RU128328U1

RU128328U1 - VIBRATOR

Info

Publication number: RU128328U1
Application number: RU2012144382/28U
Authority: RU
Inventors: Фан Сагирович Сабиров; Михаил Павлович Козочкин; Вячеслав Геннадьевич Каймин; Артур Николаевич Порватов; Константин Владимирович Мысливцев; Андрей Николаевич Боган; Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-05-20

Abstract

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для вибрационных испытаний различных изделий, включая комплексные испытания на металлорежущих станках в условиях одновременного воздействия широкополосной вибрации и интенсивных физических факторов различной природы (механической, электрической и тепловой). Технический результат заключается в расширении частотного диапазона виброускорений при приложении заданного спектра вибровозбуждения, а также в расширении динамического нагружения при контактном вибровозбуждении объектов станкостроения. Это достигается тем, что в вибраторе, содержащем корпус, пьезоэлемент и систему подвода электрического напряжения к пьезоэлементу, пьезоэлемент выполнен в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, и к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки перпендикулярна основанию, а диск, жестко соединенный с оправкой и расположенный в верхней части оправки, перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска установлены измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого посредством крепежного элемента присоединен наконечник, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец на деталь станка, при этом внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, и нижнее пьезокерамическое кольцо которого опирается на верхнюю плоскость основания, а нижняя плоскость оправки расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания, причем токонепроводящий корпус, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывает пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания, соосно оправке, а верхний ее торец закрыт крышкой с центральным отверстием под наконечник, при этом в нижней части основания выполнена полость, ось которой соосна с оправкой и отверстием, выполненным в верхней деформируемой части основания, на плоскости которой, обращенной к полости, наклеены тензодатчики, контролирующие величину статического усилия, при этом наклонные отверстия, выполненные в основании, служат для прокладки проводов к тензодатчикам. The utility model relates to testing equipment and can be used for vibration testing of various products, including complex tests on metal cutting machines under the conditions of simultaneous exposure to broadband vibration and intense physical factors of various nature (mechanical, electrical and thermal). The technical result consists in expanding the frequency range of vibration accelerations when a given spectrum of vibration excitation is applied, as well as in expanding the dynamic loading during contact vibration excitation of machine-tool building objects. This is achieved by the fact that in the vibrator containing the housing, the piezoelectric element and the system for supplying electric voltage to the piezoelectric element, the piezoelectric element is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, and to the inner surface of which are keyed elements opposite to each other, included in the corresponding grooves in the cylindrical a mandrel having a T-shaped profile in the frontal section, while the axis of symmetry of the mandrel is perpendicular to the base, and the disk is rigidly connected to the mandrel and located in the upper part This mandrel, perpendicular to its axis, contacts its lower surface with the upper piezoelectric ring of the piezoelectric element, and on the upper surface of the disk there are measuring piezoelectric elements in contact with a two-stage cylindrical disk, to the upper part of which is attached a tip transmitting a change in the linear size of the package of piezoceramic rings by a machine part, while the outer diameter of the disk is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings, and the base is they are a rectangular-shaped plate with at least four slots for attaching to the test object, to the upper plane of which is attached a connector through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, and the lower piezoceramic ring of which rests on the upper plane of the base, and the lower plane of the mandrel is located with a gap with respect to the upper plane of the base, and a non-conductive housing made in the form of a cylindrical shell, covers the piezoelectric element, while the lower end of the shell they are mounted on a ring rigidly attached to the upper plane of the base, coaxially with the mandrel, and its upper end is closed by a lid with a central hole for the tip, while a cavity is made in the lower part of the base, the axis of which is coaxial with the mandrel and a hole made in the upper deformable part of the base, on the plane of which, facing the cavity, the load cells are glued, which control the value of the static force, while the inclined holes made in the base serve to lay the wires to the load cells.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для вибрационных испытаний различных изделий, включая комплексные испытания на металлорежущих станках в условиях одновременного воздействия широкополосной вибрации и интенсивных физических факторов различной природы (механической, электрической и тепловой).The utility model relates to testing equipment and can be used for vibration testing of various products, including complex tests on metal cutting machines under the conditions of simultaneous exposure to broadband vibration and intense physical factors of various nature (mechanical, electrical and thermal).

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический вибратор по патенту РФ №2334966, который содержит корпус с пьезоэлементом, виброплатформу для установки испытуемого объекта, связанную с вибратором через элемент передачи колебаний, и средство центрирования виброплатформы относительно корпуса и вибратора. В вибратор дополнительно введен закрепленный в корпусе упругий элемент в виде диафрагмы, на которую установлен пьезоэлемент. Элемент передачи колебаний выполнен в виде стержня, соединенного с центральной частью диафрагмы, а средство центрирования виброплатформы выполнено в виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a piezoelectric vibrator according to RF patent No. 2334966, which contains a body with a piezoelectric element, a vibration platform for installing the test object, connected to the vibrator through the vibration transmission element, and means for centering the vibration platform relative to the body and the vibrator. An elastic element in the form of a diaphragm, on which a piezoelectric element is mounted, is additionally introduced into the vibrator. The oscillation transmission element is made in the form of a rod connected to the central part of the diaphragm, and the vibro-platform centering means is made in the form of at least one slotted membrane.

Недостаток известного технического решения заключается в сравнительно узком частотном диапазоне виброускорений при динамическом нагружении и при контактном вибровозбуждении объектов станкостроения.A disadvantage of the known technical solution lies in the relatively narrow frequency range of vibration acceleration under dynamic loading and in contact vibration excitation of machine tool objects.

Технический результат заключается в расширении частотного диапазона виброускорений при приложении заданного спектра вибровозбуждения, а также в расширении динамического нагружения при контактном вибровозбуждении объектов станкостроения.The technical result consists in expanding the frequency range of vibration accelerations when a given spectrum of vibration excitation is applied, as well as in expanding the dynamic loading during contact vibration excitation of machine-tool building objects.

Это достигается тем, что в вибраторе, содержащем корпус, пьезоэлемент и систему подвода электрического напряжения к пьезоэлементу, пьезоэлемент выполнен в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, и к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки перпендикулярна основанию, а диск, жестко соединенный с оправкой и расположенный в верхней части оправки, перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска установлены измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого посредством крепежного элемента присоединен наконечник, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец на деталь станка, при этом внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, и нижнее пьезокерамическое кольцо которого опирается на верхнюю плоскость основания, а нижняя плоскость оправки расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания, причем токонепроводящий корпус, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывает пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания, соосно оправке, а верхний ее торец закрыт крышкой с центральным отверстием под наконечник, при этом в нижней части основания выполнена полость, ось которой соосна с оправкой и отверстием, выполненным в верхней деформируемой части основания, на плоскости которой, обращенной к полости, наклеены тензодатчики, контролирующие величину статического усилия, при этом наклонные отверстия, выполненные в основании, служат для прокладки проводов к тензодатчикам.This is achieved by the fact that in the vibrator containing the housing, the piezoelectric element and the system for supplying electric voltage to the piezoelectric element, the piezoelectric element is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, and to the inner surface of which are keyed elements opposite to each other, included in the corresponding grooves in the cylindrical a mandrel having a T-shaped profile in the frontal section, while the axis of symmetry of the mandrel is perpendicular to the base, and the disk is rigidly connected to the mandrel and located in the upper part This mandrel, perpendicular to its axis, contacts its lower surface with the upper piezoelectric ring of the piezoelectric element, and on the upper surface of the disk there are measuring piezoelectric elements in contact with a two-stage cylindrical disk, to the upper part of which is attached a tip transmitting a change in the linear size of the package of piezoceramic rings by a machine part, while the outer diameter of the disk is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings, and the base is they are a rectangular-shaped plate with at least four slots for attaching to the test object, to the upper plane of which is attached a connector through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, and whose lower piezoceramic ring rests on the upper plane of the base, and the lower plane of the mandrel is located with a gap with respect to the upper plane of the base, and a non-conductive housing made in the form of a cylindrical shell, covers the piezoelectric element, while the lower end of the shell they are mounted on a ring rigidly attached to the upper plane of the base, coaxially with the mandrel, and its upper end is closed by a lid with a central hole for the tip, while a cavity is made in the lower part of the base, the axis of which is coaxial with the mandrel and a hole made in the upper deformable part of the base, on the plane of which, facing the cavity, the load cells are glued, which control the value of the static force, while the inclined holes made in the base serve to lay the wires to the load cells.

На фиг.1 показан общий вид вибратора, в частности фронтальный разрез, а на фиг.2 - сечение, перпендикулярное оси симметрии вибратора.Figure 1 shows a General view of the vibrator, in particular a frontal section, and figure 2 is a cross section perpendicular to the axis of symmetry of the vibrator.

Вибратор (фиг.1 и 2) содержит пьезоэлемент, выполненный в виде пакета пьезокерамических колец 3, опирающихся на основание 1, и к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы 14, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке 4, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль. Ось симметрии оправки 4 перпендикулярна основанию 1, при этом диск 10, жестко соединенный с оправкой 4 и расположенный в верхней части оправки 4, перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом 3 пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска 10 установлены измерительные пьезоэлементы 6, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском 11, к верхней части которого посредством крепежного элемента 13 присоединен наконечник 5, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец 3 на деталь станка. При этом внешний диаметр диска 10 равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец 3.The vibrator (FIGS. 1 and 2) contains a piezoelectric element made in the form of a package of piezoceramic rings 3, resting on the base 1, and to the inner surface of which are opposed to each other key elements 14 included in the corresponding grooves in the cylindrical mandrel 4 having in the frontal section T-shaped profile. The axis of symmetry of the mandrel 4 is perpendicular to the base 1, while the disk 10, rigidly connected to the mandrel 4 and located in the upper part of the mandrel 4, perpendicular to its axis, contacts its lower surface with the upper piezoceramic ring 3 of the piezoelectric element, and measuring piezoelectric elements are installed on the upper surface of the disk 10 6 in contact with a two-stage cylindrical disk 11, to the upper part of which, by means of a fastening element 13, a tip 5 is connected, transmitting a change in the linear size of the piezoceramic package x rings 3 on a part of the machine. The outer diameter of the disk 10 is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings 3.

Основание 1 представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами 18 для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем 7, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, нижнее пьезокерамическое кольцо 3 которого опирается на верхнюю плоскость основания 1, а нижняя плоскость оправки 4 расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания 1.The base 1 is a rectangular-shaped plate with at least four grooves 18 for attachment to the test object, to the upper plane of which a connector 7 is attached, through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, the lower piezoceramic ring 3 of which rests on the upper plane of the base 1, and the lower plane of the mandrel 4 is located with a gap with respect to the upper plane of the base 1.

Токонепроводящий корпус 2, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывающей пьезоэлемент, защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо 19, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания 1, соосно оправке 4, а верхний ее торец закрыт крышкой 12 с центральным отверстием под наконечник 5.The non-conductive housing 2, made in the form of a cylindrical shell covering the piezoelectric element, protects the researcher from high voltage supplied to the piezoelectric element, while the lower end of the shell rests on the ring 19, rigidly attached to the upper plane of the base 1, coaxially with the mandrel 4, and its upper end is closed lid 12 with a central hole for the tip 5.

В нижней части основания выполнена полость 17, ось которой соосна с оправкой 4 и отверстием 9, выполненным в верхней деформируемой части 16 основания, на плоскости которой, обращенной к полости 17, наклеены тензодатчики 8, контролирующие величину статического усилия. Наклонные отверстия 15, выполненные в основании 1, служат для прокладки проводов к тензодатчикам 8 от разъема 7.In the lower part of the base there is a cavity 17, the axis of which is coaxial with the mandrel 4 and the hole 9, made in the upper deformable part 16 of the base, on the plane of which facing the cavity 17, the load cells 8 are glued, which control the magnitude of the static force. Inclined holes 15, made in the base 1, are used for laying wires to the load cells 8 from the connector 7.

Вибратор работает следующим образом.The vibrator works as follows.

Переменное усилие создается пьезокерамическими кольцами 3, на которые подается электрическое напряжение через разъем 7. Из-за этого напряжения изменяется толщина пьезоэлемента. Изменение линейного размера столбика пьезоэлементов через оправку 4, измерительные пьезоэлементы 6, наконечник 5 передается на деталь станка, на которое требуется подать силовое воздействие. Величина статического усилия контролируется с помощью тензодатчиков 8, наклеенных на деформирующуюся часть основания 1. Токонепроводящий корпус 2 защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлементы.An alternating force is created by piezoceramic rings 3, to which an electric voltage is supplied through connector 7. Because of this voltage, the thickness of the piezoelectric element changes. Changing the linear size of the column of piezoelectric elements through the mandrel 4, the measuring piezoelectric elements 6, the tip 5 is transmitted to the part of the machine, which you want to apply force. The magnitude of the static force is controlled using strain gauges 8 glued to the deformable part of the base 1. The non-conductive housing 2 protects the researcher from high voltage applied to the piezoelectric elements.

Claims

A vibrator comprising a housing, a piezoelectric element and a system for supplying electric voltage to the piezoelectric element, characterized in that the piezoelectric element is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, and to the inner surface of which key elements are inserted opposite to each other, which enter into the corresponding grooves in the cylindrical mandrel, having a T-shaped profile in the frontal section, while the axis of symmetry of the mandrel is perpendicular to the base, and the disk is rigidly connected to the mandrel and located in the upper part it is perpendicular to its axis, contacts its lower surface with the upper piezoelectric ring of the piezoelectric element, and on the upper surface of the disk there are measuring piezoelectric elements in contact with a two-stage cylindrical disk, to the upper part of which is attached a tip transmitting a change in the linear size of the package of piezoceramic rings to the machine part while the outer diameter of the disk is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings, and the base is a rectangular plate with at least four slots for attaching to the test object, to the upper plane of which is attached a connector through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, and whose lower piezoceramic ring rests on the upper plane of the base, and the lower plane of the mandrel is located with a gap with respect to the upper plane of the base, and a non-conductive housing made in the form of a cylindrical shell, covers the piezoelectric element, while the lower end of the shell rests on the ring is rigidly attached to the upper plane of the base, coaxial to the mandrel, and its upper end is closed by a lid with a central hole for the tip, while in the lower part of the base there is a cavity, the axis of which is coaxial with the mandrel and the hole made in the upper deformable part of the base, on the plane which, facing the cavity, are glued strain gauges that control the magnitude of the static force, while the inclined holes made in the base serve to lay wires to the strain gauges.