Учебная установка для изучения пространственных колебаний упруго подвешенного тела

 

Изобретение может быть использовано при проведении лабораторных работ по изучению пространственных колебаний тела в технических вузах. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей. Учебная установка включает неподвижное основание, тело, выполненное в форме прямоугольного параллелепипеда , на боковых и торцовых поверхностях которого нанесены индикаторные сетки, вибровозбудитель, установленный на теле, упругие элементы , связывающие тело с неподвижным основанием. Основание снабжено четырьмя стойками с дуговыми направляющими, установленными по торцам тела симметрично относительно вертикальных плоскостей симметрии тела. Упругие элементы выполнены в виде равножестких пружин, одни концы которых закреплены в дугоных направляющих, а другие при помощи поворотных кронштейнов и зажимных шарниров - на торцовых поверхностях тела. Следы плоскости, образованной горизонтальными главными центральными осями инерции (ГЦОИ) тела, нанесены на боковых и торцовых поверхностях тела. Дуговые направляющие стоек снабжены лимбами,а упругие элементы связаны между собой по середине упругими растяжными нитями. На торцах тела расположены цапАы соосно с продольной ГЦОИ тела. На цапфах установлены два динамических гасителя, каждый из которых выполнен в виде втулки и двух радиально расположенных, рессор с грузами на концах. Втулки выполнены с возможностью поворота вокруг цапф, а грузы - с возможностью перемещения вдоль рессор, при этом втулки и грузы снабжены стопорными винтами. 2 ил. с 5S (Л 05 СП Ј 00 сл ср

СО03 СОВЕТСНИХ

ОИ Л

РЕСПУЬЛИН

А1 це оо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ГНИ ГКНТ CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СЮ1ДЕТЕЛЬСТВУ (ц) Г 09 В 23/08 (61) 1568070 (21) 4701395/12 (22) 05.06.89 (46) 07.06.91. Бюл. 1 . 21 (71) Пермский политехнический институт (72) Э.А.Келлер (53) 371.66.67 (088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР

1 1568070, кл. Г 09 В 23/08, 29.07.88. (54) У !ЕБНЛЯ УСТЛНОВКЛ ДЛЯ ИЗУ 1ЕНИЯ

ПРОСТРЛНСТВЕНН IX KOJIEHAHHI . УПРУГО

ПОДВЕШЕННОГО ТЕЛА (57) Изобретение моьтет быть использовано при проведении лабораторных работ по изучению пространственных колебаний тела в технических вузах. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей. Учебная установка включает неподвижное основание, тело, выполненное в форме прямоугольного параллелепипеда, на боковых и торцовых поверхностях которого нанесены индикаторные сетки, вибровозбудитель, установленный на теле, упругие элементы, связывающие тело с неподвижным

Изобретение относится к учебным установкам для изучения соответствующих разделов теоретической механики, теории механизмов и машин, теории колебаний, может найти применение в технических вузах и является усовершенствованием учебной установки для изучения пространственных колебаний основанием. Основание снабжено четырьмя стойками с дуговыми направляющими, установленными по торцам тела симметрично относительно вертикальных плоскостей симметрии тела. Упругие элементы выполнены в виде равножестких пружин, одни концы которых закреплены в дуговых направляющих, а другие при помощи поворотных кронштейнов и зажимных шарниров — на торцовых поверхностях тела. Следы плоскости, образованной горизонтальными главными центральными осями инерции (ГЦОИ) тела, нанесены на боковых и торцовых поверхностях тела. Дуговые направляющие стоек снабжены лимбами, а упругие элеHeliTbt связаны между собой по середине упругими растяжными нитями. На торцах ф/ тела расположены цапфы соосно с продольной ГЦОИ тела, На цапфах установ- С, лены два динамических гасителя, каждый из которых выполнен в виде втулки и двух радиально расположенных. рессор с грузами на концах. Втулки выполнены с возможностью поворота вокруг цапф, а грузы — с возможностью перемещения вдоль рессор, при этом втулки и грузы снабжены стопорными винтамн. 2 ил. упруго подвешенного тела по авт.св.

Р !568070.

Цель изобретения — расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей.

На фиг.f изображена установка, общий вид, на фиг.2 — то же, вид слева.

1654859

Учебная установка для изучения. пр остр анс т венных кол е ба ний упр уг о подвешенного тела содержит неподвижное основание 1, тело 2, выполненное

5 в форме прямоугольного параллелепипе-! .да, на боковых и торцовых поверхнос;тях которого нанесены индикаторные

:сетки 3 и 4, вибровозбудитель 5, установленный на теле 2, и упругие элементы 6 — 9. Основание 1 снабжено четырьмя стойками 10 — 13 с дуговыми направляющими 14 †17, установленными со стороны торцовых поверхностей 18 и 19 тела симметрично относительно вертикальных плоскостей симметрии те ла. Упругие элементы 6 — 9 выполнены в виде равножестких пружин, одни концы которых закреплены в дуговых направляющих 14 — 17, а вторые при помог и поворотных кронштейнов 20 — 23 и зажимных шарниров 24 — 27 — на торцовых поверхностях 18 и 19 тела 2.

Равная жесткость каждой пружины достигается выполнением отношения ее длины L к среднему диаметру D, равным

1,45 — 1,55.

Следы 28 и 29 плоскости, образо; ванной горизонтальными главными цент— ральными осями инерции (ГЦОИ) тела

I», I, нанесены на боковых и торцо30 вых поверхностях тела 2. Оси зажимных шарниров 24 — 27 расположены в плоскости, образованной осями I и I .

Дуговые направляющие 14 — 17 снабжены лимбами 30 — 33. Упругие элементы 6 35 и 7, 7 и 8, 8 и 9, 9 и 6 связаны попарно между собой по середине упругими растяжными нитями 34 — 37 (например, резиновыми жгутами). Эти нити указывают следы плоскости, содержащеи

40 главные центральные оси жесткости (ГЦОЖ) 1 » и К системы упругих.,элементов 6 — 9.

По торцам 18 и 19 тела 2 расположены цапфы 38 и 39, оси которых сов45 мещены с продольной ГЦОИ тела Iy. Ha цапфах 38 и 39 установлены два динамических гасителя, каждый из которых выполнен в виде втулки 40 и двух радиально расположенных рессор 41 и 42 50 с грузами 43 и 44 на концах. Втулки

40 выполнены поворотными вокруг цапф

38 и 39, а грузы 43 и 44 — с возможностью перемещения вдоль рессор 4 1 и

42, причем втулки и грузы снабжены стопорными винтами 45 — 47.

Учебная установка работает следующим образом.

Стоиорные винты 46 ослабляются и динамические гасители снимаются с цапф тела. Включается вибровозбудитель 5 и тело 2 на упругих элементах

6 — 9 начинает совершать пространственные колебания, форма которых зависит от взаимного расположения ГЦОИ тела (с вибровозбудителем) Ix Т, и ГЦОЛ 1(>, К, К< системы упругих элементов, а также от точки приложения, направления, амплитуды и частоты вынуждающей силы или момента, действующих со стороны вибровозбудителя.

Пусть, например, вынуждающая сила действует по оси К и приложена в центре масс (Д".) тела. Если положение вибровозбудителя 5 относительно тела

2 не изменяется, то ГЦОИ тела с вибровозбудителем остаются неподвижными относительно тела 2 и отмечаются следами 28 и 29 на боковых и торцовых поверхностях тела ° При вертикальном расположепии упругих элементов 6 — 9 и поворотных кронштейнов 20 — 23. (фиг.2 и 1) ГЦОЖ Kz совпадает с ГЦОИ а горизонтальные ГЦОН и ГЦОИ взаимно параллельны. Положение горизонтальных ГЦОЛ фиксируются упругими растяжимыми нитями 34 — 37, а положение центра жесткости системы упругих элементов показано как I!P((фиг.1 и 2). Такое расположение ГЦОИ и ГЦОЛ, приводит к двум независимым формам колебаний z и двум группам двухсвязных колебаний у (и х P Q

При действии вынуждающей силы по оси

К тело 2 совершает независимые вертйкальные колебания. Эта форма колебаний наблюдается на боковых и торцовых поверхностях тела в виде вертикальных перемещений узлов индикаторных сеток 3 и 4.

Изменяя положение ГЦОЖ путем одновременного или раздельного поворота кронштейнов 20 — 23 с упругими элементами 6 — 9, можно воспроизводить и изучать различные формы пространственных колебаний тела 2 при неизменном относительно него положении вибровозбудителя 5. Так, при горизонтальном положении кронштейнов и упругих элементов ГЦОИ совпадают с ГЦОЖ, что приводит к устранению связанности форм пространственных колебаний тела, т.е. три прямолинейных формы х, у, z и три угловых формы у,(1, 1 независимы. При расположении кронштейнов под одинаковыми углами к верS 16548 тика:.:,пой плоскости (что контролируется пп лимбам 30 — 33) реализуется фокальная" подвеска тела. Так, при

1 угле установки упругих элементов, равном 45 к вертикальнпй плоскости, подвеска имеет четыре несвязные формы колебаний х, z, g и ) и одну группу двухсвязньм у P g . При возбуждении вдоль оси К наблюдаются прямолиней10 ные горизонтальные перемещения уэловьм точек торцовых индикаторньм сеток

4 и дуговые перемещения узловых точек боковых индикаторных сеток 3.

При расположении кронштейнов и упругих элементов под различными углами

Получают шестисвязную форму колеба- . ний х р у (.z (g(gpss, те. вибровпзбужденис, действующее только по оси К, приводит к одновременному ко- 20 лебанйю тела 2 вдоль и вокруг оси

ГЦОП, Использование равножестких пру- жин в качестве упругих элементов позволяет воспроизвести "рациональную" подвеску тела, имеющую только четыре собственных частоты, так как собственные частоты прямолинейных колебаний становятся равными, т.е. Я„

= У = Q =43; 43, Ю, Я,). Изменяя частоту вибровоэбуждевия можно иэу- 30 чать различные формы резонансных колебаний тела 2.

При работе установки на цапфы 38 и 39 тела 2 можно надеть динамические гасители, а их втулки 40 закрепить при помощи стопорньм винтов 46 в необходимом положении. Так, при изучении действия динамических гасителей в направлении оси их рессоры 41 и 42 устанавливаются в горизонтальной

40 плоскости. При соблюдении соотношения ()ог (K m) дроги ()

È7 ственно частота динамического гасите.ля и частота вынуждающей силы, а К и ш — коэффициент изгибной жесткости 45 одной пары рессор и масса грузов 43 и 44, грузы динамических гасителей начинают колебаться в противофазе с вынуждающей силой и тем самым существенно снижают амплитуды колебаний тела 2. Настройка динамических гасителей производится путем перемещения грузов 43 и 44 вдоль рессор 41 и 42 (изменением жесткости рессор) и последующей их фиксацией стопорными винтами 45 и 47. Массы грузов могут также изменяться.

Смещая внбровозбудитель 5 вдоль оси I, возбуждают угловые колебания

59 6 тела 2 вокруг оси I и наблюдают противофаэную работу динамических гасителей между собой, позволяющую снизить амплитуду угловых колебаний тела вокруг оси I . При возбуждении прямолинейных колебаний тела 2 вцоль оси 1 ч (вибровозбудитель 5 поворачивается на 90 вокруг оси I, а упруО гие элементы 6 — 9 располагаются гориэонтально) рессоры 41 и 42 устанавливаются в вертикальной плоскости, образованной осями ТК и I . При соответствующей настройке динамических гасителей наблюдают снижение колебаний тела 2 вдоль оси I . Совмещение осей цапф 38 и 39 с осью I поэволяк ет избежать появления дополнительных моментов сил,. действующих со стороны динамических гасителей на тело 2, и устранить паразитные формы колебаний тела .

Кроме того, возможно при работе установки динамические гасители снять, возбулдая сложную форму колебаний, например прямолинейные колебания вдоль осей Т и I, (вынуждающая сила вибровnçбудйтеля направлена под углом к вертикальной продольной плоскости I и I ) . На торцовых поверхностях тела

2 по траекториям узловых точек индикаторных сеток определяют направление наибольшего перемещения тела. На цапфы 38 и 39 тела 2 устанавливают динамические гасители и ориентируют их так, что плоскость расположения рессор 41 и 42 перпендикулярна направлению наибольшего перемещения тела и наблюдают снижение,виброперемещений тела одновременно в-направлении осей I и I .

Для более корректного определения величины снижения амплитуд колебаний тела 2 при работе динамических гасителей на теле могут устанавливаться вибродатчики с необходимой ориентацией осей чувствительности. На учебной установке можно воспроизводить и изучать и другие варианты работы динамических гасителей, в том числе и при трех, четырех и шестисвязных колебаниях тела. формула изобретения

Учебная установка для изучения пространственных колебаний упруго подвешенного тела по авт.св. 9 1568070, отличающаяся тем, что, с

1654859

Aá

ЮУ

Составитель A. Кроитор

Редактор И.щербак Техред Л,Олийнык Корректор Л.Патай

Заказ 1954 Тираж 294 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 целью расширения демонстрационных возможностей путем демонстрации действия динамических гасителей, она содержит две цапфы, установленные на торцовых поверхностях тела соосно с

его продольно главной центральной осью инерции и два динамических гаси тепя, каждый из которых содержит втулку со стопорным винтом, установленную на цапфе с возможностью пово рота и фиксации стопорным винтом, две рессоры, радиально установленные, на втулке, и два груза со стопорными винтами, установленные на рессорах с возможностью продольного перемещения и фиксации стопорными винтами.