Способ электромагнитного токовихревого возбуждения механических колебаний деталей
СПОСОБ ЭЛКТРОМАГНИТНОГО ТОКОВЙХРЕВОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ДЕТАЛЕЙ, включающий формирование последовательности импульсов однойолупериодного напрйжений и создания импульсного электромагнитного поля, отлйчающийс я тем, что, с целью увеличения мсщности колебаний, импульсами однопол упериодно го напряжения модулируют сигнал высокой частоты и увеличивают его амплитуду до получения заданной амплитуды механических колебаний детали, при этом необходимая частота сигнала высокой частоты характеризуется соотношением {(rnV (U( d наименьший геоМетриче.ский где размер детали, м; г электропроводность материала детали, 1/Ом«м; (Л Ш. - магнитная постоянная, рав ,/--... „iT „ t 10 Гн/м. 47 ная О ел ю N9
49) (И2
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СО.ЮЛЯ
РЕСПУБЛИН (д) В 06 В 1/04
ГОСУДАРСТЗЕННЫЙ HOINHTH СССР
00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3409243/18-10 (22) 17.03.82 (46) 30.07.84 Бюл. N- 28 (72) Е.А.Петров (53) 534,232(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
В 660728, кл. В 06 В 1/04, 1979
2, Патент сША 4026142, кл. 73-67.4, 1977. (54) (57) СПОСОБ ЭЛКТРОМАГНИТНОГО
ТОКОВИХРЕВОГО ВОЗБУЖДЕНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ДЕТАПЕЙ, включающий формирование последовательности импульсов однополупериодного напряжения и создания импульсного электромагнитного поля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения мощности колебаний, импульсами однополупериодного напряжения модулируют сигнал высокой частоты и увели" чивают его амплитуду до получения заданной амплитуды механических колебаний детали, при этом необходимая частота сигнала высокой частоты характеризуется соотношением
« ("4id 6 р, где Π— наименьший геометрический размер детали, м;
Л»
- электропроводность материала детали, 1/OM.м; а. — магнитная постоянная, рав(-д ная 4 i ° 10 Гн/м.
1105242
Изобретение относится к вибрацион ной технике, а точнее к возбуждению механических колебаний деталей из не. магнитных токопроводящих материалов электромагнитными возбудителями, и может найти применение при прочностных испытаниях деталей, а также, для исследования форм их колебаний в широком диапазоне вибрационных частот с применением средств гологра- 10 фической интерферометрии.
Известен способ возбуждения колебаний электромагнитного вибпропривода, заключающийся в формировании последовательности импульсов в 15 виде однополупериодного напряжения и подаче его на обмотку электромагнита вибропривода, при этом дли» тельность импульсов устанавливают меньше половины периода и увеличива- Щ ют их амплитуду (1) .
Однако этот способ предусматривает контактное силовое воздействие на испытываемую деталь посредством механической связи, что приводит 25 к влиянию массы вибратора на деталь, изменению ее прочностных характеристик. Поскольку усилие передается на держатель детали, а не на деталь, это вынуждает вести испытания в усло-Зр виях, отличающихся от реальных.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ, включающий формирование последовательности импульсов однополупериодного напряжения и создание импульсного электромагнитного поля (2
Однако этот способ обладает низким коэффициентом полезного действия в виду того, что воздействие на де- 4О таль осуществляется низкочастотным электромагнитным полем. Вибрационные испытания на усталость натурных деталей проводятся на низких частотах порядка 1000-2000 Гц, поэтому вихре- 4> вые токи, величина которых определяется скоростью изменения магнитного потока Р в единицу времени t 1 Р/gt)> индуциронанные в детали по известному способу, малы и электродинамнческие силы воздействия на деталь незначительны.
Цель изобретения — увеличение мощности копсбаний. !!оставленная цель достигается тем, 15 что сс гласно способу электромагнитног токов яр:Fц.г< возбужцения механцч cK 1 Г0, 12 Д где J наименьший геометрический размер детали, м; электропроводность материала детали, %м м, po - магнитная постоянная, равная 4Ъ. 10 ""!М На Чертеже представлена блок-схема реализации предлагаемого способа. Последовательность импульсов в виде однополупериодного напряжения с выхода однополупериодного выпрямителя 1, образующаяся в результате выпрямления сигнала генератора 2 низкой частоть|, подается на первый вход модулятора 3. На второй вход модулятора поступает переменное напря>кение высокой оптимальной частоты перенастраиваемого генератора 4. С выхода модулятора 3 последовательностЬ импульсов, каждый из которых представляет цуг колебаний высокой частоты, поступает на вход усилителя мощности 5. Усиленные импульсы подаются на обмотку электромагнитного возбудителя 6, выполненного С-образной формы с утолщенной спинкой и устанавливаемого вблизи свободного конца консольно закрепленной детали 7. Ко" лебания детали создаются за счет взаимодействия пульсирующего высокочастотного электромагнитного поля возбудителя с наведенными в детали большой мощности вихревыми токами. Величина вихревых токов зависит от электропроводности материала детали, а также от величины и частоты электромагнитного поля. Чем больше электропроводность материала, выше индукция и частота электромагнитного поля, тем сильнее воздействие электромагнитного поля на деталь, Однако с ростом частоты глубина проникновения электромагнитного поля в металл (толщина скин-слоя) уменьшается, и в предельном случае индуцированные. 1105242 20 25 где d глубина скин-слоя, м, наименьший геометрический 30 размер детали.м электропроводность мате1 риала детали Ом м магнитная постоянная, р Н9 011 10 7 « н 35 круговая частота поля (< = 29 4) Составитель В.Пирогов Редактор Л.Авраменко Техред Т.Наточка Корректор В.Бутяга Заказ 5421/6 Тираж 4б7 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вихревые токи протекают только п поверхности детали. Та часть детали, где нет вихревых токов, фактически не участвует во взаимодействии с электромагнитным полем. Отсюда следует, что в вопросе силового воздействия электромагнитного поля на немагнитную токоподводящую деталь существует оптимальное соотношение между ее геометрическими размерами, электропроводностью материала и частотой переменного электромагнитного поля. Для получения максимального силового воздействия на деталь определенных геометрических размеров и с определенной электропроводностью частоту электромагнитного ноля нужно выбирать такой, при которой глубина проникновения электромагнитного слоя (глубина скин-слоя) в деталь по велнчине близка наименьшему геомеТрическОму размеру детали, т.е. Решая уравнение относительно получим значение оптимальной частоты электромагнитного поля для максимального силового воздействия на деталь (1= ро При такой частоте токопроводящая деталь наиболее полно поглощает электромагнитную энергию поля. В случае, если частота ниже оптимальной, индуцированные в детали вихревые то-, ки слабы, следовательно, и электродинамические силы незначительны. И наоборот, рабочая частота выше оптимальной вызывая лишь нагрев детали и мало влияет на увеличение электродинамических сил. Заполнение импульсов возбуждения высокой оптимальной частоты увеличивает электродинамические силы и возбуждает колебания детали с меньшими энергетическими затратами. Этим достигается увеличение коэффициента полезного действия. Использование предлагаемого способа электромагнитного токовихревого возбуждения механических колебаний деталей обеспечивает по сравнению с существующими способами практически равномерную по всему диапазону частот силу электродинамического воздействия на деталь, что повышает достоверность получаемых результатов и позволяет обходиться одной установкой для испытаний различных деталей в широком диапазоне частот.
