Электодинамический возбудитель продольных и крутильных колебаний Советский патент 1981 года по МПК B06B1/04 G01M7/00 

(54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ПРОДОЛЬНЫХ

1

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электродинамическим возбудителям продольных и крутильных колебаний, и может найти основное применение в вибросистемах для испытаний различных изделий на двухкомпонентную вибрацию.

Известен электродинамический возбудитель продольных и крутильных ко лебаний, содержащий магнитопровод с центральным керном, обмотки подмагничивания, подвижную систему в виде цилиндрической обмотки, установленной в кольцевом зазоре этого.магнитопровод а, .и обмотки в виде рамки, размещенной в отдельной магнитной системе, и систему вывешивания и центрирования 1.

Однако наличие в данном возбудите ле двух магнитных систем усложняет конструкцию возбудителя, увеличивает его габариты и вес.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электродинамический возбудитель продольных и крутильных колебаний,.содержащий основание, установленный на нем маг-. нитопровод, обмотки подмагнйчивания, .подвижную катушку, включающую жестко И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

связанные между собой однослойную цилиндрическую обмотку, расположенную в кольцевом зазоре магнитопровода, и подвижные элементы однослойной тороидальной обмотки, которые расположены в кольцевом зазоре магнитопровода параллельно оси катушки и последовательно соединены посредством гибких токопроводов с неподвиж10ными . элементами тороидальной обмотки, установленными на магнитопроводе в том же кольцевом зазоре, стол, жестко связанный с прдвия ной катушкой, системы вывешивания и центрирования

15 подвижной катушки со столом и блок питания подвижной катушки, подключенный к ней посредством токоподводов и имеющий по задающему генератору и усилителю мощности для каждой из об20моток катушки 2.

Однако связь подвижных и неподвижных элементов тороидальной обмотки посредством гибких токоподводов не позволяет получать большие ам25плитуды продольных и крутильных колебаний, а также постоянные ускорения

Цель, изобретения - увеличение амплитуды колебаний, а также создание постоянных ускорений и повышение точности воспроизведения колебаний.

30 Цель достигается тем, что магнитопровод выполнен двухэазорным, цилиндрическая и тороидальная обмотки -расположены в разньох зазорах магнитопровода, высота цилиндрической об мотки и подвижных элементов тороидальной обмотки больше высоты кольцевых зазоров, все токоподводы выполнены в виде пакетов щеток, разме щенных на магнитопроводевокруг под вижной катушки вне кольцевых зазоро прич.ем число подвижных элементов то роидальной обмотки некратно превышает , а число неподвижных элементов не более числа щеток в пакете, шири на изоляционного зазора между смежными щетками в зоне контакта превышает ширину контактной поверхности подвижного элемента, а контактные поверхности каждог,о неподвижного элеме.нта развернуты одна относитель но другой вокруг оси катушки на угловой шаг неподвижных элементов, а система вывешивания выполнена пневматической и содержит камеру большо го объема, обеспечивающего линейнос упругой характеристики системы. Кроме того, камера системы пневматического вывешивания выполнена с двумя замкнутыми полостями, одна из которых образована между керном магнитопровОда и столом, а другая между керном и основанием, а в керн выполнены отверстия для сообщения полостей камеры между собой. . С целью создания также и постоян ных ускорений, блок питания снабжен источником постоянного тока, по ключенным ко входу усилителя мощности тороидальной обмотки. Для повышения точности воспроизвед1гния колебаний блок питания снаб жен последовательно соединенными функциональным преобразователем, которого подключен к задающему генератору цилиндрической обмотк и масштабным усилителем, выход кото рого подключен ко входу усилителя мощности тороидальной обмотки. При этомдля повышения точности воспроизведения колебаний путем сни жения трения подвижной катушки возбудитель снабжен приводом вращения токоподводов разных обмоток в противоположных направлениях с окружной скоростью, на порядок превышающей скорость возбуждаемых колебаний число неподвижных элементов тороидальной обмоуки меньше числа щеток в пакете и некратно ему и числу под вижных элементов, ширина изоляционного зазора между контактными повер ностями смежных неподвижных элементов превышает ширину одной щетки, а ширина контактной поверхности и неподвижного элемента превышает ширину изоляционного зазора между щет ками в зоне контакта. На фиг. 1 изображен возбудитель, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - узел Т на фиг. 3, вариант прижатия щеток резиной; на фиг. 5 - то же, вариант прижатия щеток давлением воздуха; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 4, вариант выполнения с неподвижными токрподводами; на.фиг. 8 - то же, вариант выполнения с вращающимися токоподводами; на фиг. 9 - взаимное ра сположение подвижных и неподвижных элементов тороидальной обмотки в воздушном зазоре магнитопровода (токоподводы не показаны); на фиг. 10 блок-схема источника питания подвижной катушки. Электродинамический возбудитель содержит двухзазорный магнитопровод с центральным керном 2, обмотки под- . магничивания 3, подвижную катушку 4, включающую жестко связанные между собой однослойную цилиндрическую обмотку 5 , установленную в кольцевом зазоре б магнитопровода 1, и подвижные элементы 7 однослойной тороидальной обмотки 8, установленные в кольцевом, зазоре 9 магнитопр-овода 1 параллельно направлению продольных колебаний и соединенные последовательно с противолежащими им неподвижными элементами 10 тороидальной обмотки 8, установленными намагнитопроводе 1 в этом же кольцевом зазоре 9 посредством токоподводов 11 и 12, стол 13 выполненный сплетаным и жестко скрепленный с подвижной катушкой 4 , систему вывешивания с источником 14 сжатого воздуха и систему центрирования, например гидростатическую, с источником 15 давления, блок 16 питания подвижной катушки 4, содержащий задающий генератор 17 и усилитель 18 мощности цилиндричес-кой обмотки 5, задающий- генератор 19 и усилитель 20 тороидальной обмотки 8, функциональный преобразователь 21, являющийся задатчиком угла винтовых колебаний, масштабный усилитель 22 и источник 23 постоянного тока, и подключенный гк тороидальной обмотке 8 посредством токоподводов 11 и 12. Цилиндрическая обмотка 5 и тороидальная обмотка 8 имеют высоты Н и H,j., больше высоты ЬцИ h кольцевых зазоров 6 и 9, магнитопровода 1. Цилиндрическая обмотка 5 подключена к блоку 16 питания посредством токоподводов 24 и 25. Каждый из токоподводов 11 и 12, 24 и 25 выполнен скользящим в виде пакета щёток 26 и соответственно 27, концёнтрично расположенных вокруг подвижной катушки 4 на магнитопроводе I вне кольцевых зазо ров 6 и 9. Токоподводы 11,12,24 и 25 могут быть снабжены подшипниками 283i, и приводом в виде двух высокооборотных двигателей 32 и 33, которые через муфты 34 и 35, валы 36 и 37 с закрепленными на них зубчатыми коле сами 38 - 41 и зубчатые колеса 42 45, установленные в подшипниках 28 31, связаны кинематически с пакетами щеток 26 и 27, установленных в зубчатых колесах 42 - 45 на упругих (например; резиновых) прокладках 46 между внутренними падиальнЕл от перегородками 47. Для регулировки прижатия щеток 26 и 21 к подвижной ка,тушке 4 и к неподвижным элементам 10 тороидальной обмотки 8 и соотг ветственно к контактным кольцам 48 цилиндрической обмотки 5 применяются регулировочные прокладки 49 и 50. Необходимое для электрического контакта прижатие щеток 26 и 27 может быть осуществлено и под давлением воздуха, в таком варианте под11гапники 28 - 31 и зубчатые колеса 42 - 45 имеют круговые выточки, образующие между этими подшипниками и зубчатыми колесами и соответственно между зубчатыми колесами и щетками 26 и 27 кольцевые .камеры 31 и 52. При этом внутренние радиальные перегородки вы полняются отдельно от зубчатых колес 42 - 45 с последующей запрессовкой в них. Камеры 51 и 52 сообщаются меж ду собой наклонными сквозными отверстиями 53 в разделяющих эти камеры зубчатых колесах 42 - 45. Наклон сквозных отверстий 53 определяется направлением принудительного вращения , зубчатых колес 42 - 45 относительно подшипников 28 и 29. Для поджатйя щеток 26 и 27 в подашпниках 28. и 29 имеются отверстия 54, через которые воздух под давлением проходит в камеру 51 и далее через сквозЭые отверстия 53 в камеру 52. Малые зазоры между зубчатыми колесами 4245 с одной стороны и подвижной катуш кой 4 с другой стороны служат для стравливания воздуха. С целью виброзащиты возбудителя от привода, з так же подшипников 55 и 56 валов 36 и 37 зубчатые колеса 42-45 могут быть изготовлены из неметаллических конструкционных материалов (фторопласт текстолит и т.п.), а двигатели 32 и 33 могут крепиться через амортизирунвдие прокладки 57 непосредственно к фундаменту 58 через отверстия в оснований 59 возбудителя. Система центирования выполнена гидростатической и содержит глухое отверстие 60 по оси центрального керна 2 и отходящие от отверстия 60 радигшьные каналы 61 и 62, заканчивающиеся карманами 63 и 64. Давление для цент 1рирования подается от источника 15 давления через трубопровод 65, установленный между центральным, керном 2 и основанием 59. Система вывеяиивания выполнена пневматической и содер жит источник. 14 сжатого воздуха. подключенный к камере большого объема, обеспечивающего линейность упругой характеристики системы. Камера состоит из двух замкнутых полостеь 66 и 67, первая из которых образована между керном 2 и столом 13, а вторая - между керном 2 и основанием 59..Полости 66 и 67 сообщаются между собой через отверстия 6В в .керне 2. Для разделения системы вывеш1вания и системы гидростати ческого центрирования на центральном керне 2 в корпусе 69 установлено уплотнительное кольцо 70. Для исключения удара подвижкой катушки 4 об основание 59 на последнем установлено сиуюртизирующее кольцо 71. Для исключения моментов размыкания и короткОгГО заьшкания в цепи тороидальной обмотки 8 в случае неподвижных скользящих токоподводов число подвижных элементов 7 тороидальной обмотки некратно превышает, а число неподвижных элементов 10 не более числа щеток 26 в пакете, ширина f5 изоляционного зазора (или прокладки) 72 между смежными щетками 26 в зоне контакта, превышает ширину fi противолежащей контактной поверхности 73 подвижного элемента 7, а вынесенные на разные, стороны воздушного зазора 9 с высотой h-r контактные поверхности 74 ,и 75 каждого неподвижного элемента 10 развернуты одна относительно другой вокруг оси 00, катушки 4 на угол , равный угловому шагу f неподвижных элементов 10 вокруг оси 00. Изоляционный зазор между смежными подвижными элементами 7 делается минимальным. Один виток тороидальной обмотки 8 образуется электрически связанными в последовательную электрическую цепь элементами: контактная поверхность 74 неподвижного элемента 10 - собственно неподвижный элемент, 10 - контактная поверх ность 75 этого же неподвижного элемента 10 - контактная поверхность 76 щетки 26 одного из пакетов тороидальной обмотки - собственно щетка 26 контактная поверхность 77 этой же щетки 26 - контактная поверхность 73 подвижного элемента 7 - собственноподвижный элемент 7 - контактная поверхность 73 этого же элемента 7 контактная поверхность 77 щетки 26 другого пакета тороидальной обмотки 8 - собственно щетка 26 - контактная поверхность 76 щетки 26 - контактная по.верхность 74 другого неподвижного лемента, смежного (соседнего) первому. Разъем тороидальной обмотки 8 выполнен путем удаления в одном из неподвижных элементов 10 средней его части, расположенной непосредственно в воздушном зазоре 9 магнитопровода 1, с образованием, таким образом, двух контактов 78 и 79, к которым и подключен соответствующими клеммами

источник 16 питания подвижной катушки 4 . В случае вращающихся скользящих токоподводов в тороидальной обмотке 8 число неподвижных элементов 10 меньше числа щеток 26 в пакете и некратно ему и ЧИСЛУ подвижных элементов 7, ширина Р)А изоляционного зазора (или прокладки) 80 между контактными поверхностями 74(75) смежных неподвижных элементов 10 превышает ширину (Ь одной щетки 26, а ширина |Sg: контактной поверхности 74

(75) неподвижного элемента 10 превышает ширину изоляционного зазора

(или проклсщки) 81 между смежными щетками 26 в зоне скользящего контакта с ней. Подвижная катушка 4 может быть снабжена каркасом 82 в виде полого цилиндра.

Возбудитель колебаний работает следующим образом.

При включении источника 14 сжатого воздуха в системе пневматического вывешивания и источника 15 давления в-системе гидростатического центрирования подвижная катушка 4 и жестко связанный с ней стол 13, на котором закрепляется испытуемое изде лие занимает среднее положение относительно магнитопровода 1. Для получения крутильных колебаний подвижной катушки 4 включают задающий генератор 19. По подключенной через контакты 78 и 79 тороидальной обмотке 8 течет ток. I-p(t)- К., где I(t) ток задающего генератора 19; Kf- коэффициент усиления усилителя 20. При взаимодействии этого тока в воздушном зазоре 9 с постоянным полем ма,гнитопровода 1 возникает приложенный к тороидальной обмотке 8 электродинамический момент, который передается на подвижную катушку 4, M-f-(t) ., где ST - коэффициент электродинамического преобразования в воздушном зазоре 9 магнитопровода 1. Для получения осевых колебаний подвижной катушки 4 включают задающий генератор 17. При этом через скользящие токоподводы 24 и 25 на вики цилиндрической обмотки 5, расположенные в воздушном зазоре 6, посту пает ток 1ц( t)-, Ку,где114(1) - ток. за- I дающего генератора 17; Кд - коэффициент усиления усилителя 18. При взаимодействии этого тойа в воздушном зазоре б с постоянным полем магнитопровода 1 возникает приложенная к виткам цилиндрической обмотки 5 осевая электродинамическая сила Fu,(t)Iu,(t)K. 5ц, где S, - коэффициент электродинамического преобразования, в воздушном зазоре 6 магнитопровода 1, которая передается на подвижную катушку 4. Для получения линейных ускорений подвижная катушка 4 должна быть приведена во вращение с постоянной угловой скоростью. С этой

целью на вход усилителя 20 тороидсшьной обмотки 8 подключается источник 23 постоянного тока. Для получения винтовых колебаний на вход этого же усилителя через последовательно вклюс ченные функциональный преобразователь 21 в виде задатчика угла oL винтовых колебаний и масштабный усилитель 22,, подается сигнал с задающего генератора 17. Задатчик угла d производит

тригонометрическое преобразование

этого сигнала, а именно умножает этот сигнал на тангенс -гла «А задаваемых винтовых колебаний. Масштабный усилитель 22 производит коррекцию проходящего через него сигнала на величину разности в передаточных каналов усиления и преобразования тороидальной и цилиндрической обмоток. Эти функции определяются коэф- фициентами Кц и Кг усиления усилителей 18 и 20 и коэффициентами 8ц и S .электродинамического преобразования цилиндрической и тороидальной обмоток. В общем случае на испытуемый объект действует сила Рц (t) Iu,(t) .

5 развиваемая цилиндрической обмоткой 5, и крутящий момент, развиваемый тороидальной обмоткой 8, .

(thM(

оЧ2т- Зт()Ч5т- 3 и Мд - ток,-снимаемый с источника 23 постоянного тока и соответственно постоянный момент, разви-; внемый этим, током в воздушном зазоре 9 магнитопровода 1. Выполнение входных каскадов уси. лителей 18, 20 и 22 на интегральных схемах позволяет с достаточной точностью реализовать такое комплексное инерционное нагружание истштуемого

5 объекта, а также изменять все компо- . венты этого нагружения непосредственно в процессе испытаний без изменения положения испытуемого объекта на столе 13. При вклю ении двигателей 29 и 30 скрльзящие токоподводы 11 и 12, 24 и 25 попарно приходят во вращение с. противоположными окруж,ными скоростями, многократно превышающими скорости возбуждаемых колебаний. В таком случае подвижная катушка 4 легко может быть повернута на любой угол и смещена в направлении продольных колебаний на значительную величину, что обусловлено исключением сухого трения/елюфта и ограничивающих ее движения связей.

Достигаемые при .использовании предлагаемого изобретения большие амплитуды продольных и крутильных ко, 1ебаний и возможность создания постоянных ускорений существенно расши.ряют функциональные свойства возбудителя колебаний.

Формулаизобретения

Электродинамический возбудител продольных и крутильных колебаний, содержащий основание, установленный на нем магнитопрород, обмотки под.магничивания, подвижную катушку, включающую жестко связанные между собой однослойную цилиндрическую обмотку, расположенную и кольцевом зазоре магнитопровода, и подвижные элементы однослойной тороидальной обмотки, которые расположены в кольцевом зазоре магнитопровода паргшлельно оси катушки и последовательно соединены посредством токоподводов с неподвижными элементами тороидальной обмотки, установленными на магиитопроводе в том же кольцевом зазоре, стол, жестко связанный с подвижной катушкой, системы вывешивания и центрирования подвижной катушки со столом и блок питания подвижной катушки подключенный к ней посредством токоподводов и имеющий по задающему генератору и усилителю мощности для каждой из обмоток катушки, о т. л ичающийся тем, что, с целью увеличения амплитуды колебаний, магнитопровод выполнен двухзазорным, цилиндрическая и тороидальная обмотки расположены в разных зазорах магнитопровода, высота цилиндрической обмотки и подвижных элементов тороидальной обмот и больше высоты кольцевых зазоров, все токоподводы выполнены в виде пакетов щеток, размещенных на магнитопроводе вокруг подвижной катушки вне кольцевых зазоров,прич число подвижных элементов тороидальной обмотки некратно превышает,а число неподвижных элементов не более числа щеток в пакете, ширина изоляционного зазора между смежными щетками в зоне контакта превышает ширину контактной поверхности подвижного элемента, а контактные поверхности Кс1ждого неподвижного элемента раз-, вернуты одна относительно другой вокруг оси катушки на угловой шаг неподвижных элементов, а система вывешивания выполнена пневматической и содержит камеру большого объема, обеспечивающего линейность упругой характеристики системы.

2.возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что камера системы пневматического вывешивания

.выполнена с двумя замкнутыми полостями, одна из которых образована между керном магнитопровода и столом, а другая - между керном и , а в керне выполнены отверстия для сообщения полостей камеры между собой.

3.Возбудитель по. пп.1 и 2: отл.н ч ающий с я тем, что,

с целью создания также и постоянных ускорений,.блок питания снабжен источником постоянного тока, подключенным ко входу усилителя мощности тороидальной;обмотки.

4.Возбудитель по пп, 1 - 3,о тличающий-ся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения колебаний, блок питания снабжен последовательно соединенными функциональным преобразователем, вход которого подключен к заданяцему генератору цилиндрической обмотки,

)и масштабным усилителем, выход которого подключен ко входу усилителя мсядности тороидальной обмотки.

5. Возбудитель по пп. 1 - 4, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения колебаний путем снижения тренгя подвижной катушки о щетки, он снаожен приводом вргицения токоподводов разных обмоток в противоположных направлениях с окружной скоростью на порядок пре,вышающей скорости возбуждаемых колебаний, число неподвижных элементов тороидальной обмотки меньше числа щеток в пакете и некратно ему и числу подвижных элементов, ширина изоляционного зазора между контактными поверхностями смежных неподвижных элементов превышает ширину одной щетки, а.ширина контактной поверхности неподвижного элементА превышает ширину изоляционного зазора между щетками контакта

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №243924, кл G 01 М 7/00,1967.

2.Авторское свидетельство СССР 380363, кл. В 06 В 1/04, 1970 (прототип)..

W fmM/f/ /.

4

фае t

Фиг.5 I г 82 7/

В-В

Z6

74

фиг. 9