Учебная установка для изучения пространственных колебаний упруго подвешенного тела Советский патент 1991 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к учебным установкам для изучения соответствующих разделов теоретической механики, теории механизмов и машин, теории колебаний, может найти применение в технических вузах и является усовершенствованием учебной установки для изучения пространственных колебаний

упруго подвешенного тела по авт.св. Г 1568070.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей.

На фиг.1 изображена установка, общий вид1, на фиг.2 - то же, вид слева.

Учебная установка для изучения пространственных колебаний упруго подвешенного тела содержит неподвижное основание 1, тело 2, выполненное в форме прямоугольного параллелепипеда, на боковых и торцовых поверхностях которого нанесены индикаторные сетки 3 и 4, вибровозбудитель 5, установленный на теле 2, и упругие элементы 6-9. Основание 1 снабжено четырьмя стойками 10 - 13 с дуговыми направляющими 14 - 17, установленными со стороны торцовых поверхностей 18 и 19 тела симметрично относительно вертикальных плоскостей симметрии тела. Упругие элементы 6-9 выполнены в виде равножестких пружин, одни концы которых закреплены в дуговых направляющих 14 - 17, а вторые при по- мопи поворотных кронштейнов 20 - 23 и зажимных шарниров 24 - 27 - на торцовых поверхностях 18 и 19 тела 2.

Равная жесткость каждой- пружины достигается выполнением отношения ее длины L к среднему диаметру D, равным 1,45 - 1,55.

Следы 28 и 29 плоскости, образованной горизонтальными главными центральными осями инерции (ГЦОИ) тела Iv , Iu, нанесены на боковых и торцоСтопорные винты 46 ослабляются и динамические гасители снимаются с цапо тела. Включается вибровозбудитель 5 и тело 2 на упругих элементах 6-9 начинает совершать пространственные колебания, форма которых зави сит от взаимного расположения ГЦОИ тела (с вибровозбудителем) Ix, Iu, т

JQ и ГЦОЛ К,(, Ки, К системы упругих элементов, а также от точки приложения, направления, амплитуды и частоты вынуждающей силы или момента, дей ствующих со стороны вибровозбудителя

Пусть, например, вынуждающая сила действует по оси KZ и приложена в центре масс (ЦМ.) тела. Если положени вибровозбудителя 5 относительно тела 2 не изменяется, то ГЦОИ тела с вибровозбудителем остаются неподвижными относительно тела 2 и отмечаются сле дами 28 и 29 на боковых и торцовых поверхностях тела. При вертикальной расположении упругих элементов 6-9

25 и поворотных кронштейнов 20 - 23

(Аиг.2 и 1) ПЮЗЧ Кг совпадает с ГЦОИ 1г, а горизонтальные ГЦОН и ГЦОИ вза имно параллельны. Положение горизонтальных ГЦОД фиксируются упругими растяжимыми нитями 34 - 37, а положе ние центра жесткости системы упругих элементов показано как ЦЯ (фиг.1 и 2)

Такое расположение ГЦОИ и ГЦОЛ , приводит к двум независимым формам колебаний z, и двум группам двух20

30

вых поверхностях тела 2. Оси зажимных шарниров 24 - 27 расположены в плоскости, образованной осями 1 и Iu,. Дуговые направляющие 14-17 снабжены

лимбами 30-33. Упругие элементы 6 35 связных колебаний у Ј q и х $ ( . и 7, 7и8, 8и9, 9и6 связаны по-При действии вынуждающей силы по оси

парно между собой по середине упругими растяжными нитями 34-37 (например, резиновыми жгутами). Эти нити указывают следы плоскости, содержащей ® главные центральные оси жесткости (ГЦОЖ) Кх и К и системы упругих элементов 6-9.

По торцам 18 и 19 тела 2 располоKЈ тело 2 совершает независимые вертикальные колебания. Эта форма колебаний наблюдается на боковых и торцовых поверхностях тела в виде вертикальных перемещений узлов индикаторных сеток 3 и 4. I

Изменяя положение ГЦОЖ путем одножены цапфы 38 и 39, оси которых сов- 45 временного или раздельного поворота иещеиы с продольной ГЦОИ тела I,. На кронштейнов 20 - 23 с упругими элементами 6-9, можно воспроизводить и изучать различные формы пространст венных колебаний тела 2 при неизменном относительно него положении вибровозбудителя 5. Так, при горизонтальном положении кронштейнов и упругих элементов ГЦОИ совпадают с ГЦОЖ, что приводит к устранению связанности форм пространственных колебаний тела, т.е. три прямолинейных формы х, у, z и три угловых формы tf, {, независимы. При расположении кронштейнов под одинаковыми углами к верцапфах 38 и 39 установлены два динамических гасителя, каждый из которых выполнен в виде втулки 40 и двух ра- днально расположенных рессор 41 и 42 с грузами 43 и 44 на концах. Втулки 40 выполнены поворотными вокруг цапф 38 и 39, а грузы 43 и 44 - с возможностью перемещения вдоль рессор 41 и 42, причем втулки и грузы снабжены стопорными винтами 45 - 47.

Учебная установка работает следующим образом.

Стопорные винты 46 ослабляются и динамические гасители снимаются с цапо тела. Включается вибровозбудитель 5 и тело 2 на упругих элементах 6-9 начинает совершать пространственные колебания, форма которых зависит от взаимного расположения ГЦОИ тела (с вибровозбудителем) Ix, Iu, тг

Q и ГЦОЛ К,(, Ки, К системы упругих элементов, а также от точки приложения, направления, амплитуды и частоты вынуждающей силы или момента, действующих со стороны вибровозбудителя.

Пусть, например, вынуждающая сила действует по оси KZ и приложена в центре масс (ЦМ.) тела. Если положение вибровозбудителя 5 относительно тела 2 не изменяется, то ГЦОИ тела с вибровозбудителем остаются неподвижными относительно тела 2 и отмечаются следами 28 и 29 на боковых и торцовых поверхностях тела. При вертикальной расположении упругих элементов 6-9

5 и поворотных кронштейнов 20 - 23

(Аиг.2 и 1) ПЮЗЧ Кг совпадает с ГЦОИ 1г, а горизонтальные ГЦОН и ГЦОИ взаимно параллельны. Положение горизонтальных ГЦОД фиксируются упругими растяжимыми нитями 34 - 37, а положение центра жесткости системы упругих элементов показано как ЦЯ (фиг.1 и 2).

Такое расположение ГЦОИ и ГЦОЛ , приводит к двум независимым формам колебаний z, и двум группам двух0

0

5 связных колебаний у Ј q и х $ ( . При действии вынуждающей силы по оси

KЈ тело 2 совершает независимые вертикальные колебания. Эта форма колебаний наблюдается на боковых и торцовых поверхностях тела в виде вертикальных перемещений узлов индикаторных сеток 3 и 4. I

Изменяя положение ГЦОЖ путем одновременного или раздельного поворота кронштейнов 20 - 23 с упругими элементами 6-9, можно воспроизводить и изучать различные формы пространственных колебаний тела 2 при неизменном относительно него положении вибровозбудителя 5. Так, при горизонтальном положении кронштейнов и упругих элементов ГЦОИ совпадают с ГЦОЖ, что приводит к устранению связанности форм пространственных колебаний тела, т.е. три прямолинейных формы х, у, z и три угловых формы tf, {, независимы. При расположении кронштейнов под одинаковыми углами к вер51654859

ика: ..нон плоскости (что контролирутт т з л п о в г р л

ется по лимбам 30 - 33) реализуется фокальная подвеска тела. Так, при угле установки упругих элементов, равном 45° к вертикальной плоскости, подвеска имеет четыре несвязные формы колебаний х, г, и ( и одну группу двухсвязных у Lp . При возбуждении вдоль оси К„ наблюдаются прямолинейные горизонтальные перемещения узловых точек торцовых индикаторных сеток 4 и дуговые перемещения узловых точек боковых индикаторных сеток 3.

При расположении кронштейнов н упругих элементов под различными углами получают шестисвязную форму колебаний х $ У & z $ Ч5 $ V $ т е пиб- ровозбужденнг, действующее только по оси К, приводит к одновременному колебанию тела 2 вдоль и вокруг оси ГЦОИ. Использование равножестких пру- зкин в качестве упругих элементов позволяет воспроизвести рациональную подвеску тела, имеющую только четыре собственных частоты, так как собственные частоты прямолинейных колебаний становятся равными, т.е. 00 Им С0г U; G3(o, СОц,, Ш}. Изменяя

частоту вибровозбуждеиия можно изучать различные формы резонансных колебаний тела 2.

При работе установки на цапфы 38 и 39 тела 2 мокно надеть динамические гасители, а их втулки 40 закрепить при помощи стопорных винтов 46 в необходимом положении. Так, при изучении действия динамических гасителей в направлении оси их рессоры 41 и 42 устанавливаются в горизонтальной плоскости. При соблюдении соотношения С0„г (К/т)1г 00, ОЭоги Сх) - соответственно частота динамического гасителя и частота вынуждающей силы, а К и m - коэффициент изгибной жесткости одной пары рессор и масса грузов 43 и 44, грузы динамических гасителей начинают колебаться в противофазе с вынуждающей силой и тем самым существенно снижают амплитуды колебаний те- ла 2. Настройка динамических гасителей производится путем перемещения грузов 43 и 44 вдоль рессор 41 и. 42 (изменением жесткости рессор) и последующей их фиксацией стопорными вин тами 45 и 47. Массы грузов могут также изменяться.

Смещая вибровозбудитель 5 вдоль оси 1Х, возбуждают угловые колебания

тела 2 вокруг оси Iu и наблюдают противофазную работу динамических гасителей между собой, позволяющую снизить амплитуду угловых колебаний тела вокруг оси Iu. При возбуждении прямолинейных колебаний тела 2 вдоль оси 1 ц (вибровозбудитель 5 поворачивается на 90° вокруг оси I-, а упругие элементы 6-9 располагаются горизонтально) рессоры 41 и 42 устанавливаются в вертикальной плоскости,

образованной осями 1 и

12. При со5

1ц. Совмещение осью 1 поэволя0

0

0 ,

ответствующеп настройке динамических гасителей наблюдают снижение колебаний тела 2 вдоль оси осей цапф 38 и 39 с

ет избежать появления дополнительных моментов сил,. действующих со стороны

0 динамических гасителей на тело 2, и устранить паразитные формы колебаний тела.

Кроме того, возможно при работе установки динамические гасители снять,

5 возбуждая сложную форму колебаний, например прямолинейные колебания вдоль осей I и Ivji (вынуждающая сила вибро- возЬудителя направлена под углом к вертикальной продольной плоскости 1у и I-,) . На торцовых поверхностях тела 2 по траекториям узловых точек индикаторных сеток определяют направление наиболылего перемещения тела. На цапЛы 38 и 39 тела 2 устанавливают динамические гасители и ориентируют

5 их так, что плоскость расположения рессор 41 и 42 перпендикулярна направлению наибольшего перемещения тела и наблюдают снижение виброперемещений тела одновременно в-направле- I,

нии осей 1 и J.Q..

Для более корректного определения величины снижения амплитуд колебаний тела 2 при работе динамических гасителей на теле могут устанавливаться вибродатчики с необходимой ориентацией осей чувствительности. На учебной установке можно воспроизводить и изучать и другие варианты работы динамических гасителей, в том числе и при трех, четырех н шестисвязных колебаниях тела.

Формула изобретения

Учебная установка для изучения пространственных колебаний упруго подвешенного тела по авт.св.№ 1568070, отличающаяся тем, что, с

целью расширения демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей, она содержит две цапфы, установленные на торцовых поверхностях тела соосно с его продольно главной центральной осью инерции и два динамических гаси- I теля, каждый из которых содержит

втулку со стопорным винтом, установленную на цапфе с возможностью поворота и фиксации стопорным винтом, две рессоры, радиально установленные на втулке, и два груза со стопорными винтами, установленные на рессорах с возможностью продольного перемещения и Аиксации стопорными винтами.

Изобретение может быть использовано при проведении лабораторных работ по изучению пространственных колебаний тела в технических вузах. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей. Учебная установка включает неподвижное основание, тело, выполненное в форме прямоугольного параллелепипеда, на боковых и торцовых поверхностях которого нанесены индикаторные сетки, вибровозбудитель, установленный на теле, упругие элементы, связывающие тело с неподвижным основанием. Основание снабжено четырьмя стойками с дуговыми направляющими, установленными по торцам тела симметрично относительно вертикальных плоскостей симметрии тела. Упругие элементы выполнены в виде равножестких пружин, одни концы которых закреплены в дугоных направляющих, а другие при помощи поворотных кронштейнов и зажимных шарниров - на торцовых поверхностях тела. Следы плоскости, образованной горизонтальными главными центральными осями инерции (ГЦОИ) тела, нанесены на боковых и торцовых поверхностях тела. Дуговые направляющие стоек снабжены лимбами,а упругие элементы связаны между собой по середине упругими растяжными нитями. На торцах тела расположены цапАы соосно с продольной ГЦОИ тела. На цапфах установлены два динамических гасителя, каждый из которых выполнен в виде втулки и двух радиально расположенных, рессор с грузами на концах. Втулки выполнены с возможностью поворота вокруг цапф, а грузы - с возможностью перемещения вдоль рессор, при этом втулки и грузы снабжены стопорными винтами. 2 ил. с 5S (Л 05 СП Ј 00 сл ср

18

у

20,Я 2№

////////

яяъяцп

VU-

19 434/ I

//

4/7 н,гз

к W

Фиг.1

lj 454ff g 26 20

II Т 1 i

pffiv

Фиг. г

Щ31