Способ определения характеристики упругой системы

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для определения параметров колебаний упруго-гистерезисторных систем (УГС). Цель изобретения - повышение точности при определении коэффициента поглощения УГС. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения характеристики упругой системы, включающему закрпеление системы на центрифуге посредством жесткого упора, обеспечивающего предварительную деформацию упругой системы в направлении ее статического смещения, увеличение угловой скорости центрифуги до достижения скорости ω₃ , обеспечивающей заданное статическое смещение системы, снижение скорости до постановки системы на жесткий упор, фиксирование при изменении скорости значений ωʹ и ωʺ, соответствующих предварительной деформации и использование зафиксированных скоростей для определения искомой характеристики, после снижения скорости ее вновь повышают, при закреплении системы на центрифуге используют пружину, жесткость и масса которой много меньше жесткости и массы системы, фиксацию скоростей ωʹ, и ωʺ осуществляют при снижении и повторном повышении скорости центрифуги при статическом смещении системы, равном половине заданного, а коэффициент поглощения Ψ определяют по формуле Ψ=2Π·(ωʺ²-ωʹ²)/(2ω²₃-ωʹ²-ωʺ²). 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для определения параметров колебаний упруго-гистерезисных систем (УГС).

Известен способ определения коэффициента поглощения УГС, заключающийся в ее статическом смещении от положения равновесия и измерении параметров петли гистерезиса [I] . Этот способ осуществляют на специальных испытательных машинах (см. , например [1-3] ), для чего присоединяют к УГС нагружающее устройство и в процессе нагружения и разгрузки системы фиксируют усилие и деформацию (перемещение).

Недостатком известного способа является пониженная точность в ряде важных практических применений: - в случае испытаний малогабаритных УГС, когда присоединение нагружающего устройства может исказить упруго-демпфирующие характеристики системы; - в случае испытаний УГС датчиков и сигнализаторов давления, когда при присоединении нагружающего устройства требуется принять дополнительные конструктивные меры для сохранения герметичности системы; - в случае испытаний УГС без сосредоточенных масс или со сложной кинематической схемой, когда замена распределенных сил сосредоточенными нагрузками недопустима; - в случае определения петли гистерезиса предварительно сдеформированной УГС, особенно, если величина предварительной деформации существенно превышает амплитуду петли гистерезиса (например, при имитации действия линейного ускорения на системы виброзащиты, при определении демпфирующих характеристик датчиков и реле давления при повышенном или пониженном давлении и т. д. ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является решение [4] , согласно которому систему закрепляют на центрифуге посредством жесткого упора, обеспечивающего предварительную деформацию упругой системы в направлении ее статического смещения, увеличивают угловую скорость центрифуги до достижения скорости ω ₃, обеспечивающей заданное статическое смещение системы, снижают скорость до постановки системы на жесткий упор, фиксируют при изменении скорости значения ω' и ω'' , соответствующие предварительной деформации и используют зафиксированные скорости для определения искомой характеристики упругой системы.

Недостатком способа-прототипа является невозможность достаточно точного определения коэффициента поглощения упруго-гистерезисной системы. Возможна лишь весьма грубая оценка коэффициента поглощения.

Цель настоящего изобретения - повышение точности определения коэффициента поглощения упруго-гистерезисной системы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения характеристики упругой системы, включающему закрепление системы на центрифуге посредством жесткого упора, обеспечивающего предварительную деформацию упругой системы в направлении ее статического смещения, увеличение угловой скорости центрифуги до достижения скорости ω ₃, обеспечивающей заданное статическое смещение системы, снижение скорости до постановки системы на жесткий упор, фиксирование при изменении скорости значений ω' и ω'', соответствующих предварительной деформации и использование зафиксированных скоростей для определения искомой характеристики, после снижения скорости ее вновь повышают, при закреплении системы на центрифуге используют пружину, жесткость и масса которой много меньше жесткости и массы системы, фиксацию скоростей ω' и ω'' осуществляют при снижении и повторном повышении скорости центрифуги при статическом смещении системы, равном половине заданного, а коэффициент поглощения Ψ определяют по формуле Ψ = 2 На фиг. 1 показана диаграмма нагружения УГС в координатах "инерционная сила F_ин - смещение δ "; на фиг. 2 - один из возможных вариантов устройства для осуществления способа.

Как видно из фиг. 1, коэффициент поглощения Ψ характеризуется отношением площади S петли гистерезиса bcde к площади треугольника o₁bf; Ψ = 2Π (1) Общепринята эллиптическая форма петли гистерезиса (см. , например, [5] ). Согласно [5] : Sbcde = Π·ΔF_ин· = F_ин·δ₃, (2)
SΔO₁bf = F_(ин)3· = F_(ин)3· δ₃ (3)
После постановки в (1) значений из (2) и (3) получим:
Ψ = 2Π (4)
С другой стороны, как видно из фиг. 1:
ΔF_ин= (ωʺ²- ωʹ²)·m·R (5)
F_(ин)3= -(ωʹ²- ωʺ²)m·R (6)
Подставив (5) и (6) в (4), окончательно получим:
Ψ = 2 (7)
Как видно из структуры формулы (7), она удовлетворяет граничным условиям:
Ψ __→ 0 при ωʹ² __→ ωʺ²( __→ 0),
Ψ __→ 0 при ΔF_ин= m __→ F_(ин)3= -+R·m
Способ осуществляют следующим образом (см. фиг. 1).

С помощью жесткого упора обеспечивают предварительную деформацию УГС в направлении ее статического смещения (участок оа). Затем УГС закрепляют на центрифуге таким образом, чтобы ее перемещение происходило в направлении, перпендикулярном оси вращения центрифуги. Плавно увеличивают угловую скорость центрифуги и фиксируют значение ω ₃ угловой скорости, соответствующее заданному статическому смещению δ ₃(участок ав). После этого снижают угловую скорость до постановки системы на жесткий упор (участок bd) и фиксируют значение угловой скорости ω' , соответствующее смещению (участок bc). Затем дополнительно повышают угловую скорость (участок de) и фиксируют ее значение ω'' , соответствующее деформации . По полученным данным определяют коэффициент поглощения из соотношения (7).

Для определения коэффициента поглощения УГС, состоящей из упругого элемента 1 (например, виброизоляторов) и сосредоточенной массы 2 (например, защищаемого объекта), ее закрепляют на столе 3 центрифуги таким образом, чтобы перемещение происходило перпендикулярно оси вращения 4 центрифуги. Винтом 5 (электрически изолированным от кронштейна 6) обеспечивают предварительную деформацию УГС, после чего винт 5 контрят гайкой 7. После этого с помощью регулировочного микрометрического винта 8 (электрически изолированного от кронштейна 6) устанавливают заданное перемещение δ₃, равное, например, удвоенному значению амплитуды колебаний УГС на собственной частоте. Упругую контактную пружину 9 (жесткость и масса которой существенно меньше жесткости и массы УГС и поэтому упруго-депфирующие характеристики этой пружины практически не влияют на упруго-демпфирующие характеристики УГС) выставляют с помощью прокладок 10 таким образом, чтобы зазор между контактом пружины и массой 2 был равен . Затем включают центрифугу, плавно повышают скорость вращения и определяют по индикатору наличия электрической цепи (например, по загоранию лампочки 11) момент, когда перемещение УГС достигло значения δ₃. В этот момент фиксирует значение ω ₃. Затем скорость вращения снижают и в момент погасания лампочки 13 фиксируют значение угловой скорости ω' , при дальнейшем снижении угловой скорости определяют по загоранию лампочки 14 момент постановки УГС на жесткий упор. После этого снова повышают скорость вращения и в момент загорания лампочки 13 фиксируют значение угловой скорости ω'' . По полученным данным с помощью соотношения (7) вычисляют коэффициент поглощения УГС.

П р и м е р. Определяют зависимость коэффициента Ψ нелинейной системы виброизоляции от амплитуды Ао колебаний на собственной частоте и величины центростремительного ускорения а_ц= ω ²R в следующей последовательности:
1. Винтом 5 обеспечивают начальную величину предварительной деформации δ_п УГС.

2. Винтом 7 устанавливают начальное значение перемещения δ₃УГС.

3. Выставляют контактную пружину 9 таким образом, чтобы зазор между ее контактом и массой 2 составлял .

4. Закрепляют УГС на столе центрифуги на радиусе R.

5. Плавно повышают скорость вращения центрифуги и в момент загорания лампочки 11 фиксируют значение угловой скорости ω₃.

6. Плавно снижают скорость вращения центрифуги, в момент погасания лампочки 13 фиксируют значение угловой скорости ω' , а в момент загорания лампочки 14 - факт постановки УГС на жесткий упор.

7. Повторно повышают скорость вращения центрифуги, в момент загорания лампочки 13 фиксируют значение угловой скорости ω'' .

8. По полученным данным определяют значения A_o= ;
a_ц= · R и Ψ - по формуле (7).

9. Повторяя операции при других значениях δ_п и δ₃, находят диапазон значений А_о, а_ц и Ψ и определяют зависимость
Ψ (А_о, а_ц).

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующим повышенную точность определения коэффициента поглощения УГС с нелинейной характеристикой, УГС малых габаритов, без сосредоточенных масс или со сложной кинематической схемой, предварительно сдеформированных систем. В результате обеспечивается возможность определения такой важной характеристики, как коэффициент поглощения (и соответственно усиление на резонансе) для систем виброзащиты при одновременном действии вибрации и линейного ускорения, коэффициента поглощения (и соответственно виброустойчивости) реле физпараметров непосредственно перед замыканием контактов (например, реле давления с поданным внутрь давлением) и т. д
.

(56) 1. Писаренко Г. С. и др. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов. Киев, "Наукова думка", 1971 г. , с. 33-34.

2. Справочник машиностроителя, т. 6, М. : "Машиностроение", 1964 г. , с. 1-13.

3. Резиновский М. М. , Лукомская А. И. Механические испытания каучука и резины, М. : "Химия", 1968 г, с. 91-206.

4. Авторское свидетельство СССР N 1633281, кл. С 01 В 21/00, 1988 г.

5. Пановко Я. Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. М. : "Физматиздат", 1969, с. 25-26, 89.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРУГОЙ СИСТЕМЫ, включающий закрепление системы на центрифуге посредством жесткого упора, обеспечивающего предварительную деформацию упругой системы в направлении ее статического смещения, увеличение угловой скорости центрифуги до достижения скорости ω₃ , обеспечивающей заданное статическое смещение системы, снижение скорости до постановки системы на жесткий упор, фиксировании при изменении скорости значений ωʹ и ωʹʹ , соответствующих предварительной деформации, и использование зафиксированных скоростей для определения искомой характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении коэффициента поглощения упругогистерезисной системы, после снижения скорости ее вновь повышают, при закреплении системы на центрифуге используют пружину, жесткость и масса которой много меньше жесткости и массы системы, фиксации скоростей ωʹ и ωʹʹ осуществляют при снижении и повторном повышении скорости центрифуги при статическом смещении системы, равном половине заданного, а коэффициент поглощения Ψ определяют по формуле
Ψ = 2Π .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2