ВИБРАТОР Советский патент 1941 года по МПК G05D19/00 

Для сообщения испытуемой конструкции или детали вынужденных колебаний, в авиапромышленности наряду с обычными вибраторами, широко применяются вибраторы с постоянной возмущающей силой.

Вынужденные колебания создаются в них меняющей свое направление центробежной силой, возникающей при вращении неуравновешенной массы, но в то время, как в обычных вибраторах величина возмущающей силы все время растет пропорционально квадрату числа оборотов (по закону параболы), в вибраторе с постоянной возмущающей силой параболическая зависимость между величиной силы и числом оборотов имеет место только до определенного, заранее установленного числа оборотов, после чего при дальнейшем увеличении скорости вращения величина возмущающей силы остается практически постоянной.

Способность вибратора давать постоянную возмущающую силу при широком диапазоне изменений числа оборотов особенно ценна в том случае, когда испытание предназначается для определения собственной частоты колебаний исследуемой конструкции, так как при постоянной величине возмущающей силы рост амплитуды вынужденных колебаний является следствием единственного фактора - резонанса.

Область применения вибратора с постоянной возмущающей силой далеко не исчерпывается определением собственных частот колебаний испытываемой конструкции; он широко применим вообще во всех тех случаях, когда по условиям исследования желательно сохранить постоянную величину возмущающей силы, изменяя одновременно в широких пределах частоту колебаний.

Согласно изобретению, у такого вибратора, сохраняющего свыше определенного числа оборотов постоянную величину возмущающей силы, в качестве неуравновешенной вращающейся массы, создающей вынужденные колебания, применена жидкость, например, ртуть, помещенная в камеру, из которой с увеличением числа оборотов избыточная часть ее автоматически выпускается. При этом такое автоматическое выпускание избыточной жидкости достигается тем, что камера для жидкости снабжена регулируемым редукционным клапаном, открывающимся под действием давления жидкости на клапан.

На чертеже фиг. 1 показывает вертикальный разрез вибратора предлагаемого устройства по его оси, фиг. 2 - поперечный разрез по линии ВВ фиг. 1.

Устройство вибратора состоит в следующем.

На валу 1 сидит на шпонке барабан 2, герметически закрытый крышкой 3.

В кольцевую камеру А, образованную барабаном и крышкой, вложена замкнутая со всех сторон пустотелая вставка 4, разделяющая камеру А на две равные части. Часть камеры, незаполненная вставкой, заливается ртутью.

Занимая полукольцевое пространство, ртуть при вращении является неуравновешенной массой. При вращении вибратора эта неуравновешенная масса создает центробежную силу:

где m - масса ртути, ω - угловая скорость вращения вибратора и r - отстояние центра тяжести заполненного ртутью полукольца от оси вращения.

Давление P ртути на внутреннюю поверхность половины барабана 2 является суммой проекций удельных равномерно распределенных давлений р.

В связи с этим клапан 5, расположенный в нижней части полукольцевого пространства, находится под действием силы

где ƒ - площадь торцевой части клапана 5, соприкасающаяся со ртутью.

Клапан 5 удерживается в замкнутом положении посредством двуплечего жесткого рычажка 6, снабженного пружиной 7, дающей относительно оси 12 рычажка 6 момент, равный моменту, создаваемому силой Q.

Общая масса m₁ левой системы, состоящей из пружины 7 и левого плеча рычажка 6, и общая масса m₂ правой системы, состоящей из клапана 5 и правого плеча рычажка 6, а равно отстояние центра тяжести левой системы и отстояние центра тяжести правой системы от оси 1 вибратора подобраны так, что выполняется условие

в результате чего, вне зависимости от величины угловой скорости вибратора, нагрузка на пружину 7 зависит исключительно от давления ртути на клапан 5.

Пружине 7 при установке дается такое предварительное натяжение, которое обеспечивает замкнутое положение клапана 5 до момента достижения вибратором угловой скорости , начиная с которой должно сохраняться постоянство величины возмущающей силы Р₀.

Когда угловая скорость становится больше ω₀, давление ртути на клапан 5 возрастает, и клапан 5 приоткрывается, давая тем самым выход части ртути из камеры А в кольцевое пространство Б.

Вследствие уменьшения массы ртути в камере А удельное давление в ней понижается, и под воздействием пружины 7 клапан 5 снова закрывается. Таким образом, всякий раз, когда удельное давление ртути, равное Р₀ при ω₀ будет при увеличении угловой скорости повышаться, клапан 5, сообщая камеры А и Б, будет приоткрываться до тех пор, пока удельное давление не станет равным Р₀ при котором возмущающая сила будет равна своей постоянной величине Р₀.

Кольцевое пространство Б ограничено наружной поверхностью цилиндра барабана 2 и резиновой манжетой 8, края которой зажаты посредством крышек 9 и 10 (фиг. 1).

Попав в пространство Б, ртуть примет форму полного кольца и, следовательно, не будет создавать возмущающей силы. Под действием центробежной силы ртуть, находящаяся в пространстве Б, растянет резиновую манжету 8 и заставит ее принять форму внутреннего очертания кожуха 11, герметически соединенного с барабаном 2 и крышкой 3.

Цилиндр барабана 2 снабжен вторым впускным клапаном 14, находящимся под воздействием пружины 15.

Клапан 14 служит для обратного введения ртути из камеры Б в камеру А по окончании эксперимента. Для обратного введения ртути в камеру А ниппель 13 соединяется с воздушным насосом (велосипедным) и в промежуток между кожухом 11 и манжетой 8 накачивается воздух, заставляющий манжету 8 сжиматься и вдавливать ртуть через клапан 14 в камеру А.

На фиг. 1 и 2 изображен ненаправленный вибратор, в котором возмущающая сила при вращении вибратора будет менять свое направление, оставаясь в одной плоскости. Для получения вибратора направленного, т.е. такого, в котором направление возмущающей силы будет меняться на одной линии, достаточно, как это делается в обычных вибраторах, связать два барабана непосредственным зацеплением, в результате чего сумма проекции возмущающих сил, создаваемых каждым барабаном, на линию, проходящую через обе оси барабанов, всегда окажется равной нулю.

1. Вибратор, сохраняющий свыше определенного числа оборотов постоянную величину возмущающей силы, отличающийся тем, что в качестве неуравновешенной вращающейся массы применена помещенная в камеру жидкость, например, ртуть, избыточная часть которой с увеличением числа оборотов камеры автоматически выпускается из последней.

2. Форма выполнения вибратора по п. 1, отличающаяся тем, что камера А, вмещающая в себе жидкость, снабжена клапаном, который автоматически открывается, когда давление жидкости становится больше расчетного.