Колебаний возбуждаемых

Рис. 13.46. Схемы возбудителей колебаний механического типа: а) схема простейшего дебалансного вибратора; б) схема дебалансного вибратора направленного действия

3°. Общим для всех вибромашин является следующее: Во-первых, вибрационная машина является колебательной системой, состоящей из возбудителя колебаний — вибратора и колеблющейся массы, т. е. рабочего органа и частей, жестко с ним скрепленных. Во-вторых, рабочий процесс в вибромашинах получается в результате суммарного эффекта большого количества отдельных циклов, следующих один за другим. Хотя эффект за один цикл является незначительным, но высокая частота этих циклов делает эти машины высокоэффективными.

Рис. 13.46. Схемы возбудителей колебаний механического типа: и) схема простейшего дебалансного вибратора; б) схема дебалансного вибратора направленного действия

5°. Общим для всех вибромашин является следующее: Во-первых, вибрационная машина является колебательной системой, состоящей из возбудителя колебаний — вибратора и колеблющейся массы, т. е. рабочего органа и частей, жестко с ним скрепленных. Во-вторых, рабочий процесс в вибромашинах получается в результате суммарного эффекта большого количества отдельных циклов, следующих один за другим. Хотя эффект за один цикл является незначительным, но высокая частота этих циклов делает эти машины высокоэффективными.

Явление магнитострикции, рассмотренное в § 11.1, получило широкое применение в ультразвуковой технике как один из методов получения ультразвуковых (УЗ) колебаний. На рис. 11,28 показана принципиальная схема стержневого магнитострикционного вибратора /. Он набирается из тонких изолированных пластин ферромагнитного материала, обладающего большой магнитострикцией, — никеля, пермаллоя, пермидюра и др. На стержень наматывается обмотка, через которую пропускается переменный ток частоты V. Ток создает переменное магнитное поле, которое намагничивает сердечник и тем самым изменяет его длину. Максимальной величины магнитострикция К достигает при амплитудном значении напряженности поля (при Н = Я0). Так как К не зависит от направления Н, то частота механических колебаний сердечника равна удвоенной частоте переменного тока. В Це-пях усиления механических колебаний систему настраивают в резонанс, подбирая частоту тока равной половине частоты собственных колебаний вибратора. Для кон-центрации'энергии мех-анических колебаний к вибратору жестко прикрепляют сужающийся книзу волновод 2, называемый концентратором; длина его берется кратной целому числу полуволн ультразвука, распространяющегося по волноводу. При значительной величине отношения верхнего (D) и нижнего (d) диаметров концентратора можно достичь большой концентрации энергии УЗ колебаний на нижнем конце. Подобным образом можно получать УЗ колебания с частотами 101—10е Гц и амплитудой от единиц до сотен микрсг метров.

5.Баркан Д. Д., Ш е х т е р О. Я. 1) К теории вынужденных колебаний вибратора с ограничителем; 2) Вынужденные колебания вибратора при подвижном ограничителе, ЖТФ, т. XXV, вып. 13, 1955.

где фх = (лАг cos со? — угловая скорость крутильных колебаний вибратора (вала); (ф — (j^) = •ф — относительная скоростч скольжения маховика; М (ф — фа) — сила внешнего трения, приводящая в движение маховик; Ьф" — сила сопротивления, возникающая при касании маховика и вибратора вне зоны фрикционных дисков.

Кавитационная стойкость стали определялась на магнитострик-ционном вибраторе при частоте колебаний вибратора 8 кгц и двойной амплитуде 0,07 мм.

На основе анализа и обобщения проведенных исследований установлены эффективные режимы колебаний кристаллизатора, обеспечивающие резкое снижение усилий протяжки заготовки через кристаллизатор. На рис. 4, а — в даны зависимости безразмерных сопротивлений протяжки FJF слитка через кристаллизатор, где FB — сопротивления протяжки заготовки через вибрирующий кристаллизатор; F — сопротивления протяжки заготовки через кристаллизатор при отсутствии вибрации, от некоторых параметров слитка и режима колебаний вибратора.

Поверхностные электровибраторы типа И-7. Вибраторы снабжены трехфазным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем мощностью 0,4 кет, напряжением 36 в. Число оборотов (колебаний) вибратора 2 840 об/мин. Размеры основания 500х 1 000 мм. Общий вес вибратора 43 кг.

Суммарная амплитуда колебаний нижней точки вибратора, мм ...... Максимальный кинетический момент, KSC-CM ............... 0,6—0,8 0,4 0,9—1,2 0,15 1,0—1,4 0,45 1,8—2,5 2,0

моментов уравновешивающих масс при использовании таких станков определяют по амплитуде и фазе колебаний, возбуждаемых неуравновешенными силами инерции ротора. Необходимые измерения осуществляют механическими, оптическими или электрическими способами.

Наиболее существенное отличие вынужденных колебаний от рассмотренных выше колебаний заключается в том, что частота этих колебаний определяется не свойствами самой системы (как в случае собственных колебаний или автоколебаний), а частотой внешнего воздействия. Мы рассмотрим сначала простейший случай вынужденных колебаний, возбуждаемых внешней силой, которая изменяется по гармоническому закону.

Всякое изменение амплитуд или фаз гармоник в спектре какого-либо негармонического колебания сопровождается изменением формы данного негармонического колебания. Поэтому, если при воздействии негармонической внешней силы на какую-либо систему соотношения между амплитудами и фазами вынужденных колебаний, возбуждаемых разными гармониками внешней силы, оказываются не такими, как в спектре внешней силы, то это указывает на искажение формы колебаний при их вос-произвдении в системе. Чтобы негармоническое колебание воспроизводилось без искажений, амплитуды всех гармоник спектра вынужденного колебания должны 1 быть пропорциональны соответствующим амплитудам спектра внешней силы, причем коэффициент пропорциональности не должен зависеть от частоты; сдвиги фаз всех гармоник вынужденного колебания относительно фаз соответствующих гармоник внешней силы должны быть пропорциональны частотам гармоник. Однако точно эти условия никогда не выполняются.

Когда нас интересует характер вынужденных колебаний, возбуждаемых внешней силой, действующей конечное время, то поставленный вопрос сводится к тому, как быстро устанавливаются вынужденные колебания после включения внешней силы и как быстро прекращаются собственные колебания, возникающие в момент выключения внешней силы. Оба эти процесса, как было показано в § 141, длятся одинаковое время установления т. Если время действия внешней силы значительно больше времени установления в данной колебательной системе, то «с точки зрения этой колебательной системы» внешняя сила действует достаточно долго и условие, о котором идет речь, выполняется.

В отличие от совмещенных в PC-преобразователях дефект обычно (но не всегда) вызывает увеличение амплитуды сигнала. Это связано с тем, что при уменьшении ?н амплитуда колебаний, возбуждаемых в ОК излучающим вибратором, возрастает, что и регистрирует приемный вибратор. Раздельно-совмещенные преобразователи превосходят совмещенные по глубине залегания выявляемых дефектов, но уступают им по чувствительности к неглубоким дефектам.

Рис. 5.12. Схема измерения частоты упругих колебаний, возбуждаемых наклонным преобразователем:

В работах [82, 127] приведены результаты испытаний дву-сторонне защемленных балок в режиме резонансных колебаний, возбуждаемых электродинамическим вибратором. Исследовались однородный алюминий, эпоксидный стеклопластик (с однонаправленным и продольно-поперечным армированиями) и эпоксидный боропластик (армированный под углами ±45° и одыонаправленпо под углом 0° и 90°). На основе элементарной теории изгиба Бер-нулли — Эйлера для алюминия 2024-Т4 получено очень хорошее согласование с результатами других исследователей. В этом случае, поскольку материал являлся изотропным (EIG «^ 2,7), эффект от поперечного сдвига был очень мал. Однако для современных композитов отношение EliIG^ очень велико («450* для эпоксидных боропластиков) и поправка от учета поперечного сдвига может стать очень существенной. В этой же работе исследовалось влияние сопротивления воздуха на демпфирование колебаний и обнаружено, что оно может быть весьма существенным, особенно для однонаправленных композитов.

Ка>к показали экспериментальные исследования [1, 2], при возбуждении ЭМА методом ультразвуковых колебаний в ферромагнитных материалах при повышенных температурах коэффициент преобразования электромагнитной энергии в упругую увеличивается. Особенно резко возрастает амплитуда ультразвукового импульса при подходе к точке Кюри. В связи с этим весьма актуальна задача теоретической интерпретации характера возбуждения ультразвуковых колебаний при повышенных температурах. Возбуждение ультразвуковых колебаний ЭМА методом в ферромагнитных материалах происходит за счет взаимодействия вихревых токов с индукцией постоянного магнитного поля и за счет маг-нитострикционных сил. При повышении температуры индукция постоянного магнитного поля В, а также электропроводность среды уменьшаются, что приводит к уменьшению амплитуды ультразвуковых колебаний, возбуждаемых за счет амперовых сил.

Таким образом, при увеличении температуры амплитуда ультразвуковых колебаний, возбуждаемых за счет магнитострикционных сил, возрастает, достигая максимальной величины в районе точки Кюри.

Как следует из формулы (5.92), выбором значения а можно в известной степени управлять функцией Дг/. Так, при 0 «С 1 практически исключается влияние колебаний, возбуждаемых в элементах привода, поскольку Аг/—» ri2. При а > 1 с увеличением а коэффициент при T]i стремится к значению первой передаточной функции Ef; одновременно происходит уменьшение коэффициента при т]2. Поэтому в последнем случае (особенно в зоне П^мах) более интенсивны колебания с частотой рг.

Проиллюстрируем характер ' <*> /° изменения амплитуд сопровожда- г< ющих колебаний, возбуждаемых i-