Устройство для возбуждения резонансных колебаний Советский патент 1979 года по МПК B06B1/20 G01N3/36 G01M7/00 

1

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для возбуждения резонансных колебаний, и может быть использовано для исследования вибрационной прочности образцов материалов и деталей машин при высоких частотах деформирования.

Известны устройства для возбуждения резонансных колебаний деталей машин путем воздействия на них механически модулированной струей газа 1.

Эти устройства содержат сопло, подключаемое к источнику сжатого газа, и модулятор в виде вращающегося диска, установленного между соплом и объектом, колебания которого возбуждаются, и имеющего расположенные по окружности прорези, через которые сжатый газ, истекающий из сопла, направляется на испытуемый объект. Возбуждаемый при этом спектр колебаний зависит от скорости вращения диска, формы и числа сделанных в нем прорезей.

Устройства такого типа не пригодны для проведения усталостных испытаний на резонансной частоте возбуждения, так как в них не обеспечивается автоматическое регулирование частоты возбуждения при изменении собственной частоты объекта в процессе испытания.

Наиболее близким к изобретению по техническому существу является устройство для возбуждения резонансных колебаний, содержащее источник сжатого газа, соп,чо, установленный на выходе сопла модулятор, выполненный в виде вращающегося диска с прорезями, электродвигатель для вращения диска и систему автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащую датчики, подключенные к ним блок сравнения и регу.тятор напряжения питания электродвигателя 2 .

Недостатком этого устройства является то, что при высокочастотных сложных формах колебаний, когда из-за относительно близкого расположения условных линий приходится у.меньшать пятно контакта, уровень

возбуждаемых в испытуемом объекте напряжений становится недостаточным, чтобы обеспечить его усталостную поломку. Кроме того, опыт эксплуатации устройства такого типа показал, что при модуляции стационарного потока происходят усталостные разрушепия модулирующих дисков.

Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения резонансных колебаний.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено акустическим резонатором, включенным между источником сжатого газа и соплом. Кроме того, датчики системы автоматического регулирования скорости вращения выполнены в виде датчиков пульсирующего давления, размещенных на выходе сопла и модулятора.

С целью повышения надежности работы, устройство снабжено исполнительным механизмом для поворота двигателя вокруг оси его вращения и подключенным к выходу блока сравнения блоком управления, имеющим два выхода, один из ко1орых нодкл.ючсн к регулятору напряжения питания, а другой - к исполнительпому механизму.

На черте.же изображена электромеханическая схе.ма устройства.

Устройство содержит акустический резонатор 1 с отверстием 2 для впуска стационарного потока газа от источника сжатого газа (на чертеже не показан), сопло 3 для выхода моду.лированной струи газа, перемещаемый поршень 4, служапшй для регулирования рабочего объема резонатора К установленный на выходе потока газа из соила 3 модулятор, выполненный в виде вра;п1ак)1цегося диска 5 с прорезями 6, электродвигатель 7 для вращения диска 5 и систему автоматического регулирования скорости BpaHj.eiHiH электродвигателя 7, включающую два датчика 8 и 9 пульсирующего давле1щя, из которых датчик 8 установлен на выходе потока из сопла 3, а датчик 9 - на выходе модулятора, подключенный к датчикам 8 и 9 блок 10 сравнения и подключенный к последнему блоку 11 управления, один выход которого подсоедипен к регулятору 2 напряжения питания электро;и- игатсля 7, а ;1ругой -- к исиолните.льному механизму 13, осуществля1он1ему поворот э 1ектр{ д1и1гателя 7 вокруг его осн. Предусмотрена так.же с.чстема 14 для регистрации деформаций, перемещений или ускорений испытуемого объекта 15 с помощью датчиков 16.

Устройство работает следующим ocipaзом.

Предварительно, в зависи.мости от диа1 азона частот, в котором предстоит работать, определяют необходимые размер.ы (длину и диаметр) сопла 3 и число прорезей 6 в диске 5. После монтажа соответствующих этим требованиям деталей в акустический резонатор 1 через отверстие 2 подают газ с постоянным давлением. Плавно .меняя с помощью порщня 4 рабочий объем акустического резонатора 1 при открытом сопле 3, добиваются, чтобы частота пульсаций

ления газа на выходе из сопла 3 стала равной резонансной частоте испытуемого объекта 15. Для начальной настройки на резонанс с помощью системы 14 (в которую входят, например, осциллограф и вольтметр) регистрируют показания датчиков 16. В качестве таких датчиков могут использоваться, например, наклеенные на испытуемый объект 15 тензопреобразователи на основе пьезоэлементов. Для повыщения эффективности возбуждения струю газа дополнительно .модулируют механически. При этом необходимо, чтобы частота и фаза .механической модуляции были синхронизированы с частотой и фазой пульсаций давления в акустическом резонаторе 1. Частота механической модуляции регулируется путем плавного регулирования скорости вращения диска 5, которая зависит от напряжения постоянного 1Ч)ка, лодаваемого на обмотки якоря электродвигателя 7. Для изменения фазы механической модуляции достаточно новернуть электродвигатель 7 вокруг его оси с номощью исполнительного механизма 13. Частота и фаза механической и акустической модуляции онределяются с помощью датчиков 8 и 9 нульсирукзн1его давления. Эти датчики МОГУТ быть, например, изготовлены из ньезокристаллов. Па частоту и фазу механической моду.ляции будет реагировать, нанри.мер, и индукционный датчик, ес.ти его установить напротив прорезей диска 5. Для этих целей могут использоваться и датчики 16. Си1на,лы от датчиков 8 и 9 сравниваются в блоке 10 сравнения и, в зависимости от результатов сравнения их по частоте и фаз блок 11 управления выдает каманды ре1у.лятору- 12 напряжения нитапия электродвигателя 7 и исполнительному механизму 1.3, осуществляюще.му поворот двигателя вокруг оси его вращения.

Таким образо.м, предлагае.мое устройство не требует дорогостоящей анпаратуры, уп1 авлен);е н.м .легко может быть авто.матизироваш).

Иси()ль;к)ва1те элого устройства позволяет повысгггь эффективность возбуждения, обеснечиБ достаточный для нолучения усталостной поломки уровень возбуждаемых при и.ысокочастотных колебаниях нанряжений. 1гго исно.льзование позволяет обеспечить 1 |5оведе1ще усталостных испытаний лопаток турбоман И1 и д|) ответственных деталей при в.ысокочастотн1,1х сложных формах колебаний. При этом также удается сократмль 4HCJio усла лостных поломок таких сложных и дорогостоящих деталей, как диски модулятора, и повысить, таким образом, на.лежность работы аппаратуры.

Форм-ула изобрегения

. Устройство для возбуждения резонансных колебаний, содержащее источник ежатого газа, сопло, установленный на выходе сопла модулятор, выполненный в виде вращающегося диска с прорезями, электродвигатель для вращения диска и систему автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя, содержащую датчики, подключенные к ним блок сравнения и регулятор напряжения питания электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности возбуждения резонансных колебаний, оно снабжено акустическим резонатором, включенным между источником сжатого газа и соплом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики системы автоматического регулирования скорости вращения выполнены в виде датчиков пульсирующего давления, размещенных на выходе сопла и модулятора.

/5

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, оно снабжено исполнительным механизмом для поворота двигателя вокруг оси его вращения и подключенным к выходу блока сравнения блоком управления, имеющим два выхода, один из которых подключен к регулятору напряжения питания, а другой - к исполнительному механизму.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР № 257089, кл. G 01 М 7/00, 1969.

2. Патент США № 2682167, кл. 73-67.3, 1954 (прототип).