电磁振动供料器板弹簧的建模与仿真

周 伟

（德州科技职业学院，山东 青岛 266232）

电磁振动供料器是自动加工与自动装配系统中的一种供料装置。由于其具有上料较效率高、定向性能优良、结构简单、工作稳定可靠，因而广泛应用于轻工、电子产品的自动加工、装配等机械上，在粮食、食品的自动称重、包装上也得应用非常广泛。

1 多层板弹簧刚度模型的建立

电磁振动供料器是通过电磁激振器的振动使物料在料槽上作滑行或抛掷运动，从而达到输送物料的目的，因此对电磁振动供料器进行研究时，必须要考虑各个零部件的动力学特性，要对其进行刚度分析。主振弹簧是电磁振动供料器的主要弹性元件，使振动系统在指定的工作状态下进行工作，主振弹簧应用最多的是多层板弹簧,一般由几片矩形等截面的弹簧钢板叠加而成，中间压紧处均用1毫米的钢垫片隔开，以消除板弹簧之间的摩擦力和增加板弹簧的散热面积。在电磁振动供料器中多层板弹簧在工作中受长期交变应力的作用，如果设计不当，将导致板弹簧的疲劳折断、开裂和蠕变，所以要求板弹簧有较高的疲劳强度和工作耐久性。

目前对多层板弹簧的分析计算通常采用挠度理论来进行，认为其主要受力方向垂直板弹簧的长度方向，只有厚度方向的弯曲变形。在电磁振动供料器上多层板弹簧上端用压紧螺钉固定在上调整架上，下端也是用压紧螺钉固定在下调整架上。针对此结构，多层板弹簧可按两端完全紧固的梁来考虑，但是此端作平移运动，平移运动端只有挠度的变化而转角为零。板弹簧的主要受力方向垂直其长度方向，工作时也只有厚度方向的弯曲变形，即弯曲变形是由沿板弹簧主振方向的激振力所引起的，因此，板弹簧除了作为一个结构零件外，还可以作为一个储能装置。在计算过程中，此种结构的板弹簧可视为一端固定而另一端受载荷作用的超静定悬臂梁，为了使梁的自由端的转角为零，从而施加了一个约束力矩M。此外，假设梁的变形与它的长度比较起来是非常小的，所以认为在板弹簧变形过程中，激振力的作用方向不变。为了便于计算，把多层板弹簧的变形等效为如图 1(a)、(b)所示的形式。

图1 板弹簧的等效变形

根据挠度理论可得出板弹簧的刚度为

多层板弹簧各层在长度上的变形量相等，且变一致，每层的受力和变形相对独立。若多层板弹簧的弹簧片数为i，则多层板弹簧刚度的计算公式为

此式是两端完全紧固的情况下求得的刚度，考虑到在实际的电磁供料器设计中，多层板弹簧的两端是通过压板用螺钉压紧的，不到完全紧固的程度，所以还需考虑压不紧系数η。则多层板弹簧实际刚度计算公式为

2 多层板弹簧参数与刚度关系的模拟仿真

2.1 单层板弹簧刚度仿真

仿真条件：板簧厚h=4 mm，宽b=20 mm，板簧有效长度l=120 mm,片数i=1，弹性模量E=2×105N/mm，取压不紧系数η=1，载荷F=500 N可计算理论刚度：

仿真结果如图2所示，挠度δ=3.371 mm，则仿真刚度

与理论刚度误差很小，当层板刚度模型成立。

图2 单层板弹簧刚度仿真

2.2 多层板弹簧刚度仿真

仿真条件：板簧厚h=6 mm，宽b=20 mm，板簧有效长度l=120 mm,弹性模量E=2×105 Nmm，取压不紧系数η=1 mm，载荷F=500 N，钢垫片厚度h'=1 mm，板簧片数i=1,2,3,4，理论刚度见表1。

图3 多层板弹簧刚度仿真

表1 多层板弹簧仿真刚度与理论刚度对比

图4 多层板弹簧仿真刚度与理论刚度对比

仿真结果如图3所示，表1和图4给出了多层板弹簧仿真刚度与理论刚度对比，从中可以看出仿真值和理论值有一点的误差，这是由于多层板弹簧中间添加钢垫片的缘故。仿真表明多层板弹簧刚度模型是成立的。

模型的建立虽然引入了一定的误差，但仍不失为一种行之有效的方法，为电磁振动供料器的研究提供了理论依据。

[1]田立佳，胡良龙，高刚华，等.小型电磁振动给料器的试验研究[M].中国农机化，2004，(6):35-37

[2]王绍侠，高刚华.种子定量电子秤电磁振动变速给料的原理与应用[M].农业机械学报，1998:29

[3]廖林青.现代设计法[K].重庆:重庆大学出版社，2000,40-48