Электродинамический вибростенд Советский патент 1991 года по МПК B06B1/04 G01M7/00 

ff%rffos/////f///X, yS////%%ffi&fa I

й/г/

, yS///

й/г/

Изобретение относится к устройствам для возбуждения механических колебаний и может найти применение в низкочастотных виброустановках большой мощности.

Цель изобретения - возбуждение злек- гродинамическим вибростендом колебаний, на низких и инфранизких частотах.

На фиг. 1 показан электродинамический вибростенд, общий вид, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Вибростенд содержит станину 1, на которой установлен шихтованный магнито- провод 2 с обмоткой 3 подмагничивания, подключенной к источнику 4 питания переменного тока, и подвижную катушку 5 с основанием 6, штоком 7 и однослойной обмоткой 8 возбуждения, длина L которой . больше высоты h кольцевого воздушного зазора 9 магнитопровода 2, Подвижная катушка 5 жестко скреплена со столом 10 штоком 7 и установлена в кольцевом зазоре 9 мэгнитопровода 2 посредством подшипников 11, охватывающих шток 7 и пневматическую систему вывешивания. Пневматическая система вывешивания содержит источник 12 давления, подключенный через к;анал 13 к камере 14, образованной основанием 6 подвижной катушки 5 и внутренней поверхностью станины 1. Обмотка 8 возбуждения подвижной катушки 5 подключена к источнику 15 питания переменного тока через установленные на границах кольцевого зазора 9 скользящие токоподводы 16 и 17.

Электродинамический вибростенд работает следующим образом;

При включении источника 12 давления пневматическая система вывешивает испытуемый обьект и стол 10, жестко скрепленный с подвижной катушкой 5, в положение, при котором обмотка 8 возбуждения занимает среднее относительно воздушного зазора 9 положение. Если источник 15 настроить на частоту ад , а источник 4 на частоту а) и подключить к обмоткам 8 и 3 соответственно, то в зоне воздушного зазора 9 возникнет электродинамическая сила, которая на поверхности стола 10 вибростенда будет иметь значение

f 81 slnfUi t 2 sin ад t I K(y) . i

H 81 l2 I K ( - 0)2) COS (ftJl - ад) t - - К (Ш1 + Gfc) COS (ft)1 + ад) t ,

где f - мгновенное значение силы, Н;

Вт - амплитуда индукции магнитного поля в воздушном зазоре 9, наведенного током h обмотки 3 подмагничивания, Тл;

2 -- амплитуда тока обмотки 8 возбуждения подвижной катушки 5, А;

I - длина той части проводника обмотки 8 возбуждения, которая находится под то- ком I2 между скользящими токоподводами 16 и 17 в кольцевом воздушном зазоре 9, м; К (ft)- частотно-зависимый безразмерный коэффициент передачи силы f подвижной катушкой 5, обусловленный жесткостью подвижной катуш ки 5 в направлении возбуждаемых колебаний и суммарной массой этой катушки и стола 10 вибростенда;

К (ои - ад)- значения коэффициента передачи силы для разностной и суммарной частот соответственно;

t - текущее значение времени, с. При выполнении неравенства

0) +а% -ад|(1) коэффициенты передач для разностной и суммарной частот существенно различаются между собой

К (ш + ад) « К (ой - ад) ;К (u)i + ад) О

(2)

что обусловлено конечной жесткостью подвижной катушки 5. Можно записать следующее приближенное выражение для силы f:

f -B 12 I К ( - ад) COS (W1 ад)1. (3)

Выполнение основания 6 упругим в направлении возбуждаемых колебаний позволяет расширить диапазон частот, для которых последнее соотношение выполняется с необходимой степенью точности. Жесткость k основания 6 в направлении возбуждаемых колебаний в случае задания точности воспроизведения колебаний стола 10 коэффициентом гармоник Кг может быть определена из условия непропускания частоты (й)1+ад) полученным механическим фильтром низких частот, включающим подвижную катушку 5 и стол 10 вибростенда с общей массой т, и жесткость k основания 6 подвижной катушки 5

k m (ш + ад)2 Kr. Частоты У и ад могут лежать в диапазоне частот, оптимальном по КПД как для источников питания, так и для материала

Q магнитопровода 2. А так как в магнитопро- воде 2 наводится магнитное поле с переменной индукцией Bisin , то для повышения КПД вибростенда магнитопровод 2 может быть выполнен шихтованным.

5 Для упрощения вибростенда и снижения его стоимости в качестве источника 4 питания взят генератор прямоугольных импульсов, первая нижняя гармоника которых лежит в диапазоне частот источника 15 питания, кроме указанных ранее компонент, в

этой силе появляется и ряд новых компонент с другими комбинационными частотами, но со значительно меньшими амплитудными значениями (следует из разложения прямоугольной импульсной функции в тригонометрический ряд). На стол 10 наибольшим воздействием из этих дополнительных сил обладает сила с комбинационной частотой (3wi -ад) . Однако при выполнении неравенства (1) спра- ведливо:

3 - UJ2 2 СО + 0) -0)2 (Ш + Ш2) (

+ (ал - an} ол + ад

и отсюда с учетом выражения (2) следует К (3 ш - ад) К (йл + ад) « 0 . А поскольку амплитуда составляющей тока i на частоте 3 . значительно меньше амплитуды составляющей этого тока на частоте и (что следует из разложения прямоугольной импульсной функции в тригонометрический ряд), то .составляющая силы с частотой (Зйл-ад) оказывает на стол 10 гораздо меньшее воздействие, чем даже составляющая с частотой (ал +012) . Таким образом, остается справедливо выражение (3).

Вибростенд позволяет проводить испытания изделий большой массы с амплитудами до 150-200 мм на частотах от десятков герц до десятых долей герца.-Коэффициент гармоник при этом не превышает 5%, Формула изобретения 1. Электродинамический вибростенд, содержащий магнитопровод с обмоткой

5 0

5

0

5

0

5

подмагничивания и источником ее питания, установленную в кольцевом зазоре магни- топровода подвижную катушку с основанием, штоком и однослойной обмоткой возбуждения, имеющей высоту больше высоты кольцевого зазора, и подключенной к источнику переменного тока через скользящие токоподводы, установленные на краях кольцевого зазора магнитопровода. и стол, жестко скрепленный со штоком подвижной катушки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот возбуждаемых колебаний, в качестве источника питания обмотки подмагничивания использован источник переменного тока, частотный диапазон источников питания более чем на порядок выше частоты возбуждаемых механических колебаний, а основание подвижной катушки в направлении возбуждаемых колебаний выполнено упругим с жесткостью основания, определяемой из выражения

k m (ал + ад)2 Kr,

где m - общая масса подвижной катушки, стола и объекта испытаний;

0)1 , ад - частоты источников питания;

Кг - допустимый коэффициент гармоник.

2. Вибростенд по п. 1,отличающий- с я тем, что, с целью упрощения конструкции, в качестве источника переменного тока использован генератор прямоугольных импульсов, первая гармоника которого лежит в диапазоне частот источника питания обмотки возбуждения,

Предложен электродинамический вибростенд для механических испытаний. Цель - возбуждение колебаний на низких и инфра- низких частотах. Электродинамический вибростенд содержит магнитопровод 2, обмотку 3 подмагничивания с источником 4 питания и установленную в кольцевом зазоре магнитопровода подвижную катушку 5 с основанием 6, штоком 7.и однослойной обмоткой возбуждения, длина которой превы да шает высоту кольцевого зазора 9 магнитопровода. Обмотка возбуждения подключена к источнику 15 питания переменного тока через скользящие токоподводы 16 и 17. Для возбуждения колебаний на низких и инфра- низких частотах, в качестве источника 4 питания обмотки 3 подмагничивания взят источник переменного тока того же диапазона частот, что и у источника 15 питания переменного тока подвижной катушки. Для повышения точности воспроизведения колебаний стола основание 6 подвижной катушки 5 выполнено упругим в направлении возбуждаемых колебаний, а частоты источников 4 и 15 питания более чем на порядок превышают частоту возбуждаемых колебаний. Для упрощения и удешевления вибростенда в качестве источника переменного тока, подключенного к обмотке подмагничивания, взят импульсный генератор прямоугольных импульсов, первая (нижняя) гармоника которого лежит в диапазоне частот источника питания обмотки возбуждения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С о 00 Јь СЛ О