СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Стенд для исследования нелинейных колебаний относится к учебному оборудованию и может найти применение в учебных лабораториях по теории колебаний.
Известно устройство [1], состоящее из длинного вертикального вала определенного диаметра, верхний конец которого жестко связан со станиной, выполненной в виде двух вертикальных стоек с траверсой наверху и неподвижными упорами, а нижний - расположен в сферических подшипниках станины, на валу закреплены равноплечие рычаги, снабженные клеммами, с пазами и винтами на концах, в которых расположены неподвижные упоры станины, с возможностью их перемещения вдоль вала и жесткого закрепления в нужном положении и в нижней его части - маховик, к ободу которого закреплена пружина, другой конец которой шарнирно связан с эксцентриком, жестко закрепленным на валу электродвигателя с регулируемой частотой вращения ротора, вертикальный вал в нижней его части кинематически связан с кимографом.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что его инерционные параметры остаются постоянными, так как маховик имеет постоянный момент инерции, что сужает диапазон использования устройства.
Задача и технический результат от использования предлагаемого стенда заключается в устранении основного недостатка известного устройства, т. е. создать условия для удобного и быстрого изменения момента инерции маховика.
Технический результат достигается тем, что маховик снабжен клеммой, и верхний конец вертикального вала расположен в отверстии клеммы, жестко связанной со станиной, а стенд снабжен набором маховиков с разными моментами инерции, но с одинаковыми диаметральными размерами их ободов.
Такое исполнение стенда позволяет разжимать клемму, с помощью которой маховик крепится к валу, и разжимать верхнюю клемму, в которой находится верхний конец вала, приподнимать вал и легко заменять маховик с другим значением момента инерции. Это позволяет значительно расширить диапазон использования стенда путем организации учебных исследований не только при различных кусочно-линейных параметрах вала, но и при различных моментах инерции маховика, т.е. при различных упруго-инерционных параметрах колебательной системы стенда.
На фиг.1 представлена схема стенда.
Стенд устроен следующим образом.
Верхний конец длинного вертикального вала определенного диаметра 1 жестко прикреплен к станине 2 с помощью клеммы, а нижний конец вала расположен в шарикоподшипниковой опоре 3. К нижней части вала с помощью круговой клеммы жестко прикреплен маховик 4. К верхней части вала, на некотором расстоянии друг от друга, с помощью клемм прикреплены рычаги 5. В пазах рычагов 5 расположены упоры стоек 6 (см. разрез «А-А»). Каждый рычаг 5 можно перемещать вдоль вала 1 и закреплять в нужном положении с помощью клемм. На концах каждого рычага имеются регулировочные винты 7, которыми при закручивании вала рычаги упираются в упоры стоек 6. Установка снабжена электродвигателем 8, на валу которого закреплен эксцентрик 9, связанный пружиной 10 с ободом маховика 4. Нижняя часть вала 1 кинематически связана с кимографом 11.
Стенд работает следующим образом.
Удобным и свободным перемещением рычагов 5 вдоль вала 1 и закреплением их в нужном положении с помощью клемм и установкой нужных величин зазоров между регулировочными винтами 7 и неподвижными упорами стоек 6 (разрез «А-А») получают требуемую кусочно-линейную зависимость коэффициента жесткости вала на кручение от угла поворота маховика. Затем с помощью электродвигателя 8, эксцентрика 9 и пружины 10 возбуждают нелинейные колебания в системе: вал 1 - маховик 4. Поскольку
маховик 4 и рычаги 5 закреплены на валу 1 с помощью клемм, колебания в системе осуществляются продолжительное время и надежно, не нарушая установленных ее упруго - инерционных параметров. Колебания в системе фиксирует кимограф 11, записывая их на своем барабане.
Проведя исследование системы с одними упруго-инерционными параметрами, быстро устанавливают маховик с другим моментом инерции и исследование повторяют. И так - до выполнения полной программы исследований, в которой могут быть предусмотрены различные варианты значений упруго-инерционных параметров колебательных систем.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечила удобство и быстроту настройки как требуемой кусочно-линейной зависимости коэффициента жесткости вала, так и инерционных параметров колебательной системы путем смены маховиков, чем способствует улучшению качества подготовки специалистов для различных отраслей промышленности.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. Установка для исследования нелинейных колебаний. Заявка на полезную модель. Письмо от 23 декабря 2003 г., принятое Отделом ФИПС Казани.