SU1085647A1 - Электродинамический возбудитель колебаний - Google Patents

Abstract

1. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ, содержащий магнитопровод, обмотку подмагничивани , подвижную систему с обмоткой возбуждени , размещенной в кольцевом рабочем зазоре, стол, соединенный гибким в поперечном и жестким в продольном направлени х промежуточным элементом со штоком, расположенным подвижно в осевом отверстии в керне магнитопровода и жестко скрепленным с обмоткой возбуждени , подвеску, включающую несущий упругий элемент с регул тором поджати , расположенным по оси штока и св занным с ним, и раДиально расположенные центрирующие элементы в виде изогнутых по синусоиде полосовых пружин с элементами радиального поджати , отличающийс  тем, что, с целью повышени  равномерности распределени  виброускорени  по столу и уменьшени  поег; перечной компоненты виброускорени , промежуточный элемент выполнен в виде двух соосных усеченных конусов, большие основани  которых жестко св заны со столом и штоком, а меньшие обращены друг к другу, соединенных гибкой св зью, выполненной в виде кинематической пары II класса, образованной соссным конусом ступенчатым стержнем, соединенным посредством резьбы с соответствующим гнездовым отверстием в конусах, при этом диаметр ступеней увеличиваетс  с удалением от торца стержн , причем длина резьбы на каждой ступени, начина  5 от ступени наименьшего диаметра, уменьшаетс , при этом ступе.нь большего диаметра выполнена с возможностью фиксации в гнездовых отверсти х обоих конусов, а остальные - с возо можностью фиксации только в конусе, соединенном со столом, причем длины ступеней гнездового отверсти  этого конуса равны длине резьбы соответствующих ступеней стержн , оба конуса 00 снабжены гидравлическими системами СП дл  создани  избыточного давлени  Од на свободных торцах стержн . 2. Возбудитель колебаний по п.1, отличающийс  тем, что кажда  полосова  пружина выполнена в виде пакета пластин, разделенных слоем материала типа металлическа  резина, а по кра м имеет расположенные симметрично относительно ее продольной и поперечной плоскостей симметрии закругленные вырезы.

Description

Изобретение относитс  к вибрационной технике и может быть использовано дл  испытаний блоков радиоэлектронной аппаратуры больших габаритов и веса, преимущественно на виброустойчивость , осуществл емых на электродинамических возбудител х колебаний повышенной мощности. Известен электродинамический возбудитель колебаний, содержащий магни топровод, обмотку подмагничивани , подвижную систему, включающую обмотк возбуждени , размещенную в кольцевом рабочем зазоре магнитопровода, стол и шток, установленньй подвижно в осе вом отверстии, выполненном в керне магнитопровода и жестко скрепленный с обмоткой возбуждени , и подвеску, включающую несущий упругий элемент, например, в виде винтовой цилиндрической пружины с регул тором поджати , расположенньй по оси керна магнитопровода и св занный со штоком, и радиально расположенные центрирующие упругие элементы в виде мембран El 1 Недостатком этого возбудител   вл етс  нелинейность преобразовани , не позвол юща  с высокой точностью воспроизводить заданную форму колеба ний. Эта нелинейность про вл етс  при увеличении амплитуды колебаний до величины, при которой центрирующие упругие элементы нар ду с деформ ци ми изгиба начинают испытывать деформацию раст жени . -Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  элек тродинамический возбудитель колебани содержащий магнитопровод, обмотку по магничивани , неподвижную систему с обмоткой возбуждени , размещенной в кольцевом рабочем зазоре, стол, соединенный гибким в -поперечном и жестким в продольном направлени х стержнем со штоком, установленным подвижно в осевом отверстии в керне магнитопровода и жестко скрепленным с обмо кой возбуждени , подвеску, включающу несущий упругий элемент с регул торо поджати , расположенный на оси штока и св занный с ним, и радиально расположенные центрирующие элементы в виде изогнутых по синусоиде полосовых пружин с элементами радиального поджати  С23. Известный возбудитель имеет неравномерное распределение виброускорени  по столу и значительную величину поперечной оси компоненты виброускорени . Целью 1зобретени   вл етс  повышение равномерности распределени  виброускорени  по столу злектродинамического возбудител  колебаний и уменьшение поперечной компоненты виброускорени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электродинамическом возбудителе колебаний, содержащем магнитопровод , обмотку подмагничивани , подвижную систему, включающую обмотку возбуждени , размещенную в кольцевом рабочем зазоре магнитопровода, стол, соединенный гибким в поперечном и жестким в продольном направлени х промежуточным элементом со штоком , установленным подвижно в осевом отверстии в керне магнитопровода и жестко скрепленным с обмоткой возбуждени , подвеску, включающую несущий упругий злемент с регул тором поджати , расположенным по оси штока и св занным с ним, и радиально расположенные центрирующие упругие элементы в виде изогнутых по синусоиде полосовых пружин с элементами радиального поджати , промежуточный элемент выполнен в виде двух соосных усеченных конусов, большие основани  которых жестко св заны со столом и штоком, а меньшие обращены друг к Другу, соединенных гибкой св зью, выполненной в виде кинематической пары II класса, образованной соосным конусам ступенчатым стержнем, соединенным посредством резьбы с соответствующим гнездовым отверстием в конусах , при этом диаметр ступеней увеличиваетс  с удалением от торца стержн , Лричем длина резьбы на каждой ступени, начина  от ступени наименьшего диаметр а, уменьшаетс , при этом ступень большего диаметра вьшолнена с возможностью фиксации в гнездовых отверсти х обоих конусов а остальные - с возможностью фиксации только в конусе, соединенном со столом , рричем длины ступеней гнездового отверсти  этого конуса равны длине резьбы соответствующих ступеней стержн , оба конуса снабжены гидравлическими системами дл  создани  избыточного давлени  на свободных торцах ступенчатого стержн . Кроме того, кажда  полосова  пружина вьшолнена в виде пакета пластин. разделенных тонким слоем материала типа металлическа  резина, а по кра м имеет симметрично расположенные относительно ее продольной и поперечной плоскостей симметрии закругленные вырезы. На-фиг. изображен электродинамический возбудитель колебаний, продольный разрезу на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.З - промежуточный элемент в одном из рабочих положений, продольный разрез; на фиг.4 - то же, в другом рабочем положении} на фиг.5промежуточный элемент упрощенной конструкции; на фиг.6 - элемент полосовой пружины; на фиг.7 - то же, продольный разрез; на фиг.8 - то же, вид сверху. Электродинамический возбудитель колебаний содержит магнитопровод 1 с керном 2, обмотку подмагничивани  3, подвижную систему и подвеску. Подвижна  система включает обмотку возбуждени  4, помещенную в кольцевой рабо ,. чии зазор 5 магнитопровода 1, стол 6 и шток 7, жестко скрепленные с обмоткой возбуждени  4. Подвеска включает несущий упругий элемент 8, например, в виде цилиндрической пружины с регул тором ее осевого поджати  9, при этом упругий элемент 8 св зан со штоком 7, установленным подвижно в осевом отверстии, выполненном в керне 2, обладаювщй большой гибкостью в поперечном направлении и повышенной жесткостью в осевом направлении промежуточный элемент 10, установленный межд столом 6 и штоком 7, и радиально рас0 положенные центрирующие упругие элементы 11 в виде полосовых пружин, снабженные устройствами 12 дл  их радиального поджати , которые представл ют собой пневматические или гид равлические устройства. На столе вибратора устанавливаетс  испытуемый объ ект t3. Промежуточный элемент 10 (см.фиг.1 и 3) выполнен составным в виде двух соосных усеченных конусов 14 и 15, основани  большего диаметра которых жестко (например, сваркой) соединены со столом 6 и штоком 7 соответственно а основани  меньшего диаметра обращены друг к другу и соединены гибкой св зью, имеющей возможность измен ть при регулировках свою жесткость в поперечном (т.е. перпендикул рном оси вибратора) направлении и выполненную, например, в виде кинематической пары II класса (т.е. сопр жены с двум  ступен ми свободы: с перемещением вдоль оси и вращением вдоль нее при регулировках ) . Данна  кинематическа  пара образована ступенчатым стержнем 16,. расположенным соосно конусам 14 и 15 и соединенным посредством рабочей резьбы с гнездовыми отверсти ми 17, 18 в конусах, при зтом его диаметр мен етс  от предыдущей ступени к последующей в меньшую сторону от ступени большего диаметра, но остаетс  посто нным в пределах каждой ступени. Это означает, что (см.фиг.З) кажда  ступень имеет неизменный посто нный диаметр, т.е. d const; d2 c6nst; dj const. На фиг.З показано только три ступени. Такое их число обеспечивает широкую регулировку жесткости в поперечном направлении и  вл етс  достаточным, но в случае необходимости число ступеней может быть увеличено, при этом их геометри  и взаимное расположение выбира ютс  в выше указанной последовательности , вместе с тем об зательно должно выполн тьс  соотношение и т.д., т.е. диаметр от ступени к ступени измен етс  в зависимости от направлени  (в большую или меньшую сторону) без обратных скачков, т.е., например, соотношение , а , либо , а недопустимо, ибо тогда регулировка делаетс  затруднительной и отсутствует возможность плавного изменени  жесткости промежуточного элемента в поперечном направлении . На каждой ступени выполнена резьба, длина которой обратно пропорциональна ее диаметру, т.е. поскольку выполн етс  условие d,d.,j, должно выполн тьс  и условие - это тоже необходимо дл  обеспечени  возможности плавной регулировки поперечной жесткости. Ступень большего диаметра (d) имеет два участка: длиной - рабочий участок, т.е. тот, который гнетс  под воздействием нагрузки в поперечном направлении, обеспечива  ту или иную поперечную жесткость , в зависимости от величины зазора Л между меньшими основани ми усеченных конусов 14 и 15, и участок 19, причем рабочий участок ввинчивав гнездовое отверстие 17 в конуетс  се 14, а участок 19 - в гнездовое отверстие 18 длиной tp в конусе 15 При этом выполн етс  соотношение или tpStj. Это нужно дл  Vf.t, того, чтобы при посто нном не увеличивающемс  зазоре й можно бьшо мен ть поперечную жесткость, стержень 16 при этом вывинчиваетс  из ступенчатого гнездового отверсти  20, где до этого размещались все три его рабочие ступени, и ввинчиваетс  в гнездовое отверстие to, как бы подставл   под изгибающую нагрузку ступени того или иного диаметра, что дает возможность получать требуемую поперечную жесткость. Таким образом, длины ступеней гнездового отверсти  17 в конусе 14, например, равны длине рабочей резьбы ввинчивающихс  в них ступеней стержн  16, а д.пина tj, гнездового отверсти  18 под ступень большего диаметра (d) в конусе 15 равна длине fj ступ ни меньшего диаметра d (эта ступень имеет большую длину). Диаметры больших оснований конусов 14 и 15, напри мер, равны диаметру стола и штока. Это необходимо, в первую очередь, дл  ужесточени  стола (а конус 14 приварен к нему) и получени  равноме ности распределени  виброускорений п его поверхности. Таким образом, стол уже не нужен. Испытуемый объект 13 можно крепить непосредственно (см. фиг.1) к большему основанию верхнего усеченного конуса 14, который в силу своей геометрии и достаточной жесткости (его следует выполн ть из cnna ВОВ берилли ), котора  значительно превьшает жесткость обычных столов электродинамических вибраторов, передает ускорени  на испытуемый объек почти без трансформации, т.е. их равномерность по поверхности большего основани  конуса 14 будет обеспечена Оба конуса 14 и 15 снабжены подравлической системой 20 дл  создани  избыточного давлени  на обоих свободных торцах ступенчатого стержн . Это необходимо , чтобы выбрать зазоры, которые при работе вибратора и воспроиз ведении им высокочастотных составл ющих спектра могут привести к по влению дополнительных резонансов. Регулировка и настройка промежуточного элемента 10 на заданную попе речную жесткость осуществл етс  следующим образом. После того, как эта жесткость рассчитана, ее необходимо выставить на промежуточном элемент ( расчет ведетс  по заданным паспортным характеристикам электродинамического возбудител  колебаний). Например , если f eoбxoдимo испытать объект в диапазоне частот 500-1000 Гц, то определ етс  по паспорту в какую зону вписываетс  этот диапазон частот. Далее, по максимальной величине (уровню ) поперечных и угловых колебаний штока определ етс  поперечна  жесткость промежуточного элемента, котора  позволит сделать его дл  этой зоны гибким, т.е. отфильтровывать все паразитные составл ющие, промежуточный элементбудет легко гнутьс  в поперечном направлении и не будет передавать эти составл ющие на стол с испытуемым объектом. В данном случае поперечна  жесткость определ етс  двум  параметрами: суммарной длиной свободных, т.е. не ввинченных в данный момент в гнезда 17 и 18 участков ступеней (или ступени ) и диаметрами (или диаметром) этих участков. Это иллюстрируетс  с помощью чертежей (см. фиг.З и 4). Если в данной полосе частот промежуточный элемент должен иметь наибольшую поперечную жесткость, то воспринимать поперечную нагрузку должна ступень большего диаметра и тогда обеспечиваетс  необходима  длина Д (см. фиг.З) ее свободного участка (не ввинченного в гнезда 17 и 18), который и будет определ ть большую поперечную жесткость. Если увеличить Д., естественно поперечна  жесткость уменьшитс , если еше более увеличите зазор между конусами 14 и 15 и до Д. (см. фиг.4), та жесткость будет определ тьс  суммарной длиной Ц (а не величиной 2) свободных участков диаметров d., и dj (и самими этими диаметрами тоже, разумеетс ), т.е. ступень диаметром d полностью вьшинтилась из своего гнезда 17, а ступень диаметром d частично осталась в своем, но при этом ее свободный участок длиной V. уже воспринимает и несет (фильтрует) паразитную поперечную составл  ощую. Если необходимо уменьшить поперечную жесткость, можно сделать так, чтобы в гнездо 17 была ввинчена только часть ступени длиной tj и диаметром d, но при этом поперечна  жесткость будет определ тьс  суммарной длиной ступеней d;, d и длиной свободного участка ступени d. (совершенно очевидно, что дл  обес7108 печени  этого услови  длина t. должна быть самой большой и вообще необходимо соблюдение услови  t tjitj иначе будет .невозможна широкодиапазонна  регулировка поперечной жесткости ) . Таким образом, выполнение стержн  ступенчатым (со строгим чере дованием и взаимоув занной геометрии ступеней) позвол ет мен ть жесткость причем довольно круто (что крайне необходимо при наличии многих и неоднородных по уровню зон поперечных составл ющих) без каких-либо существенных увеличений осевых габаритов. В тех случа х, когда можно довольствоватьс  плавным изменением попереч .ной жесткости промежуточного элемента (это бьшает, когда вибратор предназначен дл  испытаний в какой-то определенной области спектра и в одной - двух и зонах паразитных поперечных составл ющих, например когда испытываютс  объекты массового произ водства) , можно рекомендовать примен ть несколько другую упрощенную сие тему регулировки жесткости (см.фиг.5 в данном варианте стержень длиной f имеет посто нный диаметр d const, и резьбу (зазор в ней также выбираетс  с помощью гидравлики), а его основание , закрепленное в конусе 15, имеет кольцевой пропил высотой k и диамет°ром dp. Регулиру  высоту стержн  (т.е. длину его рабочего участка 4), можно получать малые жесткости в поперечном направлении, высота пропила мала, т.е. его осева  жесткость очень больша  и осевое толкающее усилие печредаетс  без трансформации, а за счет малого диаметра пропила при небольших вылетах Д стержн  можно получать малые значени  поперечной жесткости и эффективно фильтровать поперечные сос тавл ющие. С, целью оптимизации параметров пластин бьши проведены теоретические и экспериментальные исследовани , которые позволили сделать следующий вывод: оптимальна  работа полосовых пружин в подвеске будет иметь место только тогда, когда геометрически кажда  полосова  пружина выполнена так, что соблюдаютс  следующие соотношени : 0,UH/L 0,01, ,01, 0,Ul L - длина полуволны синусоиды (т.е. участка полосовой пружины, изогнутого по дуге), tj - длина перемычки (как показали исследовани , они совершенно необходимы, т.е. перемычки выполн ют не только технологическую функцию дл  закреплени  концов полосовых пружин на столе и в устройствах поджати , а (и это главное) необходимы дл  оптимизации работы устройства, т.е.  вл ютс  полноправными функциональными элементами в полосовых пружинах, причем перемычки имеют, как видно, строго определенную длину или диапазон возможных длин, в котором можно выбирать), данными перемычками снабжена кажда  полосова  пружина, в них переходит дугообразно изогнутый ее участок на каждом своем торце{ Н - высота полуволны синусоиды (дуги), L - толщина полосовой пружины (не путать с шириной L, пластины в плане) L - жестко не лимитируетс  и в основном выбираетс  из услови  гашени , т.е. наличи  добавочной поперечной жесткости - той части паразитных составт л ющих (она не велика), которые все же прошли через промежуточньш элемент 10 на стол от штока, что неизбежно, Q обеспечить абсолютную фильтрацию практически невозможно. Далее полосова  пружина 11 в плане (см. фиг.8) имеет симметрично расположенные относительно ее продольной и поперечной плоскостей симметрии сегментные вьфезы с закругленными кра ми, т.е. в плане полосова  пружина 11 имеет переменную ширину (см. также фиг.2), что необходимо дл  обеспечени  у нее высокой усталостной прочности (способности не Разрушатьс  при сколь угодно большом числе циклов динамического нагружени ). В точках с (см. фиг. 7 и 8), а также в точках заделки концов npVжины d и t напр жени  максимальны, поэтому здесь пластина усилена, т.е. имеет максимальную ширину h, а в точках перегиба а и b напр жени  минимальны и на примыкающих к ним Участках пластина имеет в плане утонени  по ширине за счет снабжени  ее сегментными вырезами высотой h, причем h ; 0,25 h. В принципе можно вз ть и hj 0,25 h., но это нежелательно , поскольку полосова  пружина должна обладать достаточной жесткостью в плане, чтобы гасить поперечные добавки паразитных составл ющих , т.е. они должны в этом случае работать в дорезонансной зоне гасить поперечные составл ющие за счет большой жесткости, тогда как промежуточный элемент работает в за резонансной зоне, т.е. гасит или, точнее, фильтрует паразитные составл ющие по принципу виброзащитного средства не только в поперечном направлении , а в продольном он считаетс  жестким, полностью передающим толкающую силу от штока на стол к испытуемому изделию. Чтобы не бьшо резонансов полосовых пружин 11, кажда  из них выполнена в виде пакета упругих пластин 21, разделенных слоем 22 (фиг.6) высокоэффективного демпфирующего сло  типа металлическа  резина, представл юща  собой прессованную по особой технологии из мелкопереплетен ной .стальной проволоки высокого механического качества  чеистую структуру , в которой при деформаци х имеет место интенсивное трение между проволочками, чем и обеспечиваетс  высока  рассеивающа  (поглощающа ) способность, позвол юща  надежно задемпфировать все резонансы полосовых пружин (весь пакет может прошиватьс  тонкой проволокой или тросом). Здесь применена именно металлическа  резина , а не различные вибропоглощающие покрыти , полиэтиленовые и резиновые подкладки с высоким внутренним трением, которые тоже очень эффектив ны. После того, как концы пластинчаты пружин 11 закреплены на столе бив устройствах 12 их радиального поджати  осуществл етс  регулировка осевой жесткости и несущей способности, цилиндрическа  пружина 8 и пластинчатые пружины 11 поджимаютс  так, чтобы в результате подвеска приобрела малую осевую жесткость, котора  д ет возможность в значительной мере снизить потребл емую мощность, устранить статические провисани , а гла ное, путем варьировани  поджати  цилиндрической пружины 8 и пластинчатых пружин 10 в широких пределах регулировать несущую способность вибратора. Электродинамический возбудитель колебаний работает следующим образом. При воспроизведении испытательных режимов на любом из частотных диапазонов толкающа  сила без искажени  передаетс  в осевом направлении от штока 7 к столу 6 с закрепленным на нем испытуемым объектом 13 через промежуточный элемент 10, имеющий в этом направлении большую жесткость, т.е. как бы  вл емс  в этом направлении несжимаемым . Вместе с тем, облада  в поперечном (радиальном) направлении малой жесткостью (большой гибкостью), котора  может р(ггулироватьс  в широких пределах, промежуточный элемент 0 почти не передает (фильтрует) на стол 6 паразитные поперечные колебани  штока 7. Незначительна  часть паразитных составл ю1цих, котора  передалась на стол, устран етс  за счет эесткости пластинчатых пружин 11 в поперечном направлении, при этом последние не имеют резонансов, надежно задемпфированы и работают в оптимальном режиме благодар  конструктивной оптимизации их рабочих параметров . Поскольку большее основание имеет диаметр верхнего конуса равный диаметру стола (или близок к нему) и жестко с ним соединено, имеетс  возможность обеспечить практически равномерное распределение виброускорений на его поверхности, т.е. их равенство в каждой точке его поверхности , поскольку он в этом случае значительно ужесгочен. Предлагаема  конструкци  электродинамического возбудител  колебаний имеет высокие технико-экономические показатели: срок его окупаемости меньше нормативно установленного по отрасли. Расчетный годовой экономический эффект от его внедрени  и эксплуата ции составит 7.800 руб. на партию в 100 шт.

10

...л ..

II I JB

ItI 1 41 V.1V41

13

6 11

n

у . л- If

12

1085647

/4

,3

/

Фиг,5

22N

Г

N

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ, содержащий магнитопровод, обмотку подмагничивания, подвижную систему с обмоткой возбуждения, размещенной в кольцевом рабочем зазоре, стол, соединенный гибким в поперечном и жестким в продольном направлениях промежуточным элементом со штоком, расположенным подвижно в осевом отверстии в керне магнитопровода и жестко скрепленным с обмоткой возбуждения, подвеску, включающую несущий упругий элемент с регулятором поджатия, расположенным по оси штока и связанным с ним, и раДиально расположенные центрирующие элементы в виде изогнутых по синусоиде полосовых пружин с элементами радиального поджатия, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения виброускорения по столу и уменьшения по перечной компоненты виброускорения, промежуточный элемент выполнен в ви де двух соосных усеченных конусов, большие основания которых жестко свя заны со столом и штоком, а меньшие обращены друг к другу, соединенных гибкой связью, выполненной в виде кинематической пары П класса, образованной соссным конусом ступенчатым стержнем, соединенным посредством резьбы с соответствующим гнездовым отверстием в конусах, при этом диаметр ступеней увеличивается с удале нием от торца стержня, причем длина резьбы на каждой ступени, начиная от ступени наименьшего диаметра, уменьшается, при этом ступень большего диаметра выполнена с возможностью фиксации в гнездовых отверстиях обоих конусов, а остальные - с возможностью фиксации только в конусе, 2 соединенном со столом, причем длины ступеней гнездового отверстия этого конуса равны длине резьбы соответствующих ступеней стержня, оба конуса снабжены гидравлическими системами для создания избыточного давления на свободных торцах стержня.

2. Возбудитель колебаний по п.1, отличающийся тем, что · каждая полосовая пружина выполнена в виде пакета пластин, разделенных слоем материала типа металлическая резина”, а по краям имеет расположенные симметрично относительно ее продольной и поперечной плоскостей >

симметрии закругленные вырезы.