Электродинамический вибровозбудитель Советский патент 1992 года по МПК B06B1/04 G01M7/04 

Изобретение относится к устройствам для воспроизведения гармонических колебаний в заданном диапазоне частот, а именно к электродинамическим вибровозбудителям и может быть использовано, например, в качестве вибростенда.

Известна образцовая инфразауковая вибрационная установка типа ОИВУ-2.для обеспечения однонаправленных колебаний, содержащая магнитопровод, подвижную часть, включающую жестко связанные между собой стол и размещенные в рабочем зазоре магнитопровода два подвижные катушки, находящиеся одна от другой на расстояний ,-1 м, связанные между собой жестким стержнем, зл упругую подвеску в виде плоских пружин, связанных а центре с подвижной частью, afio перим етру - с маг- топроводом.

Наиболее близким к Предлагаемому является электродинамический аибровозбу- дитеяь, содержащий магнитопровод, подвижную часть, включающую жестко связанные между собой стол и размещенную в рабочем зазоре магнитрпровода силовую катушку, и упругую подвеску, состоящую из двух разнесенных по длине подвижной части пружинных систем, каждая из которых включает четыре плоские пружины, размещенные перпендикулярно оси возбуждения колебания, связанные одними концами с подвижной частью симметрично оси подвижного элемента, а другими - со свободными концами плоских пружин, установленых параллельно оси возбуждения. Жесткость системы пружин в поперечном направлении велика и рассчитана так, чтобы нейтрализовать боковые моменты и смещающие нагрузки. Вибрационная система работает в диапазоне частот 0,1 - 200 Гц, имеет габаритные размеры 570 х 570 х 700 мм.

Использование данной системы в низкочастотном диапазоне приводит к нелинейности смещения подвижного элемента. При смещении последнего возникают усилия, растягивающие плоские пружины, расположенные перпендикулярно оси

возбуждения колебаний (радиальные пружины). Эти растягивающие усилия пропорциональны смещению подвижного конца плоских пружин, установленных параллельно оси возбуждения колебаний (тан

генциальных пружин). С увеличением растягивающего усилия, т.е. с увеличением амплитуды перемещений подвижного элемента, увеличивается жесткость радиальных пружин. Изменение жесткости

радиальных пружин приводит к нелинейной зависимости смещения подвижного элемента от прилагаемого усилия. Следовательно, увеличение 1амплитуды перемещения подвижного элемента приводит к

ухудшению параметров воспроизводимой вибрации.

Цель изобретения - повышение точно: сти воспроизведения гармонической формы колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в электродинамическом вибровозбудителе, содержащем магнитопровод, подвижную часть, включающую жестко связанные между собой стол и размещенную в рабочем

зазоре магнитопровода катушку, и упругую подвеску, состоящую из двух разнесенных подлине подвижной части пружинных систем, каждая из которых включает четыре плоские пружины , размещенные перпендикулярно оси возбуждения колебаний и связанные одними концами с подвижной частью, а другими - со свободными концами плоских пружин, установленных параллельно оси возбуждения колебаний. Каждая пружина, параллельная оси возбуждения, выполнена из двух установленных параллельных упругих элементов, отстоящих один от другого на расстояйии X, выбранном из условия

х 51743645б

F Iна пружины; на фиг. 3 - вибровозбудитель.

2 ( Ркр. - F ) вид в изометрии.

Электродинамический вибровозбудигде F - воспринимаемая одним упругим тель состоит из корпуса J. установленного элементом, установленным на магнито- 5 на основании 2. В корпусе 1 размещены проводе, часть максимальной рабочей на- магнитопровод и подвижный элемент, грузки:включающий жестко связанные меж/1 ч I - длина пружины, перпендикулярной бой стол 3, прикрепленный к кронщтзй г/ ., оси возбуждения колебаний;и силовую катушку 5. В рабочем зазоре магРкр - критическая сила Эйлера, вызы- 10 нитопровода, включающем постоянные маг- вающая потерю устойчивости упругого ниты 6 и 7, размещена силовая катушка 8, элемента, установленного на магнитопро- связанная с кронштейном 9 подвижного воде.элемента. Кронштейны 4 и 9 связаны между

Кроме того, пружины, перпендикуляр- собой штоком 10. Упругая подвеска (фиг. 3) ные оси возбуждения колебаний, рэзмеще- 15 состоит из двух разнесенных по длине по- ны попарно в разных плоскостях, смещены движной части пружинных систем, каждая относительно оси подвижной части и за- из которых включает четыре плоские пружи- креплены на последней со стороны, проти- лы 11, размещенные перпендикулярно оси воположной их прикреплению к пружинам, возбуждения колебаний, связанные одними установленным на магнитопроводе.20 концами с подвижной частью, а другими со свободными концами плоских пружин 12,

Сущность изобретения заключается установленных параллельно оси возбужде- том, что за счет предлагаемой упругой под- ния и выполненных из четырех пар, в каж- вески можно линеаризовать жесткостную дои паре представляющие собой характеристику вибровозбудителя и тем са- 25 установленные параллельно два упругих мым повысить точность воспроизведения элемента. Пружины 11 размещены попарно гармонической формы колебаний. в разных плоскостях, смещены относитсяьРасстояниеХ. которое определяет уста- но подвижной части и закреплены на по- новку двух параллельных упругих элемен- следней со стороны, противоположной тов тангенциальных пружин, рассчитано 30 прикреплению к пружинам 12. так, чтобы свести до минимума в процессе Вибровозбудитель работает с л еду гоработы поворот концов связанных с ними щим образом.. .

. плоских пружин, установленных перпенди-Управляющий сигнал в виде переменнокулярно оси возбуждения колебаний. Такое го тока подается в силовые катушки 5 и 8 и исполнение практически исключает вред- 35 вызывает их перемещение в магнитопрово- ное влияние поворота концов пружин на де. Это перемещение через шток 10 переда- линейность жесткостной характеристики ется столу 3. упругой подвески.В конкретном исполнении вибровозбуПружины, перпендикулярные оси воз- дитель использован в качестве низкочастот- буждения колебаний, размещены попарно в 40 ного вибростенда. Корпус вибростенда разных плоскостях, смещены относительно . установлен и закреплен на основании с воз- подвижной части и закреплены на послед- можностью поворота в пределах угла ± 90°. ней со стороны, противоположной их при- Горизонтальные- и вертикальные пружины креплению к пружинам, установленным на выполнены из стали 65Г. Каждая пружина, магнитопроводе для увеличения длины пру- 45 установленная параллельно оси возбужде- жин. По сравнению с радиальными пружи- ния колебаний, представляет собой два уп- нами известного устройства длина этих ругих элемента, установленных один от пружин увеличена более чем в 1,5 раза. Так другого на расстоянии 8 мм.. Длина пружин, как амплитуда перемещения подвижной ча- установленных перпендикулярно оси воз- сти определяется длиной пружин, перпен- 50 буждения колебаний, равна 122 мм, их край дикулярных оси возбуждения колебаний, то, . смещен от оси штока 10 на 10 мм. Высота следовательно, предлагаемый вибровозбу- такого вибростенда 310 мм, диаметр 215 мм. дитель можно использовать в частотной об- Охлаждение его осуществляется свободной ласти, более низкой по сравнению с конвекцией через отверстия в нижней и вер- известным устройством без ухудшения точ- 55 хней крышках, защищающих-подвижную ности воспроизведения параметров вибра- часть и являющихся одновременно экранации,ми магнитного поля. Двойная амплитуда

На фиг. 1 изображен вибровозбудитель, смещения платформы вибростенда на низ- разрез; на фиг. 2 - схема сил, действующих ких и инфранизких частотах при синусоидальней форме движения равна 20 мм. Вес

вибростенда не более 45 кг. Применение предлагаемого электродинамического вибратора в качестве низкочастотного вибростенда позволяет расширить частотный диапазон синусоидальных перемещений платформы до 0,001 Гц при относительно больших амплитудах перемещений и малых искажениях формы сигналов.

Предлагаемый вибровозбудитель по сравнению с известным при одинаковом диаметре корпуса имеет большее (не менее чем в три раза) перемещение виброплатформы ввиду большей длины горизонтальных пружин. Это следует из уравнения для определения прогиба плоской пружины:

Коэффициент жесткости К по сравнению с известным .устройством остается постоянным в более широком диапазоне перемещений у, так как пружины, расположенные параллельно оси возбуждения колебаний, образуют две стороны параллелограмма/обеспечивающего параллельность смещения защемленного конца пружины А, расположенной перпендикулярно оси возбуждения колебаний основанию параллелограмма Б (фиг. 2) во всем диапазоне упругих деформаций пружин А.

Расстояние между парой пружин, расположенных параллельно оси возбуждения

колебаний (фиг.: 2). можем определить из условия

Изобретение относится к вибрационной технике. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения гармонической формы колебаний. Электродинамический вибровозбудитель содержит магнитолро- вод, подвижную часть, включающую жестко соединенные между собой стол 3 и силовые катушки 5 и 8. и упругую подвеску, состоящую из двух разнесенных по Длине подвижной части пружинных систем, каждая из которых включает четыре плоские пружины 11, размещенные перпендикулярно оси возбуждения колебаний попарно в разных пло

F-Г

где у - перемещение конца пружины;

F - приложенная сила;

I - длина пружины;

Е - модуль упругости;

I - момент инерции сечения пружины.

Наличие двух идентичных разнесенных вдоль оси подвижного элемента пружинных систем необходимо для компенсации боковых моментов, возникающих при работе нагруженного вибровозбудителя.

Колебательное движение подвижной части вибровозбудителя описывается дифференциальным уравнением второго порядка:

myVRyVKy-F(t),

где m - масса подвижной части;

у - перемещение подвижной части;

R - коэффициент сопротивления;

К - жесткость пружин;

F - возмущающая сила;

t-время:

у. у, у - перемещение, скорость и ускорение подвижной части.

Приведенное уравнение становится линейным, а воспроизводимые колебания - синусоидальными, если m, R и К не зависят от у; у1; у; t во всем диапазоне этих величин. Поскольку масса подвижной части в процессе работы вибровозбудителя не меняется, то на точность воспроизведения параметров вибраций решающее значение оказывают R и К.

По сравнению с известным устройством характер сил сопротивления остается тем же, т.е. сухое трение подвижной части отсутствует. В этом случав коэффициент сопротивления R-const.

(D

,

«p.,

где R - реакция опоры;

FKp. - критическая сила Эйлера, вызывающая потерю устойчивости упругого элемента, установленного на магнитопро- воде.

Составим уравнение моментов сил относительно точки 0;

30

р(-§-+х) Вх. .

Решаем уравнение относительно X:

(3)

Х

F -I

35

2(R-F) V

ем:

При указанном условии R Ркр. получа

Х

F-I

2(Т.ср.-Р)

(4)

%

Ввиду малого перемещения концов пружин, установленных параллельно оси возбуждения колебаний, их влияние на

коэффициент жесткости К в уравнении (2) ощутимо только в том случае, если их жесткость на порядок выше жесткости пружин, расположенных перпендикулярно оси возбуждения колебаний..

Упругие пластины, установленные на магнитопроводе, оказывают минимальное воздействие на коэффициент жесткости пластин, установленных перпендикулярно оси возбуждения колебаний (фиг. 2) при условии

.

(5)

где V - сила, вызванная деформацией пружин, установленных на магнитопроводе;

Т - тангенциальная составляющая от силы натяжения S пружин, установленных перпендикулярно оси возбуждения колеба

НИИ.

Рассмотрим фиг. 2.

Т i

F Кг у . tga tga

V , (6)

sin a tga тогда неравенство (5) имеет вид:

Кг У у ( у. у ч. tg а Л14 sin a tg a

где Кг - коэффициент жесткости пружины, установленной перпендикулярно оси возбуждения колебаний;

F - изгибающая сила;

у- перемещение конца пружины, установленной перпендикулярно оси возбуждения колебаний;

Кв - коэффициент жесткости двух упру- гихэлементов, установленных параллельно, образующих пружину, установленную на магнитопроводе;

(Х- угол прогиба пружины, установлен ной перпендикулярно оси возбуждения-ко- лебаний;.

.,6,- перемещение концов пружин, установленных на магнитопроводе.

Рассмотрим случай, когда предельный угол упругой деформации плоской пружины равен 14°. В этом случае

д

0725 Кв( sin a tga );

Кг У к / у1

0,25 0,241 0,2

mv

4Кг У 0,13 Кв-у или Кг 0,03 Кв.

):

Для одного упругого элемента, установленного параллельно, образующего совместно с другим упругим элементом пружину, Установленную на магнитопроводе. нера- венство (7) имеет вид

16КГ ЈКВ.

(8)

Полученное неравенство (8) указывает на возможность создания достаточно жестких пружин, установленных на магнитопроводе, т.е. параллельно оси возбуждения

колебаний, обеспечивающих малые боковые смещения подвески и одновременно незначительно влияющих на линейность жесткостной характеристики.

Предлагаемый электродинамический вибровозбудитель позволяет воспроизводить гармонические колебания с коэффициентом искажения основной гармоник менее 1% в пределах упругих деформаций пружин, расположенных перпендикулярно оси возбуждения колебаний, и использовать его в частотном диапазоне от 0,001 Гц и выше.

Формула изобретения 1. Электродинамический вибровозбудитель, содержащий магнитопровод, подвижную часть, включающую жестко связанные между собой стол и размещенную в рабочем зазоре магиитопровода катушку, и упругую подвеску, состоящую из двух разнесенных по длине подвижной части пружинных систем, каждая из которых включает четыре плоские пружины, размещенные перпендикулярно оси возбуждения колебаний,и связанные одними концами с подвижной частью, а другими - со свободными концами плоских пружин, устаноаленых на магни,то- лроводе параллельно оси возбуждения, о V- личающийся тем, что, с целью повыше- , ния точности воспроизведения гармониче- ской формы колебаний за счет уменьшения нелинейности подвески, каждая пружина, параллельная оси возбуждения, выполнена из двух параллельных упругих элементов, отстоящих друг от друга на расстоянии X, выбранном из условия

40

X

u

2(

5

0

5

где F - воспринимаемая одним упругим элементом, установленным на магнитопроводе, часть максимальной рабочей нагрузки;lr (

I - длина пружины, перпендикулярной оси возбуждения колебаний,

FKp - критическая сила Эйлера, вызывающая потерю устойчивости упругого элемента, установленного на магнитопроводе.

е