СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ С ПЬЕЗОВИБРАТОРОМ
TEST BENCH FOR VIBRATION ISOLATORS RESILIENT ELEMENTS TESTING WITH PIEZOELECTRIC VIBRATOR

Изобретение относится к испытательному оборудованию.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является вибростенд по патенту РФ №91540, В06В 1/00, от 07.12.2009 г., содержащий основания, защищаемый объект, измерительную аппаратуру и генераторы вибрационных и ударных воздействий (прототип).
Недостатками прототипа являются сравнительно невысокие возможности испытаний многомассовых систем и сравнительно невысокая точность для исследования систем, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями объекта.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями объекта.
2
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известном стенде для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором, содержащем основание, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m и c, а в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке,  согласно изобретению на переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента, причем на основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр.
Для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производится имитация ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записываются осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний по формуле:
1
1
где c и m - соответственно жесткость упругих элементов виброизоляторов и масса основания,
1
1
h - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ колебательной системы.
На каждом из исследуемых упругих элементов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс закреплены тензодатчики на концах этих испытываемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются как индикатором перемещений, так и тензодатчиками, причем по показаниям индикатора проводится экспресс-оценка характеристик, а при обработке сигналов с тензодатчиков, поступающих на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, определяются амплитудно-частотные характеристики и выявляются оптимальные характеристики: жесткость и коэффициент демпфирования каждого из упругих элементов.
Для проведения гармонического анализа между переборкой и основанием закреплен пьезоэлектрический вибратор, сигналы от которого поступают на пьезоусилитель, затем на компьютер для обработки полученной информации, при этом пьезоэлектрический вибратор содержит корпус, пьезоэлемент и систему подвода электрического напряжения к пьезоэлементу, пьезоэлемент выполнен в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки перпендикулярна основанию, а диск, жестко соединенный с оправкой и расположенный в верхней части оправки перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска установлены измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого посредством крепежного элемента присоединен наконечник, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец на деталь станка, при этом внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с по крайней мере четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, нижнее пьезокерамическое кольцо которого опирается на верхнюю плоскость основания, а нижняя плоскость оправки расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания, причем токонепроводящий корпус, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывает пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания соосно оправке, а верхний ее торец закрыт крышкой с центральным отверстием под наконечник, при этом в нижней части основания выполнена полость, ось которой соосна с оправкой и отверстием, выполненным в верхней деформируемой части основания, на плоскости которой, обращенной к полости, наклеены тензодатчики, контролирующие величину статического усилия, при этом наклонные отверстия, выполненные в основании, служат для прокладки проводов к тензодатчикам.
На фиг. 1 представлена схема стенда, на фиг. 2 - математическая модель двухмассовой системы виброизоляции, на фиг. 3 - характеристики логарифмического декремента затухания свободных колебаний двухмассовой системы виброизоляции в зависимости от входного ударного импульса, на фиг. 4 - общий вид стенда, на фиг. 5 - общий вид пьезоэлектрического вибратора, в частности фронтальный разрез, а на фиг. 6 - сечение, перпендикулярное оси симметрии пьезоэлектрического вибратора.
2
2
Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором содержит основание (каркас) 11, на котором посредством по крайней мере трех виброизоляторов 2 закреплена переборка 1, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m и c. В качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор 3, расположенный на переборке 1. На переборке 1 установлена стойка 6 для испытания собственных частот упругих элементов 7, 8, 9 рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов. При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором 10 перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента 7, 8, 9.
Возможен вариант цифрового датчика перемещений с передачей данных на компьютер (на чертеже не показано).
На переборке 1 закреплен датчик виброускорений 4, а на основании 11 - датчик виброускорений 5, сигналы от которых поступают на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации. Для настройки работы стенда используется частотомер 14 и фазометр 15.
Возможен вариант, когда на каждом из исследуемых упругих элементов 7, 8, 9 рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс закреплены тензодатчики на концах этих испытываемых элементов (на фиг. 1 показан датчик 18 на упругом элементе 7). При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе 7, 8, 9, фиксируются как индикатором 10 перемещений, так и тензодатчиками. По показаниям индикатора 10 проводится экспресс-оценка характеристик, а при обработке сигналов с тензодатчиков, поступающих на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации, определяются резонансные частоты, соответствующие параметрам каждого из упругих элементов 7, 8, 9, и при обработке полученных амплитудно-частотных характеристик выявляют оптимальные характеристики: жесткость и коэффициент демпфирования каждого из упругих элементов 7, 8, 9.
Для проведения гармонического анализа между переборкой 1 и основанием 11 закреплен пьезоэлектрический вибратор 19, сигналы от которого поступают на пьезоусилитель 20, затем на компьютер 17 для обработки полученной информации.
Пьезоэлектрический вибратор (фиг. 5 и 6) содержит пьезоэлемент, выполненный в виде пакета пьезокерамических колец 23, опирающихся на основание 21, к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы 34, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке 24, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль. Ось симметрии оправки 4 перпендикулярна основанию 21, при этом диск 30, жестко соединенный с оправкой 24 и расположенный в верхней части оправки 24 перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом 23 пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска 30 установлены измерительные пьезоэлементы 26, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском 31, к верхней части которого посредством крепежного элемента 33 присоединен наконечник 25, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец 23 на деталь станка. При этом внешний диаметр диска 30 равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец 33.
Основание 21 представляет собой прямоугольной формы пластину с по крайней мере четырьмя пазами 38 для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем 27, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, нижнее пьезокерамическое кольцо 23 которого опирается на верхнюю плоскость основания 21, а нижняя плоскость оправки 24 расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания 21.
Токонепроводящий корпус 22, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывающей пьезоэлемент, защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо 39, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания 21, соосно оправке 24, а верхний ее торец закрыт крышкой 32 с центральным отверстием под наконечник 25.
В нижней части основания выполнена полость 37, ось которой соосна с оправкой 24 и отверстием 29, выполненным в верхней деформируемой части 36 основания, на плоскости которой, обращенной к полости 37, наклеены тензодатчики 28, контролирующие величину статического усилия. Наклонные отверстия 35, выполненные в основании 21, служат для прокладки проводов к тензодатчикам 28 от разъема 27.
Пьезоэлектрический вибратор работает следующим образом.
Переменное усилие создается пьезокерамическими кольцами 23, на которые подается электрическое напряжение через разъем 27. Из-за этого напряжения изменяется толщина пьезоэлемента. Изменение линейного размера столбика пьезоэлементов через оправку 24, измерительные пьезоэлементы 26, наконечник 25 передается на деталь станка, на которую требуется подать силовое воздействие. Величина статического усилия контролируется с помощью тензодатчиков 28, наклеенных на деформирующуюся часть основания 21. Токонепроводящий корпус 22 защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлементы.
Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором работает следующим образом.
Сначала включают эксцентриковый вибратор 3, который установлен на переборке 1, которая расположена на виброизоляторах 2, и снимают амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) системы «переборка судна на его корпусе» с помощью датчиков виброускорений 4 и 5. Сигналы с датчиков виброускорений 4 и 5 поступают на усилитель 12, затем осциллограф 13, магнитограф 16 и компьютер 17 для обработки полученной информации. Для настройки работы стенда используется частотомер 14 и фазометр 15.
Для того чтобы определить собственные частоты каждой из исследуемых систем виброизоляции, производят имитацию ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записывают осциллограммы свободных колебаний (на чертеже не показано), при расшифровке которых судят о собственных частотах систем по формуле (см. фиг. 3 и формулу):
1
1
1
1
где c и m - соответственно жесткость упругих элементов виброизоляторов и масса основания, h - абсолютная величина вязкого демпфирования в системе, которая связана с логарифмическим коэффициентом затухания δ колебательной системы.