Возбудителем колебаний

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

упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в узлах сочленения деталей конструкции. Эти потери вызываются силами неупругого сопротивления — диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необратимо расходуется энергия колебательной системы или возбудителей колебаний. Для описания диссипативных сил используются характеристики, представляющие зависимость диссипативных сил от скорости движения масс колебательной системы или от скорости деформации упругого элемента. Вид характеристики определяется природой сил сопротивления. Наиболее распространенные характеристики диссипативных сил представлены на рис. 10.8.

упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в узлах сочленения деталей конструкции. Эти потери вызываются силами неупругого сопротивления — диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необратимо расходуется энергия колебательной системы или возбудителей колебаний. Для описания диссипативных сил используются характеристики, представляющие зависимость диссипативных сил от скорости движения масс колебательной системы или от скорости деформации упругого элемента. Вид характеристики определяется природой сил сопротивления. Наиболее распространенные характеристики диссипативных сил представлены на рис. 10.8.

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

образца, провел классические усталостные испытания в широком диапазоне частот, достигающих ультразвуковых. Дальнейшее развитие высокочастотные усталостные испытания получили в связи с разработкой магнитострикцион-ных и пьезоэлектрических возбудителей колебаний для высоких звуковых частот и электродинамических возбудителей — для частот в сотни и тысячи герц. Представление о том, какие способы возбуждения циклических нагрузок в усталостных установках используются для

4. Колебания сосредоточенных масс упругих систем испытательных машин считают моногармоническими. В дейг ствительности вследствие влияния различных конструктивных или других факторов (непостоянство момента инерции массы инерционных возбудителей колебаний с вращающимися неуравновешенными массами, конечного отношения радиуса кривошипа к длине шатуна, нелинейность характеристики электромагнитного возбудителя колебаний и т. п.) возбуждаемые колебания не всегда бывают моногармоническими. Однако искажения формы кривой цикла нагружения, как правило, невелики, и высшими гармоническими составляющими можно пренебречь.

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:

На рис. 7, в—е приведены динамические схемы машин для испытаний образцов при изгибе; силовые схемы этих машин изображены на рис. 4, а и 5, б. На рис. 7, в и г изображены динамические схемы при возбуждении колебаний путем приложения переменной силы к свободному концу образца или к якорю, укрепленному на этом конце, а на рис. 7, д и е динамические схемы при возбуждении колебаний через датчик изгибающего момента. Под т1 следует понимать массу якоря, укрепленного на конце образца, или (когда якоря не применяют) приведенную массу, эквивалентную распределенной массе образца (или лопатки), при условии, что испытания проводят при колебании системы по первой форме, т. е. на основном тоне. Захват для образца, установленный на упругом элементе динамометра, имеет массу «2 и момент инерции массы J2. Под т3 подразумевается масса якоря электромагнитного возбудителя колебаний и крепежных устройств для датчика изгибающего момента или масса подвижной системы электродинамического возбудителя колебаний и крепежных устройств датчика изгибающего момента, или масса аналогичных по назначению деталей при использовании возбудителей колебаний других типов.

4. Уровень колебаний фундаментов электродинамических возбудителей колебаний и бетонного пола рабочих мест операторов

Наконец, в этой части работы приводятся сведения, касающиеся структурных схем механизмов с упругими связями, конструкций и основных характеристик упругих связей, возбудителей колебаний, специальных демпфирующих устройств и демпфирующих свойств механизмов с упругими связями (глава 3).

§ 3.3. Вибраторы. В машинах и механизмах вибрационного и виброударного действия в качестве возбудителей колебаний широко используются механические вибраторы, основным элементом которых является ротор, несущий неуравновешенный груз (дебаланс), приводимый во вращение электродвигателем. Силы инерции неуравновешенных груза или грузов через подшипники роторов передаются на те звенья механизма или машины, с которыми связан корпус вибратора, и являются источником возбуждения, поддерживающего вибрационный или виброударный режим.

2°. Наиболее распространенным возбудителем колебаний является дебалансный возбудитель. Устройство простейшего деба-лансного вибратора показано на рис. 13.46, а. Неуравновешенная масса т вращается около оси А с угловой скоростью со и развивает центробежную силу инерции Fa, равную Fu = трсо2, где р — расстояние центра массы т от оси А. Сила инерции дебаланса через опору А передается массе /И, с которой обычно и связывается рабочий орган вибромашины, взаимодействующий с обрабатываемой средой.

2°. Наиболее распространенным возбудителем колебаний является дебалансный возбудитель. Устройство простейшего деба-лансного вибратора показано на рис. 13.46, а. Неуравновешенная масса т вращается около оси А с угловой скоростью ш и развивает центробежную силу инерции Ра, равную Fa == тра>2, где р — расстояние центра массы т от оси А. Сила инерции дебаланса через опору А передается массе М, с которой обычно и связы-. вается рабочий орган вибромашины, взаимодействующий с обрабатываемой средой.

Универсальная машина УМ-4 с кривошипным возбудителем колебаний предназначена для испытаний на усталость при изгибе, растяжении-сжатии и кручении крупногабаритных образцов и натурных деталей, в том числе коленчатых валов, автомобильных полуосей и т. д. [10].

Разработана [154] электродинамическая установка для испытания на усталость лопаток турбин и компрессоров в условиях высоких температур. Частота нагружения от 200 до 3000 Гц, температура испытания до 1200°С. Испытания на усталость замковых соединений лопаток турбин и компрессоров проводят при совместном действии статического растяжения и переменного изгиба на машине резонансного типа [50]. Установка УЛ-il предназначена для исследования усталостной прочности лопаток и образцов в резонансном режиме [3]. Разновидностью электромагнитной установки для испытания лопаток является выпускаемая в ЧССР машина «Турбо». Лопатки турбома-шин испытывают на резонансных частотах 147. Возбуждение колебаний лопаток может осуществляться пульсирующей воздушной струей [50]. Создана многообразцовая электромагнитная машина148 для испытания на усталость лопаток при одновременном статическом растяжении в условиях высоких температур и специальных сред, а также установка 14Э для испытания на усталость диска турбины с укрепленными на нем лопатками с электродинамическим возбудителем колебаний. Имеются установки150 для испытания лопаток и образцов при растяжении и изгибных колебаниях, а также на термическую усталость151.

Образцы, расположенные вертикально, крепили средней частью (в узле колебаний). В них одновременно возбуждались продольные и .крутильные колебания с основными частотами. Образцы не контактировали ни с возбудителем колебаний, ни с детектором. Поэтому отпала необходимость поправок на инструментальные ошибки, за исключением термического расширения. Модуль Юнга (и модуль сдвига) рассчитывали, исходя из уравнения

В силовой схеме резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагружением (рис. 2) образец, закрепляемый в захватах 9 и 10, статически нагружается путем сжатия пружины 2 (для растяжения) или пружины 3 (для сжатия) гайками 1 или 4, навернутыми на шток 5, жестко соединенный с захватом 9. Переменные нагрузки на образец создаются инерционными силами при движении массы 7 между двумя сжатыми пружинами 6 к 8. Масса 7 оперта на упругие направляющие /3. Движение этой массе сообщается штоками 14 от эксцентрика 16, вращаемого электродвигателем 15. Измеряются нагрузки датчиком 11 силы, жестко закрепленным на массивной станине 12.

Рис. 2. Силовая схема резонансной машины с эксцентриковым возбудителем колебаний и прямым жестким нагруженном образца

скобы 5. Переменная нагрузка на образец создается движением инерционных масс 4. Рабочая частота .машины определяется в основном жесткостью балки 3 и массой инерционных грузов 4. Машина с этой силовой схемой пригодна для высокочастотных испытаний на усталость' образцов материалов с большим внутренним затуханием. По этой схеме построена машина отечественного производства типа ВП-40. На рис. 5, а, б показаны силовые схемы машин с инерционным механическим возбудителем колебаний, выполненным с вращающимися неуравновешенными относительно оси вращения массами, для испытаний на усталость. В обеих машинах к массивным станинам 4, установленным на эластич-. ных опорах, прикреплены датчики силы 9, несущие захват 8 для испытуемого образца, который другим концом зажимают в захвате 7. Последний связан с пружиной 6 статического нагружения, которое осуществляют меха-

Рис. Б. Силовые схемы машин с инерционным механическим возбудителем колебаний и эластичным косвенным возбуждением динамической нагрузки:

а — прямым жестким; б — прямым эластичным; в — косвенным эластичным; т^\ тг\ т3; mt — массы соответственно возбудителя колебаний (резонатора для сх. в), захвата для образца и элементов машины, соединяющих образец с возбудителем колебаний, захвата для образца, соединяющего образец с датчиком силы или с каким-либо иным узлом машины, станины машины; clt с,; с„; ct; fs — жесткости соответственно элементов, соединяющих захват для образца с возбудителем колебаний (упругого элемента резонатора для ex. t), пружины статического нагружения или эквивалентных ей устройств, образца, датчика силы или иного элемента, соединяющего образец со станиной машины, упругих опор, на которые установлена станина машины; Rt — Re — внутренние неупругие сопротивления в элементах машины с соответствующими жесткостями

В качестве обобщенных координат можно принять перемещения соответствующих масс. Тогда обобщенной силой в соответствии с выражением для работы, производимой на малом приращении обобщенной координаты, будет усилие Рв, развиваемое возбудителем колебаний/ Это дифференциальное уравнение может быть составлено для каждой обобщенной координаты, поэтому общее число уравнений