Резонансные (камертонные) вибростенды
Д
ля
получения высоких значений ускорений
применяют стенды с резонансными
возбудителями колебаний. Такие возбудители
представляют собой балку или камертон,
колебания которых с резонансной частотой
поддерживаются специальным электромагнитным
устройством.
С
тенд
(рис. 2.32) состоит из восьми специальных
камертонов, имеющих собственные частоты
от 200 до 3000 Гц. Концы обеих ветвей каждого
камертона 1 (на схеме изображен только
один камертон №1) помещены в магнитное
поле торцевой системы возбуждения,
состоящей из двух звуковых катушек 2 и
катушки подмагничивания 3, установленных
на Ш-образном сердечнике 4. При питании
катушки подмагничивания постоянным
током, а звуковых катушек — переменным
током от звукового генератора сила,
образующаяся при взаимодействии
магнитных полей, заставляет ветви
камертона колебаться с частотой
переменного тока. В момент резонанса
амплитуда колебаний достигает максимума.
Одинаковые испытуемые приборы симметрично
крепятся на концах ветвей камертона.
Пневматические вибростенды
Вибростенды, использующие энергию сжатого воздуха, имеют следующие преимущества:
— возможность работы во взрывоопасных условиях;
— относительно несложное регулирование амплитуды и частоты вибрации с помощью простой дроссельной установки;
— широкий диапазон возможных частот (верхний предел 500 — 800 Гц);
— широкий диапазон изменения амплитуд и сил.
Для работы таких стендов используют промышленные пневмосистемы с давлением (2 - 7) 105Па.
По принципу действия различают вибровозбудители:
1) с пульсатором; применяют их при сравнительно низких частотах (до 15 Гц), значительных амплитудах (до 20—30 мм) и значительной развиваемой силе;
2) автоколебательные; примерный диапазон частот 15—60 Гц; можно создать достаточно большие амплитуды и силы;
3) центробежные; применяют при частотах 20—400 Гц;
4) использующие автоколебательные процессы в потоке сжатого воздуха; достигаются большие частоты (до 2000 Гц), но амплитуды небольшие (до 0,2 мм).
Преобразование пульсирующего давления в переменную силу реализуют следующие устройства: пневмокамеры; поршень-цилиндр; мембраны; элементы из высокоэластичного материала.
В качестве примера рассмот рим вибровозбудители с использованием мембраны (рис. 2.33).
Мембраны изготавливают главным образом из резинотканевых материалов. У металлических мембран делают гофры специального профиля. Для возвращения мембраны в исходное положение служат дополнительные пружины 5. Мембрана 1 соединена со штоком 2 с помощью металлических фланцев 3 и 4.
Магнитострикционные вибростенды
Принцип действия магнитострикционных вибрато-Ров основан на изменении размеров ферромагнитного тела при внесении его в магнитное поле.
Принципиальная схема механической части стенда (рис. 2.34) состоит из трех основных частей: магнитострикционного вибратора 1, концентратора 2, помещенных в жидкости 5, И, и испытуемого образца 3. Собственная частота продольных колебаний всех этих деталей одинакова и равна рабочей частоте стенда. Вибратор, концентратор и образец являются полуволновыми элементами, и при жестком соединении их образуется система, хорошо резонирующая на третьем тоне (третьей гармонике) продольных колебаний.
Возбудителем этих колебаний является вибратор 1, использующий явление магнитострикции, суть которого состоит в изменении линейных размеров магнитострикционного стержня, помещенного в магнитное поле, в соответствии с изменениями этого поля.
Для создания переменного магнитного поля в стержнях вибратора к его обмоткам подводится переменный ток, частота которого равна рабочей частоте установки. При этом вибратор работает а резонансном режиме. Амплитуда колебаний максимальна на его торцах (здесь пучность смещений) и равна нулю посередине (здесь узел). Мощность, снимаемая с вибратора, тем больше, чем больше амплитуда его колебаний и площадь торца. Чтобы эффективно передать эту мощность на образец, у которого площадь торца значительно меньше площади торца вибратора, необходимо приме нить согласующий стержень — концентратор 2.
К
онцентратор
является полуволновым стержнем
переменного сечения, расположенного в
корпусе 7, пучности смещений находятся
на его торцах; узловое сечение концентратора
(где имеется фланец 9) используется для
крепления его (и всей системы) на опорной
плите 10.
Условия передачи концентратором колебательной энергии от вибратора к образцу определяются отношением площадей его торцов, формой образующей и материалом концентратора. На тонком конце сужающегося концентратора происходит концентрация энергии, проявляющаяся в том, что амплитуда колебаний торца с малой площадью значительно превосходит амплитуду колебаний торца вибратора, так как вибратор жестко соединен с концентратором. Таким образом, концентратор является своеобразным усилителем амплитуды колебаний вибратора.
Образец жестко закрепляется на торце концентратора при помощи резьбового соединения 6. Так как собственная частота продольных колебаний образца равна частоте колебаний системы вибратор — концентратор, легко устанавливается резонансный режим колебаний, и при этом з материале образца развиваются значительные механические напряжения, достигающие предела выносливости или превосходящие его в зависимости от мощности, подводимой к вибратору. Максимум этих напряжений находится в узле колебаний (пучность деформаций), расположенном в средней (по длине) части образца. Измеряя амплитуду колебаний торца образца датчиком 4, можно рассчитать напряжения в опасном сечении образца. Вспомогательный узел 5 обеспечивает тот или иной тепловой режим или среду во время испытаний образца. Необходимая частота и амплитуда колебаний образца поддерживаются специальными электронными устройствами.
Чаще всего магнитострикционные вибраторы применяются в резонансном режиме, когда частота возбуждающего поля равна собственной частоте упругих колебаний сердечника.
Магнитострикционные вибраторы используются в автоколебательных системах с вынужденным режимом работы для испытаний на высоких частотах (30 кГц и выше) небольших деталей и образцов материалов, когда требуется возбуждать небольшие усилия при малых перемещениях, составляющих доли миллиметра.