Способ передачи вибрации от вибровозбудителя к испытуемому объекту Советский патент 1993 года по МПК G01M7/04 

Изобретение относится к вибрационным испытаниям и может быть использовано преимущественно при испытаниях малогабаритных объектов на виброустойчивость и вибропрочность при однонаправленном движении.

Цель изобретения - расширение диапазона испытательныхчастот, в котором обеспечивается заданная точность воспроизведения однонаправленной вибрации, за счет более дальней отстройки резонансов на частотах поперечных колебаний системы объект- стержень от резонанса стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний.

Цель достигается тем. что согласно способу передачи вибраций от вибровозбудителя к испытуемому объекту, по которому подвижную часть вибровозбудителя соединяют с объектом с помощью сплошного или наборного цилиндрического стержня, из- гибную жесткость которого определяют из условия отсутствия резонансов на частотах поперечных колебаний системы объект- стержень, изгибную жесткость стержня определяют также из условия отсутствия резонансных колебаний стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, обеспечивая одновременное соблюдение обоих упомянутых условий определением EI по соотношению

El K2F I4 АГ2 (i% + KiM 13оЯ х

00

ю

&

ю о

V

где Е - модуль упругости материала стержня;

I - момент инерции поперечного сечения стержня;

Ki-0,02...0,04; К2-0.72...1,12; р- плотность материала стержня;

F - минимально возможная по условию прочности площадь поперечного сечения стержня;

I - длина стержня;

AI - корень частотного уравнения поперечных колебаний консольного стержня;

М - масса испытуемого объекта;

Н - расстояние от центра тяжести объекта до точки его крепления на стержне;

10 - момент инерции объекта относительно его центральной оси, перпендикулярной плоскости поперечных колебаний, продольную жесткость EF/I стержня определяют из условия отсутствия резонанса двухмассовой системы подвижная часть вибровозбудителя - стержень - объект в диапазоне частот ш, ад по соотношению Е F m М 2 I т+М ад

где: т - масса подвижной части вибровозбудителя, при этом, если при изгибной жесткости, удовлетворяющей упомянутым

условиям, I/F

1

4л

используют наборпри I/F

4л:

ный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, a -2 . 1

используют полый стер-

жень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F const.

На фиг.1 изображена вибрационная установка для реализации способа; на фиг.2 - полученная экспериментально зависимость уровня поперечных колебаний объекта от частоты возмущающей силы.

Вибрационная установка (фиг.1) содержит вибровозбудитель 1 с подвижной частью 2, испытуемый объект 3, закрепленный на стержне 4.

Изгибную жесткость EI стержня 4 выбирают согласно приведенному расчетному соотношению, что обеспечивает размещение резонансной частоты

р У б Ь i ч f i i ° М

Ро- м|3 М+3( , + |2 + М|2 )1

+ 3(M+iЈ. )f -т

1 Ml2Ml2

(максимальной из частот поперечных колебаний системы объект-стержень) ниже рабочего диапазона испытательных частот

0

5

0

5

0

5

0

аи , ад , а частоты Pi -у

(первой

собственной частоты поперечных колебаний стержня) выше указанного диапазона. Одновременный учет в соотношении для выбора EI условия отсутствия резонансов на частотах Р0 и Pi(Pi P0) обеспечивает за счет назначения коэффициентов Ki и «2 одинаково безопасную дальность отстройки ди- апазона , ад от упомянутых резонансов, что в известном способе не достигается.

При этом выбранная, согласно предлагаемому способу, величина EI является средним арифметическим граничных значений изгибной жесткости, а именно, EI

-fj Ымин + п Е1макс.

где Е1Мин нижняя граница полуинтервала Е1Мин + °° допустимых значений EI, определяемого неравенством ;

Е1Макс - верхняя граница интервала 0,Е1Макс допустимых значений EI, определяемого неравенством Р0 . Диапазон о) , ад может быть размещен между резонансными частотами Р0 и PI при выполнении соотношения ад/ад Pi/P0. В этом случае область допустимых значений EI будет непустым множеством, а Е1Мин Е1Макс. Из сопоставления расчетных соотношений для выбора EI согласно известному и предлагаемому способам можно заметить, что Е1макс представляет собой величину , выбираемую согласно решению-прототипу. Значит в силу того, что Е1Мин Е1Макс Е1Ст, то

45

El - -Q- Е1мин

+ Е1ст

Elc

Таким образом, в заявляемом способе выбирается более гибкий стержень, что обеспечивает более дальнюю в сравнении с прототипом отстройку частоты Р0 или при заданной одинаковой точности воспроизведения однонаправленных вибраций расширение рабочего диапазона испытательных частот в сторону их понижения. Упомянутый эффект особенно сущестоенен при испытаниях в узких диапазонах частот ( ад 5 ш), то есть при PI ад .

Согласно методике расчета параметров виброустановки длину I стержня 4 выбирают с учетом условий устойчивости стержня, его достаточной продольной жесткости EF/I и обеспечения возможности размещения резонансных частот Р0 и PI вне диапазона toi . ад . Эти условия накладывают на величину I ограничение сверху. В связи с этим длину стержня назначают равной максимально возможной по наиболее строгому из трех упомянутых условий, что способствует повышению гибкости стержня.

Площадь поперечного сечения F стержня 4 выбирают, с целью расширения рабочего диапазона «1 , (01 , равной минимально возможной по условию прочности, и в дальнейшем не изменяют.

Действительно, так как рабочий диапазон а . аъ размещается между резонансными частотами Р0 и Pi, (P0 wi , PI ). то его ширину можно характеризовать отношением частот PI/PO. Чем больше отношение Pi/Ре, тем более широкий диапазон , ад можно разместить между ними. Отношение Pi/P0 имеет вид

Hi -V м РоpFI

- v+3() i2 -Щ f

, I2 Ml2M I2J

Видно, что оно содержит величину F в знаменателе. Следовательно, при минимизации F расширяется интервал Р0, Pi и тем самым достигается более дальняя отстройка резонансных частот Р0 и PI или при одинаковой точности воспроизведения режима расширение диапазона ш . ОЈ .

Согласно изложенной методике величины EI и F определяются однозначно и независимо друг от друга. А различные требуемые вследствие этого соотношения между геометрическими характеристиками I и F поперечного сечения стержня обеспечивают соответствующим конструктивным

-2 1

исполнением стержня. При I/F

4Я I/F2

пользуют сплошной стержень, при

-г- используют полый стержень и увеЧ JZ

личивают до требуемого значения I/F степень несплошности его поперечного

ис-

сечения, при I/F

1

4л

используют наборный стержень и увеличивают до требуемого

значения I/F степень дробления его поперечного сечения.

Способ передачи вибраций от вибровозбудителя к испытуемому объекту осуще- 5 ствляется следующим образом. Колебания в основном направлении воспроизводятся вибровозбудителем 1 и передаются его подвижной частью 2 к испытуемому объекту 3 посредством стержня 4, который на время

10 испытаний является единственным несущим объект 3 элементом.

Работоспособность установки не зависит от вида воспроизводимых вибраций и порядка изменения частоты в

15 диапазоне а) , . Однако интенсивность вибровоздействия ограничивают из соображений не превышения критического значения коэффициента возбуждения для областей параметрического возбуждения с

20 номером п 2.

В случае использования наборного стержня конструктивно объединяют его продольные элементы в единый пакет, например, посредством 2-3 промежуточных

25 кольцевых стяжек. При этом возможны поперечные колебания отдельного продольного элемента с числом полуволн по длине, равным 3-4, собственные частоты Рз и Р4 которых превышают частоту колебаний Pi (с

30 одной полуволной по длине I) в (9-16) раз соответственно. Тем самым обеспечивается снижение момента инерции поперечного сечения I наборного стержня за счетувели- чения степени дробления сечения в (81-256)

35 раз без падения частот колебаний РЗ или РА отдельных продольных элементов ниже частоты колебаний Pi пакета продольных элементов в целом.

Параметры виброустановки следую40 щие:

масса испытуемого объекта 2 кг, длина стержня 45 мм, площадь его поперечного сечения 102 мм2, вибровоэбудитель типа Д40А.

Экспериментальные результаты пред45 ставлены на фиг.2 в виде зависимостей уровней колебаний элементов сиброуста- новки от частоты испытаний в относительных единицах (отн.ед) в полулогарифмическом масштабе: линия А - постоянный во всем ча50 стотном диапазоне уровень колебаний по- движной части 2 вибровозбудителя 1 по оси основного движения; кривая Б - уровень колебаний объекта 3 в поперечном направлении при способе передачи вибрации по55 средством стержня 4; кривая В - уровень поперечных колебаний стола 2 вибровозбудителя 1. достигающий в диапазоне частот испытаний (iO-STi) от уровня колебаний по оси основного движения. На резонансных

частотах Р0 - 3 (отн.ед.) и Pi - 13.1 (отн.ед) поперечные колебания объекта 3 превышают по уровню колебания по оси основного движения в 2,5 раза и 12,8 раза соответственно, а внутри рабочего диапазона частот 3,5,11,0 (отн.ед) поперечные колебания испытуемого объекта 3 практически отсутствуют (по крайней мере, менее 5% от уровня основного движения).

Таким образом, с помощью предложенного способа за счет отстройки друг от друга в необходимых пределах резонансных частот Ро и Pi достигается расширение диапазона испытательных частот, в котором обеспечивается заданная точность воспроизведения однонаправленной вибрации.

Формула изобретения Способ передачи вибрации от вибровозбудителя к испытуемому объекту, по которому подвижную часть вибровозбудителя соединяют с объектом с помощью сплошного или наборного цилиндрического стержня, изгибную жесткость EI которого определяют из условия отсутствия резонан- сов на частотах поперечных колебаний системы объект-стержень в диапазоне ом . а)2 испытательных частот, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона испытательных частот, в котором обеспечивается заданная точность воспроизведения однонаправленной вибрации, изгибную жесткость стержня определяют также из условия

m М m + М

&

где m - масса подвижной части вибровоэбу- дителя,

Е - модуль упругости материала стержня;

F - минимально возможная по условию прочности площадь поперечного сечения стержня;

М - масса испытуемого объекта; I - длина стержня

при этом если при иэгибной жесткости удов- летворяющей упомянутым условиям I/F2 1/4я, используют наборный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, при I/F2 1/4л

используют полый стержень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F - const.

Использование: вибрационные испытания малогабаритных объектов при однонаправленной вибрации. Сущность: иэгибную жесткость (EI) сплошного или наборного стержня, соединяющего подвижную часть вибровозбудителя с объектом, определяют из условий отсутствия реэонансов на частотах поперечных колебаний системы объект-стержень и резонансных колебаний стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, а продольную жесткость (Е F) - из условия отсутствия резонанса двухмассовой системы подвижная часть вибровозбудитель-стержень-объект в диапазоне испытательных частот. Приводятся соотношения для определения EI и EF. Если при EI, удовлетворяющей упомянутым условиям I/F 1/4 я , используют наборный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, при I/F2 1/4 л используют полый стержень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F const. 2 ил. t

/ /7 / / Л / / / / /

фиг. i

. 3

ki «

О. со

I

Ъ

с;

4

4

о

$

+Q О О.

:

f 2 5 4 5 6 7 8 3 10 // 12 /J /4 Частота колебаний

Фиг. г