ПОДВИЖНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА Советский патент 1994 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к конструкциям, работающим в условиях знакопеременных нагрузок, и может быть использовано при изготовлении подвижных систем электродинамических вибраторов.

Известны конструкции подвижных систем электродинамических вибраторов с каркасными катушками. Каркасы катушек изготавливаются из нержавеющей стали, сплавов меди, магния, алюминия, бериллия и других металлов. Крепление каркасов к корпусу (несущей части) подвижных систем осуществляется приваркой, крепежными деталями, литьем за одно целое с корпусом и т.д.

Недостатком таких конструкций является ухудшение рабочих характеристик вибраторов в виде наличия больших вихревых токов и излишней массы подвижных систем.

Для улучшения рабочих характеристик вибраторов широкое применение получили подвижные системы с бескаркасной конструкцией катушки.

Такая конструкция имеет ряд преимуществ: малую радиальную толщину, обеспечивающую минимальный зазор между витками и магнитопроводом, малую индуктивность на высоких частотах и малый вес. Появляется возможность существенно увеличить общую длину проводов, а также снизить демпфирующие силы, возникающие при движении катушки в магнитное поле.

Подвижная система вибратора содержит корпус с шестью ребрами, на которых закреплена круглая бескаркасная катушка, пропитанная термостойким компаундом. Катушка упирается своими торцами в выступы, которые выполнены за одно целое с ребрами, и тем самым, удерживается от перемещения вдоль корпуса подвижной системы в продольном направлении.

Недостатком этой конструкции является низкая прочность выступов, разрушение которых ведет к нарушению жесткости закрепления катушки и выходу вибратора из строя.

Это является следствием того, что материал корпуса подвижной системы обычно выбирается из соображений дешевизны, малой плотности и высоких литьевых качеств, однако недостатком таких материалов является их низкая прочность.

Целью изобретения является повышение прочности подвижной системы вибратора при действии на него знакопеременных нагрузок за счет увеличения прочности выступов.

Указанная цель достигается тем, что в известной подвижной системе вибратора, содержащей корпус с ребрами, на которых между выступами расположена с упором в них торцовыми поверхностями круглая бескаркасная катушка, ребра выполнены составными.

Во внутреннем элементе ребра, в его торце, выполнена выемка прямоугольной формы.

На наружном элементе ребра, который изготовлен из более прочного, нежели материал внутреннего элемента ребра, и по возможности немагнитного материала, выполнены выступы, между которыми размещаются бескаркасная катушка, зуб, размеры которого соответствуют размерам выемки на торце внутреннего элемента ребра, и два продольных паза по бокам от зуба, ширина которых соответствует толщине внутреннего элемента ребра.

Материал наружного элемента ребра выбран из условия равнопрочности внутреннего и наружного элементов в их опасных сечениях из соотношения
σНВ

≥ K , где σ_в^н - предел прочности материала наружного элемента ребра;
σ_в^в - предел прочности материала внутреннего элемента ребра;
S₁ - площадь наружного элемента ребра в опасном сечении;
S₂ - площадь внутреннего элемента ребра в опасном сечении;
К - действительный запас прочности.

Под опасным понимается сечение, где напряжения от действия знакопеременных нагрузок будут наибольшими.

Действительный запас прочности задается с целью увеличения срока службы и надежности в условиях эксплуатации ответственной детали (наружного элемента ребра). Числовое значение К зависит в каждом конкретном случае от качества технологии изготовления, обработки, коррозионной стойкости, температурного режима работы, однородности материала детали, рабочего частотного диапазона и т.д.

Фиксация наружного элемента ребра в трех взаимно перпендикулярных направлениях осуществляется от перемещения вдоль корпуса подвижной системы - зубом прямоугольной формы; от перемещения по касательной к катушке - за счет наличия пазов; от перемещения в радиальном направлении - за счет использования элемента самой подвижной системы, катушки, в новом для него качестве крепежной детали.

На фиг. 1 представлен общий вид подвижной системы электродинамического вибратора, корпус которой имеет составные ребра, где 1 - корпус подвижной системы; 2 - внутренний элемент ребра; 3 - наружный элемент ребра; 4 - круглая бескаркасная катушка.

На фиг. 2 представлен пример конкретного выполнения составного ребра, где 2 - внутренний элемент ребра; 3 - наружный элемент ребра; 5 - термостойкий компаунд (волнистыми линиями показаны опасные сечения для данного конкретного исполнения).

На фиг. 3 представлен внутренний элемент 2 ребра, где 6 - выемка.

На фиг. 4 представлен наружный элемент 3 ребра, где 7 - зуб прямоугольной формы; 8 - пазы; 9 - выступы.

Внутренний элемент 2 ребра выполнен из магниевого сплава МЛ4 и имеет следующие геометрические размеры: а = 10 мм; b = 10 мм; с = 4 мм; d = 60 мм; е = 25 мм. Предел прочности для МЛ4: σ_в = 25 кгс/мм². Геометрические размеры наружного элемента 3 ребра имеют следующие значения: f = 4 мм; g = 10 мм; h = 3 мм; k = 11 мм; l = 60 мм; m = 10 мм.

Материалом для наружного элемента 3 ребра выбран титановый сплав ВТ6 (σ_в = 95-110 кгс/мм²), исходят из результатов расчета, полученных по предлагаемому соотношению
σНВ

≥ = 91 кгс/мм², при S₁ = k х h = 11 х 3 = 33 мм²;
S₂ = е х с = 25 х 4 = 100 мм²;
К = 1,2.

Наружный элемент 3 ребра устанавливается на внутренний элемент 2 ребра с применением термостойкого компаунда 5.

Предложенная совокупность признаков позволяет существенно повысить прочность подвижных систем электродинамических вибраторов при небольшой стоимости работ по проектированию и изготовлению элементов составных ребер. По сравнению с прототипом прочность может быть увеличена более чем в 3 раза. Предложенный принцип выбора материалов не требует использования для изготовления корпусных деталей подвижных систем вибраторов дефицитных дорогостоящих материалов и позволяет как и ранее применять в этих целях недорогие материалы, обладающие малой плотностью и хорошими литьевыми свойствами.

Использование: в области испытательной техники, в частности в конструкциях, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. Сущность изобретения: ребра выполнены составными. Крепление наружных элементов ребер осуществлено от перемещения вдоль корпуса подвижной системы - зубом прямоугольной формы на наружном элементе ребра, входящем в выемку на внутреннем элементе: от перемещения по касательной к катушке - за счет наличия пазов; от перемещения в радиальном направлении - за счет использования катушки в качестве крепежной детали. Выбор материала наружного элемента ребра проведен исходя из предложенного соотношения, при соблюдении условия равнопрочности внутреннего и наружного элементов ребер в их опасных сечениях. 4 ил.

ПОДВИЖНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА, содержащая корпус с ребрами, на которых выполнены выступы, и бескаркасную катушку, размещенную торцами между выступами, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности при действии знакопеременных нагрузок, ребра выполнены составными, во внутреннем элементе каждого ребра, в его торце, выполнена выемка прямоугольной формы, а на каждом наружном элементе ребра выполнены выступы, между которыми размещается бескаркасная катушка, размеры которых соответствуют размерам выемки на внутреннем элементе ребра, два продольных паза по бокам от выступа, ширина которых соответствует толщине внутреннего элемента ребра, при этом материал наружного элемента ребра обеспечивает выполнение условия
σНВ

≥ K , ,
где σ_в^н - предел прочности материала наружного элемента ребра;
σ_в^в - предел прочности материала внутреннего элемента ребра;
S₁ - площадь наружного элемента ребра в опасном сечении;
S₂ - площадь внутреннего элемента ребра в опасном сечении;
K - действительный запас прочности.