ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОСТЕНД Российский патент 1995 года по МПК G01M7/02 B06B1/04 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний изделий на воздействие вибрации.

Известен электродинамический вибростенд, оснащенный рабочим столом, изготовленным из легкоплавкого сплава. Стол представляет собой круглую установочную пластину, снабженную элементами для крепления испытуемого изделия [1]
Из-за отсутствия ребер жесткости стол большой массы обладает относительно низкой резонансной частотой, что приводит к снижению развиваемого вибростендом ускорения и сокращению рабочего диапазона частот.

Известен электродинамический вибростенд, оснащенный рабочим столом, изготовленным из легкого сплава, снабженным радиальными ребрами жесткости с уменьшающейся высотой к центру стола [2]
Уменьшение высоты ребер в направлении к центру стола приводит к значительному снижению изгибной жесткости конструкции и резкому снижению его резонансной частоты, а значит, к сокращению рабочего диапазона частот.

Известен электродинамический вибростенд, оснащенный рабочим столом, изготовленным из бериллиевого сплава и представляющим собой круглую установочную пластину, прикрепленную шестью радиальными ребрами жесткости постоянной высоты, снабженную элементами для крепления испытуемого изделия. Ребра жесткости склеены с установочной пластиной и между собой эпоксидным клеем [3]
Недостатком рабочего стола является отсутствие обечайки, охватывающей ребра жесткости и установочную пластину, что снижает изгибную жесткость конструкции и равномерность передачи усилий от силовой катушки к столу.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электродинамический вибростенд, содержащий магнитопровод с катушкой подмагничивания и упруго подвешенную подвижную систему, состоящую из силовой катушки, размещенной в рабочем зазоре магнитопровода, и рабочего стола, изготовленного за одно целое из магниевого сплава, включающего установочную пластину с элементами для крепления объекта испытаний, подкрепленную шестью радиальными ребрами жесткости постоянной высоты, и охватывающую их обечайку, причем обечайка охватывает ребра не по всей их высоте. Кроме того, рабочий стол вибростенда снабжен дополнительным кольцевым ребром, расположенным концентрично между центром стола и обечайкой, высота которой значительно меньше высоты радиальных ребер жесткости [4]
Недостаточно жесткое закрепление концов ребер при использовании обечайки меньшей высоты, чем высота ребра, приводит к снижению изгибной жесткости стола, а следовательно, и его резонансной частоты. Кроме того, дополнительное кольцевое ребро не воспринимает нагрузки при изгибе стола и только увеличивает его массу, что приводит к снижению как резонансной частоты, так и ускорения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является достижение максимальной резонансной частоты при минимальной массе рабочего стола вибростенда.

Для этого в электродинамическом вибростенде, содержащем магнитопровод с катушкой подмагничивания и упруго подвешенную подвижную систему, состоящую из силовой катушки, размещенной в рабочем зазоре магнитопровода, и рабочего стола, изготовленного за одно целое из магниевого или бериллиевого сплава, включающего круглую установочную пластину с элементами для крепления объекта испытаний, подкрепленную шестью радиальными ребрами жесткости постоянной высоты, и охватывающую их обечайку, обечайка охватывает ребра жесткости по всей их высоте, при этом толщина обечайки и ребер жесткости составляет
h_р= где f_в частота верхней границы рабочего диапазона частот;
D_in внутренний диаметр стола;
Е модуль упругости материала стола;
ρ плотность материала стола, толщина установочной пластины составляет
h_п= а высота ребер жесткости определяется по формуле
H_р=
На фиг. 1 изображен вибростенд, разрез; на фиг.2 разрез стола в аксонометрии; на фиг. 3 рабочий стол, разрез.

Вибростенд содержит магнитопровод 1 с системой 2 подмагничивания и подвижной системой, состоящей из силовой катушки 3, жестко соединенной с рабочим столом 4. Подвижная система подвешена на упругих подвесках 5. Круглая установочная пластина 6 рабочего стола подкреплена шестью радиальными ребрами 7 жесткости и охватывается обечайкой 8. Для соединения стола 4 с силовой катушкой 3 служат резьбовые отверстия 9. На столе 4 установлен объект 10 испытаний, соединенный со столом посредством болтов, входящих в резьбовые пробки 11 стола 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче постоянного напряжения в систему 2 подмагничивания возникает постоянный магнитный поток, пронизывающий силовую катушку 3. При подаче в катушку 3 напряжения с необходимой частотой под воздействием сил взаимодействия постоянного магнитного потока и тока в ее витках, катушка 3 приходит в возвратно-поступательное движение с частотой переменного тока. Стол 4, жестко связанный с силовой катушкой 3, также совершает поступательное движение. При повышении частоты переменного тока наступает изгибной резонанс стола. Экспериментально установлено, что при условии равенства резонансных частот изгибных колебаний элементов стола стол во всем диапазоне частот колеблется как единое целое. В случае превышения резонансной частотой отдельной детали резонанса стола в целом масса детали завышена.

Для того, чтобы при минимальной массе рабочего стола вибростенда получить максимальную резонансную частоту, необходимо спроектировать стол, размеры элементов которого (пластины, ребер, обечайки) будут рассчитаны в соответствии со следующими математическими выражениями:
h_р= где f_в частота верхней границы рабочего диапазона частот;
D_in внутренний диаметр стола;
Е модуль упругости материала стола;
ρ плотность материала стола;
h_п= где h_n толщина установочной пластины,
H_р= где Н_р высота ребра жесткости.

Математические выражения устанавливают связь между резонансной частотой элементов стола, которая равна верхней границе рабочего диапазона частот вибростенда, модулем упругости материала стола, плотностью материала стола и размерами элементов стола. Резонансная частота зависит от жесткости конструкции стола, а значит, от модуля упругости Е и плотности ρ. Чем больше Е и меньше ρ, тем выше резонансная частота.

Числовые коэффициенты математических выражений установлены экспериментально.

При проектировании рабочих столов вибростендов без учета приведенных математических выражений большая часть деталей может иметь завышенную резонансную частоту, а также и массу, а меньшая заниженную частоту. В результате стол имеет низкую резонансную частоту при большой массе.

Проведенные испытания показали, что у рабочих столов вибростендов, размеры элементов которых рассчитаны по приведенным математическим формулам, значительно повышается верхняя граница рабочего диапазона частот и увеличивается развиваемое ускорение, причем масса этих столов значительно ниже массы известных столов.

Сущность изобретения: рабочий стол электродинамического вибростенда включает круглую установочную пластину с элементами для крепления испытуемого изделия, подкрепленную шестью радиальными ребрами жесткости постоянной высоты, и обечайку, охватывающую ребра жесткости по всей их высоте. Стол изготовлен за одно целое из магниевого или бериллиевого сплава. Приведены соотношения для определения толщин обечайки, ребер жесткости и установочной пластины и высоты ребер в зависимости от частоты верхней границы рабочего диапазона частот вибростенда, внутреннего диаметра стола, модуля упругости и плотности материала стола. Изобретение обеспечивает достижение максимальной резонансной частоты при минимальной массе рабочего стола. 3 ил.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРОСТЕНД, содержащий магнитопровод с катушкой подмагничивания и упруго подвешенную подвижную систему, состоящую из силовой катушки, размещенной в рабочем зазоре магнитопровода, и рабочего стола, изготовленного за одно целое из магниевого или бериллиевого сплава и включающего круглую установочную пластину с элементами для крепления объекта испытаний, подкрепленную шестью радиальными ребрами жесткости постоянной высоты, и охватывающую их обечайку, отличающийся тем, что обечайка охватывает ребра жесткости по всей их высоте, при этом толщина обечайки и ребер жесткости составляет

где f_b частота верхней границы рабочего диапазона частот;
D_in внутренний диаметр стола;
E модуль упругости материала стола;
r плотность материала стола,
толщина установочной пластины составляет

а высота ребер определена по формуле