Возбудителями колебаний

Свободные колебания обычно используются в экспериментальных исследованиях в сочетании с вынужденными колебаниями в резонансном режиме. Вначале в образце возбуждаются колебания в резонансном режиме, затем возбудитель колебаний отключается и затухание колебаний во времени записывается на соответствующей аппаратуре. Измеряемое затухание характеризуется логарифмическим декрементом б:

Электромагнитный возбудитель колебаний, создающий переменную составляющую крутящего момента, является упругой колебательной системой с многополюсным шаговым электромагнитом, питаемым переменным током промышленной частоты (50 гц). На корпусе возбудителя / (рис. 106) крепится статор 2 электромагнита, набранный из трансформаторного' железа и имеющий 12 зубцов, которые служат полюсными наконечниками. К нижней части корпуса крепится фланец 12 с дентральным коническим отверстием для крепления торсиона 9. На торсионе

В высокочастотных машинах, как и в машинах второй группы, на добротность колебательной системы наибольшее влияние оказывают сопротивления, возникающие в местах стыков элементов колебательной системы. Возбудитель колебаний может воздействовать на массу тг резонатора или на массу т2 захвата для образца. Примерами могут служить машины, силовые схемы которых показаны на рис. 4, б и 5. В качестве возбудителей колебаний применяют те же устройства, что и в машинах второй группы:

/ — винтовой механизм статического нагружения; 2 — верхняя траверса; 3 — колонны; 4 — поперечина; 5 — тензо-резисторный датчик силы; 6, 9 — захваты; 7 — испытуемый образец; 8 — предварительный усилитель; 10 — стол; /), 12 — измерители соответственно амплитуды переменной нагрузки и статической составляющей нагрузки; 13 — пружинные опоры стола; 14 — усилитель мощности; 15 — счетчик числа цик~ лов нагружения; 16, 18 —- овальные пружины резонатора; 17 — сменные грузы; 19 — плоская пружина; 20 — колонны; 21 — нижняя траверса; 22 — электромагнитный возбудитель колебаний; 23 — якорь возбудителя колебаний

Система управления машиной в связи с переходом от электровакуумных ламп к полупроводниковым приборам претерпела большие изменения. Механизм статического нагружения оснащен тиристорным приводом, позволяющим проводить испытания при статической составляющей, изменяющейся с частотой 3,2 мин"1. Усилитель мощности, питающий электромагнитный возбудитель колебаний, транзисторный. Машина снабжена системой управления, позволяющей программировать статическую и динамическую составляющие нагрузки на образец.

1 — поперечина; 2 — верхняя траверса; 3, 4 — ветви пружины статического нагружения: соответственно верхняя и нижняя; 5 — резонатор; 6 — колонны с винтовой нарезкой; 7 — станина; 8 — бетонный блок; 9 — вибрационно-частот-ный датчик силы; 10, 12 — опорные плиты; // — испытуемый образец; 13 — пьезоэлектрический датчик ускорения; 14 — сменные грузы; 15 — перестановочные элементы, соединяющие ветви пружины статического нагружения; 16 — шток; 17 — якорь; 18 — дифференциальный электромагнитный возбудитель колебаний

Электродинамический возбудитель колебаний в испытательных машинах часто применяют в сочетании с возбудителями колебаний других типов для создания комбинированных нагрузок на испытуемый образец.

Машина, схема которой представлена на рис. 3, а, позволяет испытывать образцы на усталость при кручении, при изгибе или при комбинированном нагружении изгибом и кручением. Оси маховиков 3 и 6 оперты в подшипниках 4 и 7. На маховике 3 расположен инерционный возбудитель колебаний с вращающимися неуравновешенными массами 2. Вращение возбудителя ссу> ществляется через гибкий вал от элек> тродвигателя 1. С маховиками жестко соединены серповидные захваты 5 и 8. При закреплении образца в захватах вдоль оси X—X будет осуществляться переменное крученне, а вдоль оси Y— Y — переменный изгиб. При расположении образца под некоторым углом к этим осям будет осуществляться соответствующее комбинированное нагру-жение. Крутящий момент, прикладываемый к серповидным захватам, можно определять по амплитуде колебаний маховика 6, момент инерции массы которого должен быть известен. Можно также встроить датчик крутящего момента. Изгибающий и крутящий моменты, действующие на образец, вычисляют в зависимости от выбранного угла а между геометрической осью образца и осью колебаний маховиков.

В МВТУ им. Баумана созданы две машины: БЭЛ-1 и БЭЛ-2 — для испытаний на усталость при изгибе или кручении. Машины снабжены электромагнитными возбудителями и работают в режиме автоколебаний. На рис. 43 изображена машина БЭЛ-1. Испытуемый образец 5 (рис. 43, а) одним концом закреплен в захвате 4, а на другом его конце укреплен якорь 7 электромагнитного возбудителя 6 колебаний. Якорь 8 взаимодействует с магнитной системой электромагнитного индукционного датчика 9, сигнал которого пропорционален скорости изменения магнитного потока в его магнитной системе, т. е. пропорционален амплитуде и частоте колебаний якоря 7. Сигнал с датчика 9 подается на усилительное устройство, которое питает возбудитель колебаний. Обмотки подмагничи-вания возбудителя колебаний питаются выпрямителем.

Возбудитель колебаний 6 (рис. 43, б) имеет магнитную систему с разделенными потоками. На сердечнике 12 размещена обмотка (питаемая выпрямителем), создающая постоянное поляризующее магнитное поле в четырех воздушных зазорах между полюсами магнитной системы и якорем 7. На каждом полюсе размещена обмотка переменного тока. Коммутация этих обмоток позволяет получить крутильные или изгибные колебания испытуемого образца. На рис. 43, б показано соединение полюсных обмоток для получения возвратно-поступательного, а на рис. 43, в — крутильного движения якоря 7.

На рис. 45 изображена схема установки типа МВЛ-4 для испытания лопаток турбин на усталость. На столе / электродинамического возбудителя колебаний типа ЭДВ-2 закреплен динамометр 2, в захвате которого зажата испытуемая лопатка 3. Электродинамический возбудитель колебаний ЭДВ-2 имеет подвеску подвижной системы, выполненную на двух разнесенных в вертикальном направлении фасонных прорезных мембранах. Мембраны изготовлены, из стали ЗОХГСА толщиной 4 мм и снабжены покрытием, демпфирующим их собственные колебания. Такое выполнение подвески обеспечивает необходимую жесткость в боковых направлениях для восприятия реакции от изгибающего момента, нагружающего испытуемую лопатку.

Г. Силы инерции не всегда являются вредными, с которыми надо бороться. В настоящее время имеется много машин, в которых для выполнения того или иного технологического процесса намеренно возбуждаются колебания. Машины, в которых технологический процесс выполняется на основе возбужденных колебаний, называют вибрационными машинами. Возбудителями колебаний в этих машинах могут быть механические и электромагнитные вибраторы, гидравлические и пневматические пульсаторы. Рабочему органу машины, взаимодействующему с обрабатываемой средой, необходимо придать колебательное движение с желаемой частотой колебаний и амплитудой.

Дополнительные противовесы увеличивают общую материалоемкость конструкции и переменную часть приведенного момента инерции, ухудшая динамические характеристики машины в период установившегося движения. Часто уравновешивают силы инерции не полностью, а только их составляющие, которые являются возбудителями колебаний звеньев. Для этого используют различные устройства, как, например, приспособление, предназначенное для уравновешивания вертикальной составляющей Fy центробежной силы инерции неуравновешенной массы т звена 1 механизма (рис. 29.3, а), включающее дополнительное звено 2, развивающее такую же силу инерции. В механизме со звеньями (основным / и дополнительным 2), вращающимися в одну сторону (рис. 29.3, б), второе звено 2 предназначено для создания уравновешивающего момента М = тиРга cos ф в случае действия в механизме / периодически меняющегося момента силы инерции М„ (ср) — М„ cos ф. Так как cos ф = cos (я — ф), то тг — Мя/к>"га при установке яротивовесов с фазовым углом п.

Г. Силы инерции не всегда являются вредными, с которыми надо бороться. В настоящее время имеется много машин, в которых для выполнения того или иного технологического процесса намеренно возбуждаются колебания. Машины, в которых технологический процесс выполняется на основе возбужденных колебаний, называют вибрационными машинами. Возбудителями колебаний в этих машинах могут быть механические и электромагнитные вибраторы, гидравлические и пневматические пульсаторы. Рабочему органу машины, взаимодействующему с обрабатываемой средой, необходимо придать колебательное движение с желаемой частотой колебаний и амплитудой.

Машины с электромагнитными, электродинамическими, маг-нитострикционными возбудителями колебаний. . . .. . .116

На рис. 6, а изображена динамическая схема машин первой группы. Перемещения массы тг заданы и ограничены достаточно жесткой конструкцией возбудителя колебаний. В этом случае масса т1 практически не влияет на колебания других сосредоточенных масс. Таким образом, машины первой группы характеризуются возбуждаемым динамическим перемещением с кинематически фиксированной амплитудой, которая не зависит от частоты возбуждения. Такая динамическая схема присуща всем машинам с шатунно-кривошипными и эксцентриковыми возбудителями колебаний, а также гидропульсационным машинам с пульсаторами объемного действия, в которых передача движения

Машины с электрогидравлическими возбудителями колебаний (см. рис. 3, г) могут работать как в режиме заданных перемещений активного захвата 7, так и в режиме заданной силы, прикладываемой к испытуемому образцу,' т. е. в зависимости от режима испытаний необходимо рассматривать соответствующую динамическую схему.

екая схема их не может быть представлена в виде колебательной системы с сосредоточенными параметрами. В эту группу входят машины с магнито-стрикционными и пьезоэлектрическими возбудителями колебаний, динамические схемы которых рассмотрены ниже.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМИ, МАГНИТОСТРИКЦИОННЫМИ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ КОЛЕБАНИЙ

Машины с электромагнитными возбудителями колебаний. В ранних конструкциях этих машин электромагнитный возбудитель питался либо от автономного машинного генератора, либо от сети промышленного переменного тока. Типичная конструкция таких машин показана на рис. 39.

Машины с электрическими возбудителями колебаний

Машины с электрическими возбудителями колебаний