Способ передачи вибрации от вибровозбудителя к испытуемому объекту

 

Использование: вибрационные испытания малогабаритных объектов при однонаправленной вибрации. Сущность: иэгибную жесткость (EI) сплошного или наборного стержня, соединяющего подвижную часть вибровозбудителя с объектом, определяют из условий отсутствия реэонансов на частотах поперечных колебаний системы объект-стержень и резонансных колебаний стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, а продольную жесткость (Е F) - из условия отсутствия резонанса двухмассовой системы подвижная часть вибровозбудитель-стержень-объект в диапазоне испытательных частот. Приводятся соотношения для определения EI и EF. Если при EI, удовлетворяющей упомянутым условиям I/F 1/4 я , используют наборный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, при I/F2 1/4 л используют полый стержень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F const. 2 ил. t

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 М 7/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853776/28 (22) 24.07.90 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (71) Конструкторское бюро машиностроения (72) В.А.Евстигнеев и А.Н, Гвоздев (56) Авторское свидетельство СССР

М 896453, кл. G 01 M 7/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1121592, кл.G 01 M 7/04, 1984. (54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ВИБРАЦИИ ОТ

ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ К ИСПЫТУЕМОМУ

ОБЪЕКТУ (57) Использование: вибрационные испытания малогабаритных обьектов при однонаправленной вибрации, Сущность: иэгибную жесткость (Е1) сплошного или наборного стержня, соединяющего подвижную часть

Изобретение относится к вибрационным испытаниям и может быть использовано преимущественно при испытаниях малогабаритных объектов на виброустойчивость и вибропрочность при однонаправленном движении.

Цель изобретения — расширение диапазона испытательныхчастот, в которомобеспвчивается заданная точность воспроизведения однонаправленной вибрации, за счет более дальней отстройки резонансов на частотах поперечных колебаний системы "объектстержень" от резонанса стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, Цель достигается тем. что согласно choсабу передачи вибраций от вибровоэбуди». Ж 1824529 А1 вибровозбудителя с объектом. определяют из условий отсутствия резонансов на частотах поперечных колебаний системы "обьект-стержень" и резонансных колебаний стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, а продольную жесткость (Е F) — из условия отсутствия резонанса двухмассовой системы "подвижная часть вибровозбудитель-стержень-объект" в диапазоне испытательных частот. Приводятся соотношения для определения El u EF. Если при EI, удовлетворяющей упомянутым условиям I/F < 1/4л, используют наборный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, при

I/F > 1/4 zt используют полый стержень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F = const. 2 ил. теля к испытуемому объекту, по которому подвижную часть вибровозбудителя соединяют с объектом с помощью сплошного или наборного цилиндрического стержня, изгибную жесткость которого определяют иэ условия отсутствия резонансов на частотах поперечных кслебаний системы "обьектстержень", изгибную жесткость стержня определяют также иэ условия отсутствия резонансных колебаний стержня на его первой собственной частоте поперечных колебаний, обеспечивая одновременное соблюдение обоих упомянутых условий определением Е! по соотношению

EI К Е . I .Àt «Я+ К1М! «Я х

1824529

Н2

xj(1 +3 (— + + ))

I 12 М 12 где Š— модуль упругости материала стержня;

I — момент инерции поперечного сечения стержня;

K> — 0,02...0,04; K2 — 0,72...1,12; р — плотность материала стержня;

F — минимально возможная по условию прочности площадь поперечного сечения стержня;

1 — длина стержня;

А! — корень частотного уравнения поперечных колебаний консольного стержня;

М вЂ” масса испытуемого объекта;

Н вЂ” расстояние от центра тяжести объекта до точки его крепления на стержне;

Ip — момент инерции объекта относительно его центральной оси, перпендикулярной плоскости поперечных колебаний, и родол ьную жесткость Е F/1 стержня определяют из условия отсутствия резонанса двухмассовой системы "подвижная часть вибровозбудителя — стержень — объект" в диапазоне частот (ш! . аг )по соотношению

EF m М .г

+1„! сис где: m — масса подвижной части вибровозбудителя, при этом, если при изгибной жесткости, удовлетворяющей упомянутым условиям, 1/F. < 4, используют наборг 1

4л ный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F. a при I/F > 4 используют полый стер2 1

4к жень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F = const.

На фиг.1 изображена вибрационная установка для реализации способа; на фиг.2— полученная экспериментально зависимость уровня поперечных колебаний объекта от частоты возмущающей силы.

Вибрационная установка (фиг,1) содержит вибровозбудитель 1 с подвижной частью 2, испытуемый объект 3, закрепленный на стержне 4.

Изгибную жесткость El стержня 4 выбирают согласно приведенному расчетному соотношению, что обеспечивает размещение резонансной частоты

Н2

1 1

Еl = — Еlмин + — Е!ст< Е lст.

2 2

Таким образом, в заявляемом способе выбирается более гибкий стержень, что обеспечивает более дальнюю в сравнении с прототипом отстройку частоты Ро или при заданной одинаковой точности воспроизведения однонаправленных вибраций расширение рабочего диапазона испытательных частот в сторону их понижения. Упомянутый эффект особенно существенен при испытаниях в узких диапазонах частот (A)2 <5 в! ), то есть при Рт» и, 50

3 !о (максимальной из частот поперечных колебаний системы "объект-стержень") ниже рабочего диапазона испытательных частот (а1, с)2 ), а частоты P1 = — (первой а,/ Е-Т

2 pF

10 собственной частоты поперечных колебаний стержня) выше указанного диапазона, Одновременный учет в соотношении для выбора El условия отсутствия резонансов на частотах Ро и PI(P»> Pp) обеспечивает за

15 счет назначения коэффициентов К1и К2 одинаково безопасную дальность отстройки диапазона (в!, са ) от упомянутых резонансов, что в известном способе не достигается.

При этом выбранная, согласно предлагаемому способу, величина El является средним арифметическим граничных значений изгибной жесткости, а именно, Еl1 1

25 = — Е lмин + — Е!макс, 2 2 где Е1мин нижняя граница полуинтервала

) Е!мин + оа (допустимых значений Еl, определяемого неравенством Р1> с02;

Еlмакс — верхняя граница интервала

)О,EIMaKc(допустимых значений EI, определяемого неравенством Pp < o>) . Диапазон (в), o>2) может быть размещен между резонансными частотами Ро и Р1 при.выполнении соотношения r /0>2 (Рт/P,. В этом случае область допустимых значений E I буДЕТ НЕПУСТЫМ МНожЕСТВОМ, а Еlмин < Е1макс. Из сопоставления расчетных соотношений для выбора Е! согласно известному и предлагаемому способам можно заметить, что

Еlмакс представляет собой величину El«, выбираемую согласно решению-прототипу, Значит B силУ тогО, чтО Е!мин < Е1макс = Е!ст, то

1824529

Согласно методике расчета параметров виброустановки длину! стержня 4 выбирают с учетом условий устойчивости стержня, его достаточной продольной жесткости EF/I и обеспечения возможности размещения резонансных <астот Р, и Р вне диапазона (в<, ар ). Эти условия накладывают на ввличину1ограничение сверху. В связи с этим длину стержня назначают равной максимально возможной по наиболее строгому из трех упомянутых условий. что способствует повышению гибкости стержня.

Площадь поперечного сечения F стержня 4 выбирают, с целью расширения рабочего диапазона (со<, м ), равной минимально возможной по условию прочности, и в дальнейшем не изменяют, Действительно, так как рабочий диапазон (co<, и ) размещается между резонанснымичастотами Рри PI,(Pp<(о, Р1> в ), то его ширину можно характеризовать отношением частот P

Отношение Р

Р / БГ

Pp PFI

Н х4((1+3(— + )) н >., : з .

)) — р 2

MI Ml

Видно, что оно содержит величину F a знаменателе. Следовательно, при минимизации F расширяется интервал ) Pp, Р<(и тем самым достигается более дальняя отстройка резонансных частот Р и Р< или при одинаковой точности воспроизведения режима расширение диапазона (в<, и 2 ).

Согласно изложенной методике величи" ны El è F определя<отся однозначно и независимо друг от друга. А различные требуемые вследствие этого соотношения между геометрическими характеристиками

1 и F поперечного сечения стержня обеспечивают соответствующим конструктивным г 1 исполнением стержня. При I/F = 4 используют сплошной стер>кень, при I/F >

> — используют полый стержень и уве4л личивают до требуемого значения 1/F степень несплошности его поперечного сечения, при I/F < 4 используют набор2

4л ный стержень и увеличивают до требуемого значения I/F степень дробления его поперечного сечения, Способ передачи вибраций от вибровозбудителя к испытуемому объекту осуще5 ствляется следующим образом, Колебания в основном направлении воспроизводятся вибровозбудителем 1 и переда<отся его подвижной частью 2 к испытуемому обьекту 3 посредством стержня 4, который на время

10 испытаний является единственным несущим объект 3 элементом.

Работоспособность установки не зависит от вида воспроизводимых вибраций и порядка изменения частоты в

15 диапазоне (F01. A)g). Однако интенсивность вибровоздействия ограничивают из соображений не превышения критического значения коэффициента возбуждения для областей параметрического возбуждения с

20 номером и > 2.

В случае использования наборного стержня конструктивно обьединяют его продольные элементы о единый пакет, например, посредством 2 — 3 промежуточных

25 кольцевых стяжек. При этом возможны поперечные колебания отдельного продольного элемента с числом полуволн по длине, равным 3-4, собственные частоты Рз и Р4 которых превышают частоту колебаний Р< (с

30 одной полуволной по длине I) в (9 — 16) раз соответственно. Тем самым обеспечивается снижение момента инерции поперечного сечения I наборного стержня за счет увеличения степени дробления сечения в (81 — 256)

35 раз без падения частот колебаний Рз или Р4 отдельных продольных э IBMe«TQB ниже

Параметры виброустановки следую40 щие: масса испытуемого объекта 2 кг, длина стержня 45 мм, площадь его поперечного сечения

102 мм, вибровоэбудитель типа Д4ОА.

Экспериментальные результаты пред45 ставлены на фиг.2 в виде зависимостей уровней колебаний элементов виброустановки от частоты испытаний в относительных единицах (отн,ед) в полулогарифмическом масштабе: линия А — постоянный во всем чае

50 стотном диапазоне уровень колебаний подвижной части 2 вибровозбудителя 1 по оси основного движения; кривая Б — уровень колебаний объекта 3 в поперечном направлении при способе передачи вибрации по55 средством стержня 4; кривая  — уровень поперечных колебаний стола 2 вибровозбудителя 1. достигающий в диапазоне частот испытаний (1Ь-Яф от уровня колебаний по оси основного движения, На резонансных

1824529 частотах Ро - 3 (отн.ед.) и P > - 13,1 (отн.ед) поперечные колебания обьекта 3 превышают по уровню колебания по оси основного движения в 2,5 раза и 12,8 раза соответственно, а внутри рабочего диапазона частот 5 (3,5,11,0) (отн.ед) поперечные колебания испытуемого объекта 3 практически отсутствуют (по крайней мере, Менее 57 от уровня основного движения).

Таким образом, с помощью предложен- 10 ного способа за счет отстройки друг от друга в необходимых пределах резонансных час- тот Ро и Pi достигается расширение диапазона испытательных частот, в котором обеспечивается заданная точность воспро- 1S изведения однонаправленной вибрации.

Формула изобретения

Способ передачи вибрации от вибровозбудителя к испытуемому объекту, по ко- 20 торому подвижную часть вибровозбудителя соединяют с объектом с помощью сплошного или наборного цилиндрического стержня, изгибную жесткость El которого определяют иэ условия отсутствия реэонан- 25 сов на частотах поперечных колебаний системы объект-стержень в диапазоне

f в . со ) испытательных частот, о т л и ч аю шийся тем, что. с целью расширения диапазона испытательных частот. в котором обеспечивается заданная точность воспроизведения однонаправленной вибрации, изгибную жесткость стержня определяют также из условия

EF m М

1 m+M где m — масса подвижной части вибровоэбудителя, Š— модуль упругости материала стержня;

F — минимально возможная по условию прочности площадь поперечного сечения стержня;

M — масса испытуемого объекта;

1 — длина стержня при этом если при иэгибной жесткости удовлетворяющей упомянутым условиям 1/F <

< 1/4sc. используют наборный стержень с суммарной площадью поперечных сечений его элементов, равной F, при 1/F >1/4д используют полый стержень, площадь внутренней полости которого выбирают при условии F = const.

1824529 фиг. Г

Редактор

Заказ 2220 Тираж Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул. Гагарина, 101

=3 фе

СИ 3. о

О

У

Зъ

0,1

2 5 4 5 6 7 8 3 40 44 Ы П И

Часпинпа аоиебании

Составитель В.Евстигнеев

Техред М.Моргентал Коррекмр И.Шулла