力学模型[7]。首先简化的振动台的模型，把振动台上质体、下质体和砂箱看做单独个体；而振动电机则由偏心块、驱动轴和配重块三部分组成。这样做的目的是显著提高虚拟样机分析软件的仿真效率，缩短研发周期，降低研发成本。双电机振动台简化处理的三维模型如图1所示。
（二）添加约束和驱动
给模型添加约束和驱动[8]。在下质体与地面之间添加固定副约束，下质体与驱动轴之间添加旋转副约束。在上质体和下质体之间添加X、Y、Z方向上的轴套力柔性连接，并在振动台体所处的环境中添加重力和设置整体坐标系。最后在给旋转副添加旋转驱动。双电机振动台的约束和驱动模型如图2。
三、仿真与分析
本次仿真模拟只针对电机旋转方向的三种组合状态来进行，因此保持双电机振动台的偏心质量及转速不变。模拟的三种组合方式分别是：（1）双电机同向转动；（2）双电机反向转动；（3）单电机转动。由于振动台的紧实能力是由砂箱中砂子的流动所决定，但是虚拟样机分析软件还不能模拟砂子的流动，因此，本文就列出仿真时砂箱位移同时间的关系曲线图，以此来推测砂子的流动。
仿真结果：从图3到图5可以看出砂箱心在X、Y方向的位移随时间的变化规律。从上述几个图可以观察出，双电机转动方向相同时，砂箱上不同点处垂直方向上的运动轨迹类似椭圆形，在X方向上的位移相比较Y方向的要小得多。双电机转动方向相反时，虽然从图上运动轨迹还是类似椭圆，但是由于在X方向上的位移几乎没有实际意义，因此可以看做垂直方向上的运动轨迹类似直线。这是因为双电机反向转动时，水平方向上的力，速度，加速度等作用互相抵消，而垂直方向上的力相互叠加，振动台主要受到垂直方向上力的作用。当单电机振动时振动台的振动是以振动电机的位置为起点，沿振动台面四周逐渐减小的，因此，可以看到振动效果同双电机相比较差。通过分析仿真的结果，可以发现同振动台的理论设计完全一致。
四、结语
（一）振动电机的不同的组合对振动台振动紧实效果不同，人们可以根据铸件模样结构的要求来调整振动电机的转动组合，以期达到铸件的工艺要求。
（二）通过以上分析，研究人员可以利用虚拟样机分析软件能够对铸造用振动台进行仿真。应用虚拟样机分析软件对振动台的运动进行仿真，可以反复的更改振动台的结构，对比和分析仿真的结果，以期得到最佳的方案，为造型振动台结构和参数的设计提供重要的理论依据。实际生产中应用虚拟样机分析软件可以大大的节约研发的周期，缩短研发的时间，降低研发的成本与研究风险，提高研制质量[9]-[10]。
参考文献
[1]IkenagaA，etc. PerformanceofrotaryvibrationtableforCOmpactionofmoldingsand[J]. AFSTransactions，1998
[2]刘洪永，樊自田，黄乃瑜.双电机消失模铸造振实台振动模式及效果.铸造，2001，11（50）：673-676
LiuHongyong，FanZiyou，HuangNaiyu. AnalysisonVibrationModesandTheirEffectsoftheCOmpacting.Foundry，2001，11（50）：673-676
[3]程耀东.机械振动学[M].杭州：浙江大学出版社，1988
ChengYaodong.MechanicalVibration[M].Hangzhou：ZhejiangUniversityPress，1988
[4]吴剑.贯性式振动机械在铸造生产中的应用.装备技术，2009，02（5）：37-41
WuJian.ApplicationofInertVibratingMachineryinFoundryProduction. Equipment
Technology，2009，02（5）：37-41 [5]王珣，杜茂华，卢培等.基于ADAMS的振动筛上单颗粒物料筛分效率的研究.矿山机械，2012，5（40）：100-103
WangXun，DuMaohua，LUPeijin，WangShenzhouetal.Studyonscreeningefficiencyof
singleparticlematerialbasedonADAMS.MiningMachinery，2012，5（40）：100-103
[6]孟令伟，刘伟，胡亚光.基于ADAMS的简谐激振位移强迫振动仿真与分析.包装与食品机械，2012，2（30）：64-66
MengLingwei，LiuWei，HuYaguang.SimulationandAnalysisofHarmonicVibration
DisplacementForcedVibrationBasedonADAMS.PackagingandFood
Machinery.2012，2（30）：64-66
[7]阮文苏.基于ADAMS的双质体振动给料机动力学仿真研究.矿山机械，2013，7（41）：40-44
RuanWensu.Dynamicsimulationstudyontwo-massvibratoryfeederbasedonADAMS.MiningMachinery，2013，7（41）：37-41
[8]李增剛.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2006
LiZenggang.ADAMSintroductoryexplanationandexample[M].NationalDefenceIndustryPress，2006
[9]张康，赵俊利，雷智强等.基于ADAMS的SDL1645-1圆周振动筛运动特性仿真与研究.煤矿机械，2009，11（30）：41-43
ZhangKang，ZhaoJunli，LeiZhiqiangetal.SimulationandStudyofMotionCharacteristiCOfSDL1645-1ShakerBasedonADAMS.COalMineMachinery，2009，11（30）：41-43
[10]周靖皓，周毅钧，张欢乐.基于ADAMS的圆振动筛运动特性仿真分析.煤矿机械，2013，4（31）：101-103
ZhouJinghao，ZhouYijun，ZhangHuanle.SimulationAnalysisofCircularVibratingScreenMotionBasedonADAMS.COalMineMachinery，2013，4（31）：101-103
作者简介：郭园园，1987—，女，硕士研究生，研究方向：消失模铸造设备。李立新，1966—；男，副教授，研究方向：消失模铸造设备。
关键词：铸造振动设备 运动特性 仿真
一、双电机振动台的工作原理和仿真参数
（一）工作原理
双电机振动台即两台振动电机来提供激振力。它通过控制两个电机的转动和停止及两个振动电机的转向，得到需要的垂直和水平方向的振动效果。电动机旋转时所产生的运动，可以用以下公式[1]来表示：
由表1可以发现，当相位差为0、π和2π时，即两个电机运动方向相反时，运动轨迹是垂直方向上的直线[4]；当相位差为π/4、3π/4、5π/4和7π/4时两个电机运动方向相同时，运动轨迹垂直方向上的椭圆；当单个电机运动时，虽然其垂直方向运动轨迹也是椭圆，但是由于是单电机转动，因此靠近电机的位置运动轨迹比远离电机位置的运动轨迹大。
（二）主要仿真参数
根据理论模型，笔者建立的双电机振动台的虚拟样机模型，在不影响试验的基础上对振动进行了合理的简化，从而使仿真能够顺利地进行[5]。由于关键部件质量远远小于主体的质量，忽略的关键部件的质量，模型由振动台和激振电机两部分组成[6]，主要设置振动台体的总质量、总体尺寸以及电机的转速等，用SolidWorks对造型振动台进行三维建模，导入ADAMS后建立仿真模型后進行虚拟试验，造型振动台的主要仿真参数如下：振动台总质量为2t，总体尺寸为1500mm*1500mm*700mm，电机的额定转速设定为2865rad/min。
二、虚拟样机几何建模
（一）几何体建模
根据双电机振动台的结构和工作原理，建立其简化力学模型[7]。首先简化的振动台的模型，把振动台上质体、下质体和砂箱看做单独个体；而振动电机则由偏心块、驱动轴和配重块三部分组成。这样做的目的是显著提高虚拟样机分析软件的仿真效率，缩短研发周期，降低研发成本。双电机振动台简化处理的三维模型如图1所示。
（二）添加约束和驱动
给模型添加约束和驱动[8]。在下质体与地面之间添加固定副约束，下质体与驱动轴之间添加旋转副约束。在上质体和下质体之间添加X、Y、Z方向上的轴套力柔性连接，并在振动台体所处的环境中添加重力和设置整体坐标系。最后在给旋转副添加旋转驱动。双电机振动台的约束和驱动模型如图2。
三、仿真与分析
本次仿真模拟只针对电机旋转方向的三种组合状态来进行，因此保持双电机振动台的偏心质量及转速不变。模拟的三种组合方式分别是：（1）双电机同向转动；（2）双电机反向转动；（3）单电机转动。由于振动台的紧实能力是由砂箱中砂子的流动所决定，但是虚拟样机分析软件还不能模拟砂子的流动，因此，本文就列出仿真时砂箱位移同时间的关系曲线图，以此来推测砂子的流动。
仿真结果：从图3到图5可以看出砂箱心在X、Y方向的位移随时间的变化规律。从上述几个图可以观察出，双电机转动方向相同时，砂箱上不同点处垂直方向上的运动轨迹类似椭圆形，在X方向上的位移相比较Y方向的要小得多。双电机转动方向相反时，虽然从图上运动轨迹还是类似椭圆，但是由于在X方向上的位移几乎没有实际意义，因此可以看做垂直方向上的运动轨迹类似直线。这是因为双电机反向转动时，水平方向上的力，速度，加速度等作用互相抵消，而垂直方向上的力相互叠加，振动台主要受到垂直方向上力的作用。当单电机振动时振动台的振动是以振动电机的位置为起点，沿振动台面四周逐渐减小的，因此，可以看到振动效果同双电机相比较差。通过分析仿真的结果，可以发现同振动台的理论设计完全一致。
四、结语
（一）振动电机的不同的组合对振动台振动紧实效果不同，人们可以根据铸件模样结构的要求来调整振动电机的转动组合，以期达到铸件的工艺要求。
（二）通过以上分析，研究人员可以利用虚拟样机分析软件能够对铸造用振动台进行仿真。应用虚拟样机分析软件对振动台的运动进行仿真，可以反复的更改振动台的结构，对比和分析仿真的结果，以期得到最佳的方案，为造型振动台结构和参数的设计提供重要的理论依据。实际生产中应用虚拟样机分析软件可以大大的节约研发的周期，缩短研发的时间，降低研发的成本与研究风险，提高研制质量[9]-[10]。
参考文献
[1]IkenagaA，etc. PerformanceofrotaryvibrationtableforCOmpactionofmoldingsand[J]. AFSTransactions，1998
[2]刘洪永，樊自田，黄乃瑜.双电机消失模铸造振实台振动模式及效果.铸造，2001，11（50）：673-676
LiuHongyong，FanZiyou，HuangNaiyu. AnalysisonVibrationModesandTheirEffectsoftheCOmpacting.Foundry，2001，11（50）：673-676
[3]程耀东.机械振动学[M].杭州：浙江大学出版社，1988
ChengYaodong.MechanicalVibration[M].Hangzhou：ZhejiangUniversityPress，1988
[4]吴剑.贯性式振动机械在铸造生产中的应用.装备技术，2009，02（5）：37-41
WuJian.ApplicationofInertVibratingMachineryinFoundryProduction. Equipment
Technology，2009，02（5）：37-41 [5]王珣，杜茂华，卢培等.基于ADAMS的振动筛上单颗粒物料筛分效率的研究.矿山机械，2012，5（40）：100-103
WangXun，DuMaohua，LUPeijin，WangShenzhouetal.Studyonscreeningefficiencyof
singleparticlematerialbasedonADAMS.MiningMachinery，2012，5（40）：100-103
[6]孟令伟，刘伟，胡亚光.基于ADAMS的简谐激振位移强迫振动仿真与分析.包装与食品机械，2012，2（30）：64-66
MengLingwei，LiuWei，HuYaguang.SimulationandAnalysisofHarmonicVibration
DisplacementForcedVibrationBasedonADAMS.PackagingandFood
Machinery.2012，2（30）：64-66
[7]阮文苏.基于ADAMS的双质体振动给料机动力学仿真研究.矿山机械，2013，7（41）：40-44
RuanWensu.Dynamicsimulationstudyontwo-massvibratoryfeederbasedonADAMS.MiningMachinery，2013，7（41）：37-41
[8]李增剛.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2006
LiZenggang.ADAMSintroductoryexplanationandexample[M].NationalDefenceIndustryPress，2006
[9]张康，赵俊利，雷智强等.基于ADAMS的SDL1645-1圆周振动筛运动特性仿真与研究.煤矿机械，2009，11（30）：41-43
ZhangKang，ZhaoJunli，LeiZhiqiangetal.SimulationandStudyofMotionCharacteristiCOfSDL1645-1ShakerBasedonADAMS.COalMineMachinery，2009，11（30）：41-43
[10]周靖皓，周毅钧，张欢乐.基于ADAMS的圆振动筛运动特性仿真分析.煤矿机械，2013，4（31）：101-103
ZhouJinghao，ZhouYijun，ZhangHuanle.SimulationAnalysisofCircularVibratingScreenMotionBasedonADAMS.COalMineMachinery，2013，4（31）：101-103
作者简介：郭园园，1987—，女，硕士研究生，研究方向：消失模铸造设备。李立新，1966—；男，副教授，研究方向：消失模铸造设备。