СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01M7/00 G01M7/02 

Область применения.

Изобретение относится к технике динамических испытаний изделий, например систем и узлов летательных аппаратов различного назначения.

Характеристика аналога, его критика.

Известен способ испытаний изделий на совместное воздействие линейных и вибрационных ускорений, в котором на столе центрифуги размещается вибратор [1] . Реализация такого способа не позволяет проводить испытания изделий с большими габаритами и массой, т. к. расположенный на центрифуге вибратор ограничивает такие возможности. Кроме того, реализация такого способа не позволяет изменять интенсивность действующей вибрации вдоль испытуемого изделия, что имеет место в реальной эксплуатации различных изделий.

Характеристика прототипа, его критика.

Наиболее близким является способ испытаний изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений, когда на вибратор устанавливается центрифуга, у которой ось вращения ротора перпендикулярна рабочей оси вибровозбудителя [2]. В этом случае реализуется переменный угол между вектором вибрационного ускорения и координатными осями изделия, однако уровень действующих вибрационных ускорений вдоль изделия остается постоянным. Кроме того, возможность испытания изделий с большими габаритами и весами также ограничивается размещенной на вибраторе центрифугой. Кроме того, использование центрифуги и вибратора для реализации совместных вибрационных и линейных ускорений приводит к сложной конструкции испытательной установки, т. к. необходимо решать задачи сопряжения вибратора и центрифуги, передачи колебаний на вращающийся ротор центрифуги, иметь вибратор с большой тягой, в связи с тем, что колебания на испытываемые изделия передаются через массивный ротор центрифуги и т.д.

Автору не известны способы испытаний изделий на воздействие вынужденных крутильных колебаний, реализуемые на центрифуге. Традиционно испытания на крутильные колебания осуществляются с помощью линейных вибраторов и специальных приспособлений, преобразующих линейные колебания в крутильные [3].

Известен способ испытаний изделий на воздействие вибрационных ускорений, заключающийся в закреплении изделия на платформе центрифуги, установленной на вибраторе [2]. Недостатком этого способа является невозможность моделировать вибрационные ускорения, действующие на испытуемое изделие, различной интенсивности вдоль его оси.

Указанный способ принят за прототип.

Решаемая техническая задача, достигаемый технический результат.

Заявленным способом решаются следующие технические задачи: упрощение способа реализации динамических нагрузок, действующих на испытуемое изделие, расширение диапазона испытуемых изделий по массово-габаритным характеристикам, а также приближение условий нагружения к эксплуатационным. В результате решения поставленных задач используется только одна центрифуга, что существенно упрощает конструктивное исполнение установки. Т. к. на роторе центрифуги не крепится вибратор, возникает возможность размещать на ней изделия с расширенными габаритно-массовыми характеристиками.

Сущность изобретения.

Технический результат при испытании на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений достигается способом, заключающимся в закреплении испытуемого изделия на платформе центрифуги и сообщении ему вращения (см. чертеж, а). Предложено сообщить изделию пульсирующее вращательное движение, состоящее из постоянного вращательного и углового колебательного, что обеспечено путем подачи пульсирующего тока, имеющего постоянную и переменную составляющие, на ротор электродвигателя постоянного тока привода центрифуги.

При сообщении платформе ротора центрифуги пульсирующего вращательного движения она совершает обычное вращательное движение вокруг ее оси с постоянной угловой скоростью ω и угловые колебания вокруг ее оси с частотой f для гармонических колебаний или с заданным спектральным составом S (f) для случайных колебаний. В результате вращения платформы центрифуги с частотой ω в центре тяжести изделия реализуется линейное ускорение, равное
W₀ = ω²R, (1)
где R - расстояние от оси вращения платформы центрифуги до центра тяжести изделия.

Амплитуда действующих вибрационных ускорений в точке изделия, находящейся на расстоянии r от оси вращения платформы, равна
W_B(r)=E₀f²r, (2)
где Е₀ - амплитуда угловых колебаний;
f - частота угловых колебаний.

Из выражения (2) видно, что уровень возмущающих вибронагрузок вдоль оси используемого изделия изменяется по линейному закону, что удовлетворяет требованиям по моделированию реальных вибронагрузок для большинства систем и узлов летательных аппаратов.

Технический результат при испытании изделия на воздействие крутильных колебаний достигается способом, при котором испытуемое изделие закрепляют в центре платформы центрифуги и сообщают ему угловое колебательное движение путем подачи переменного тока на двигатель постоянного тока привода центрифуги (см. чертеж, в).

Технический результат при испытании изделия на воздействие вибрационных нагрузок с различной интенсивностью, действующих вдоль оси испытуемого изделия, достигается способом, при котором испытуемое изделие закрепляют на платформе центрифуги на расстоянии D от оси ее вращения и сообщают ему угловое колебательное движение путем подачи переменного тока на двигатель постоянного тока привода центрифуги (см. чертеж, б).

На чертеже:
а - схема испытаний изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений;
б - cхема испытаний изделий на воздействие вибрационных нагрузок;
в - cхема испытаний изделий на воздействие крутильных колебаний.

Техническая осуществимость.

Способ испытаний изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений реализуется следующим образом. Испытываемое изделие 1 закрепляют на платформе 2 центрифуги на расстоянии R от оси вращения (см. чертеж, а). На ротор двигателя постоянного тока, который приводит в движение ротор центрифуги с ее платформой, подается пульсирующий ток (J_п), имеющий постоянную составляющую (J₀), обеспечивающий вращение платформы с угловой скоростью (ω), и переменный ток (J_β) с частотой f, обеспечивающий угловые колебания стола с частотой f. Протекающий по обмоткам ротора пульсирующий ток взаимодействует с постоянным магнитным полем, которое генерирует обмотка возбуждения статора электродвигателя, запитываемая источником постоянного напряжения. Взаимодействие пульсирующего тока, протекающего через ротор электродвигателя, с постоянным магнитным полем статора электродвигателя порождает возникновение на роторе пульсирующего крутящего момента, который передается на платформу центрифуги, вызывая ее пульсирующее вращение, состоящее из вращения с постоянной угловой скоростью (ω), на которое накладываются угловые крутильные колебания с частотой f, обеспечивающие нагружение изделия совместными линейными и вибрационными ускорениями.

Способ испытаний изделий на крутильные колебания реализуют следующим образом. Испытываемое изделие 1 закрепляют на платформе центрифуги таким образом, чтобы ось вращения платформы совпадала с центром тяжести испытуемого изделия (см. чертеж, в). На ротор электродвигателя постоянного тока подается переменный ток, что обеспечивает возникновение угловых колебаний платформы центрифуги и нагружений изделия крутильными колебаниями.

Способ испытаний изделий на воздействие вибрационных ускорений реализуется следующим образом. Испытуемое изделие закрепляется на столе центрифуги на расстоянии D от центра вращения (см. чертеж, б)). На ротор электродвигателя постоянного тока подается переменный ток, что обеспечивает возникновение угловых колебаний платформы и нагружение изделия вибрационными нагрузками различной интенсивности вдоль его оси.

Таким образом, обеспечивая различные виды вращательных движений платформы центрифуги путем подачи пульсирующего или переменного тока на двигатель постоянного тока, приводящий в движение ротор центрифуги и платформу, а также размещая на платформе изделие на разном расстоянии от ее оси или совмещая ось платформы с осью изделия, можно реализовывать испытания совместными линейными и вибрационными ускорениями с различной интенсивностью воздействия виброускорений вдоль оси изделия или реализовать вибрационное нагружение изделия с различной интенсивностью действующих виброускорений вдоль оси изделия, или реализовать испытания на воздействие крутильных колебаний.

Источники информации
1. Патент SU 1196713, кл. G 01 М 7/00. 1984 г., опубл. БИ 45, 1985 г.

2. Патент SU 1521016, кл. G 01 М 7/00. 1987 г., опубл. БИ 23, 1996 г.

3. А.С. 1796952 от 21.09.90, опубл. БИ 7, 1993 г.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам для вибрационных испытаний. Способ заключается в закреплении испытуемого изделия на платформе центрифуги и сообщении ему пульсирующего вращательного движения, состоящего из постоянного вращательного и углового колебательного. Пульсирующее вращательное движение обеспечивают путем подачи пульсирующего тока, имеющего постоянную и переменную составляющие, на ротор электродвигателя постоянного тока привода центрифуги. Технический результат: упрощение способа создания вибрационных и линейных ускорений. 1 ил.

Способ испытания изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений, заключающийся в закреплении испытуемого изделия на платформе центрифуги и сообщении ему вращения, отличающийся тем, что обеспечивают пульсирующее вращательное движение, состоящее из постоянного вращательного и углового колебательного, путем подачи пульсирующего тока, имеющего постоянную и переменную составляющие, на ротор электродвигателя постоянного тока привода центрифуги.