Электодинамический возбудитель продольных и крутильных колебаний

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 030579 (21) 2796024/18-28с присоединением заявки Йф(53)М. Кл.д В 06 В 1/04// 6 01 М 7/00 Государственный комитет СССР яо аелам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 150981,(72) Авторы изобретен ев, А,Н. КОтов, В.Б,Н, Тырнов В,П Заявител(54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ПРОДОЛЬНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ я,ко 30 Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электродинамическим возбудителям продольных икрутильных колебаний, и может найтиосновное применение в вибросистемахдля испытаний различных изделий надвухкомпонентную вибрацию .Известен электродинамический воз.будитель продольных и крутильных колебаний, содержащий магнитопровод сцентральным керном, обмотки подмагничивания, подвижную систему в видецилиндрической обмотки, установленной в кольцевом зазоре этого.магнитопровода, и обмотки в виде рамки,размещенной в отдельной магнитнойсистеме, и систему вывешивания ицентрирования 1),Однако наличие в данном возбудитЕле двух магнитных систем усложняет конструкцию возбудителя, увеличивает его габариты и вес.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является электродинамический возбудитель продольных икрутильных колебанийсодержащИЙ основание, установленный на нем магнитопровод, обмотки подмагничивани,подвижную катушку, включающую жест связанные между собой однослойную цилиндрическую обмотку, расположенную в кольцевом зазоре магнитопровода, и подвижные элементы однослойной тороидальной обмотки, ксторые расположены в кольцевом зазоре магнитопровода параллельно оси катушки и последовательно соединены посредством гибких токопроводов с неподвижными. элементами тороидальной обмотки, установленными на магнитопроводе в том же кольцевом зазоре, стол, жестко связанный с подвижной катушкой, системы вывешивания и центрирования подвижной катушки со столом и блок питания подвижной катушки, подключенный к ней посредством токоподводов и имеющий по задающему генератору и усилителю мощности для каждой из обмоток катушки 2.Однако связь подвижных и неподвижных элементов торбидальной обмотки посредством гибких токоподводов не позволяет получать большие амплитуды пр 0 дольных и крутильных колебаний, а также постоянные ускоренияЦель. изобретения - увеличение амплитуды колебаний, а также создание постоянных ускорений и повышение точности воспроизведения колебаний,863011 иг. 1 О Составитель В. ШехтерТехредМ. Табакович Корректор В. Бутяг Редактор Л. Тюрина илиал ППП Патент, г, ужгород. ул. Проектная,аказ 7636/9 Тир ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва, Ж65 Цель достигается тем, что магнитопровод выполнен двухзазорным, цилиндрическая и тороидальная обмотки-расположены в разных зазорах магнитопровода, высота цилиндрической об"мотки и подвижных элементов тороидальной обмотки больше высоты кольцевых зазоров, все токоподводы выполнены в виде пакетов щеток, размещенных на магнитопроводевокруг подвижной катушки вне кольцевых зазоровпричем число подвижных элементов тороидальной обмотки некратно превышает, а число неподвижных элементовне более числа щеток в пакете, ширина изоляционного зазора между смежными щетками в зоне контакта превышает ширину контактной поверхностиподвижного элемента, а контактные-поверхности каждого неподвижногоэлемента развернуты одна относительно другой вокруг оси катушки на угловой шаг неподвижных элементов, асистема вывешивания выполнена пневматической и содержит камеру большого объема, обеспечивающего линейностьупругой характеристики системы.Кроме того, камера системы пневматического вывешивания выполненас двумя замкнутыми полостями, однаиз которых образована между керноммагнитопровода и столом, а другаямежду керном и основанием, а в керневыполнены отверстия для. сообщенияполостей камеры между собой.С целью создания также и постоянных ускорений, блок питания снабжен источником постоянного тока, под.ключенным ко входу усилителя мощности тороидальной обмотки,Для повышения точности воспроизведения колебаний блок питания снабжен последовательно соединеннымиФункциональным преобразователем,вход которого подключен к задающему генератору цилиндрической обмотки,и масштабным усилителем, выход которого подключен ко входу усилителямощности тороидальной обмотки. При этом для повышения точности воспроизведения колебаний путем снижения трения подвижной катушки возбудитель снабжен приводом вращения токоподводов разных обмоток в противоположных направлениях с окруж" ной скоростью, на порядок превышающей скорость возбуждаемых колебаний, число неподвижных элементов тороидальной обмотки меньше числа щеток в пакете и некратно ему и числу подвижных элементов, ширина изоляционного зазора между контактными поверхностями смежных неподвижных элементов превышает ширину одной щетки, а ширина контактной поверхности и неподвижного элемента превышает ширину изоляционного зазора между щетками в зоне контакта. На фиг. 1 изображен возбудитель,продольный разрез; на фиг, 2 - разрезА-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрезБ-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - узел 1на фиг. 3, вариант прижатия щетокрезиной; на фиг. 5 - то же, вариантприжатия щеток давлением воздуха;на фиг. б - разрез В-В на фиг. 5;на фиг 7 " сечение Г-Г на фиг. 4, фвариант выполнения с неподвижнымитокоподводами; на фиг. 8 - то же,вариант выполнения с вращающимисятокоподводами; на фиг. 9 - взаимноерасположение подвижных и неподвижныхэлементов тороидальной обмотки в воздушном зазоре магнитопровода (токо подводы не показаны); на фиг. 10блок-схема источника питания подвижной катушкиЭлектродинамический возбудительсодержит двухзазорный магнитопровод 20 с центральным керном 2, обмотки подмагничивания 3, подвижную катушку 4,включающую жестко связанные междусобой однослойную цилиндрическую обмотку 5, установленную в кольцевом 25 зазоре б магнитопровода 1, и подвижные элементы 7 однослойной тороидальной обмотки 8, установленные вкольцевом зазоре 9 магнитопровода 1параллельно направлению продольныхколебаний и соединенные последовательно с противолежащими им неподвижными элементами 10 тороидальной обмотки 8, установленными намагнитопроводе 1 в этом же кольцевом зазоре 9 посредством токоподводов 11 и12, стол 13 выполненный сплошным ижестко скрепленный с подвижной катушкой 4, систему вывешивания с источником 14 сжатого воздуха и системуцентрирования, например гидростати чдскую, с источником 15 давления,блок 16 питания подвижной катушки 4,содержащий задающий генератор 17 иусилитель 18 мбщности цилиндрической обмотки 5, задающий генератор 19 4 и усилитель 20 тороидальной обмотки8, функциональный преобразователь21, являющийся задатчиком угла 4 винтовых колебаний, масштабный усилитель22 и источник 23 постоянного тока, р и подключенный .к тороидальной обмотке 8 посредством токоподводов 11 и12, Цилиндрическая обмотка 5 и торо-.идальная обмотка 8 имеют высоты Ни Н , больше высотй Ьци и кольцевых зазоров б и 9, магнитопровода 1.Цилиндрическая обмотка 5 подключенак блоку 16 .питания посредством токоподводов 24 и 25, Каждый из токопод" .водов 11 .и 12, 24 и 25 выполнен скользящим в виде пакета щеток 26 и соот- И ветственно 27, концентрично расположенных вокруг подвижной катушки 4 навагнитопроводе 1 вне кольцевых зазоров б и 9, Токоподводы 11,12,24 и 25 могут быть снабжены подшипниками 28- 3, и приводом в виде двух высокооборотных двигателей 32 и 33, которыечерез муфты 34 и 35, валы 36 и 37 сзакрепленными на них зубчатыми колесами 38 - 41 и зубчатые колеса 42 -45, установленные в подшипниках 28 -31, связаны кинематически с пакетами щеток 26 и 27, установленных взубчатых колесах 42 - 45 на упругих(например, резиновых) прокладках 46между внутренними радиальными перегородками 47. Для регулировки прижатия щеток 26 и 27 к подвижной ка,тушке 4 и к неподвижным элементам10 тороидальной обмотки 8 и соот. -ветственно к контактным кольцам 48цилиндрической обмотки 5 применяютсярегулировочные прокладки 49 и 50Необходимое для электрического контакта прижатие щеток 26 и 27 можетбыть осуществлЕно и под давлениемвоздуха. В таком варианте подшипники 28 - 31 и зубчатые колеса 42 - 45имеют круговые выточки, образующиемежду этими подшипниками и зубчатымиколесами и соответственно между зубчатыми колесами и щетками 26 и 27кольцевые камеры 51 и 52. При этомвнутренние радиальные перегородки выполняются отдельно от зубчатых колес42 - 45 с последующей запрессовкойв них. Камеры 51 и 52 сообщаются между собой наклонными сквозными отверстиями 53 в разделяющих эти камерызубчатых колесах 42 - 45. Наклонсквозных отверстий 53 определяетсянаправлением принудительного вращения иэ зубчатых колес 42 - 45 относительйо подшипников 28 и 29, Дляподжатйя щеток 26 и 27 в подшипниках28. и 29 имеются отверстия 54, черезкоторые воздух под давлением проходит в камеру 51 и далее через сквозные отверстия 53 в камеру 52. Малыезазоры между зубчатыми колесами 4245 с одной стороны и подвижной катушкой 4 с другой стороны служат длястравливания воздуха. С целью виброзащиты возбудителя от привода, а также подшипников 55 и 56 валов 36 и 37зубчатые колеса 42 - 45 могут бытьизготовлены из неметаллических конструкционных материалов (Фторопласт,текстолит и т.п.), а двигатели 32 и33 могут крепиться через амортизирующие прокладки 57 непосредственнок фундаменту 58 через отверстия восновании 59 возбудителя. Системацеитирования выполнена гидростатической и содержит глухое отверстие60 по оси центрального керна 2и отходящие от отверстия 60 радиальные каналы 61 и 62, заканчивающиесякарманами 63 и 64. Давление для центрирования подается от источника 15давления через трубопровод 65, установленный между центральным, керном 2и основанием 59. Система вывешивания выполнена пневматической и .содержит источник, 14 сжатого воздуха,подключенный к камере большого объема, обеспечивающего линейность упругой характеристики системы. Камерасостоит из двух замкнутых полостейбб и 67, первая из которых образо 5,вана между керном 2 и столом 13, авторая - между керном 2 и основанием 59. Полости 66 и 67 сообщаютсямежду собой через отверстия 68 вкерне 2Для разделения системывывещ вания и системы гидростатического центрирования на центральномкерне 2 в корпусе 69 установлено уплотнительное кольцо 70. Для исключения удара подвижной катушки 4 обоснованйе 59 на последнем установлено15 амортизирующее кольцо 71.Для исключения моментов размыкания и короткого замыкания в цепи тороидальной обмотки 8 в случае неподвижных скользящих токоподводов число 20 подвижных элементов 7 тороидальнойобмотки некратно превышает, а числонеподвижных элементов 10 .не болеечисла щеток 26 в пакете, ширина Ризоляционного зазора (или прокладки)72 между смежными щетками 26 в зонеконтакта, превышает ширину ( противолежащей контактной поверхности 73подвижного элемента 7, а вынесенныена разные. стороны воздушного зазора9 с высотой Ь контактные поверхности 74 н 75 каждого неподвижного элемента 10 развернуты одна относите 1.ьно другой вокруг оси 00 катушки 4на угол " , равный угловому шагу унеподвижных элементов 10 вокругоси 00 . Изоляционный зазор междусмежными подвижными элементами 7 делается минимальным, Один виток торо-идальной обмотки 8 образуется электрически связанными в последо,атель ную электрическую цепь элементами:контактная поверхность 74 неподвиж-ного элемента 10 - собственно неподвижный элемент, 10 - контактная поверхность 75 этого же неподвижного эле мента 10 - контактная поверхность 76щетки 26 одного из пакетов тороидальной обмотки - собственно щетка 26контактная поверхность 77 этой жещетки 26 - контактная поверхность 73подвижного элемента 7 собственноподвижный элемент 7 - контактная поверхность 73 этого же элемента 7контактная поверхность 77 щетки 26другого пакета тороидальной обмотки8 - собственно щетка 26 - контактнаяповерхность 76 щетки 26 - контактнаяповерхность 74 другого неподвижногоэлемента, смежного (соседнего) первому. Разъем тороидальной обмотки 8выполнен путем удаления в одном из 60 неподвнжных элементов 10 средней егочасти, расположенной непосредственнов воздушном зазоре 9 магнитопровода1, с образованием, таким образом,двух контактов 78 и 79, к которым и 65 подключен соответствующими клеммамиисточник 16 питания подвижной катуш" ки 4. В случае вращающихся скользящих токоподводов в тороидальной обмотке 8 число неподвижных элементов 10 меньше числа щеток 26 в пакете и некратно ему и числу подвижных элементов 7, ширина (Ъ изоляционного зазора (или прокладки) 80 между контактными поверхностями 74(75) смежных неподвижных элементов 10 превышает ширинуодной щетки 26, а ширина 6 контактной поверхности 74 (75) неподвижного элемента 10 превышает ширину изоляционного зазора (или прокладки) 81 между смежными щетками 26 в зоне скользящего контакта с ней. Подвижная катушка 4 мо жет быть снабжена каркасом 82 в виде полого цилиндра.Возбудитель колебаний работает следующим образом.20При включении источника 14 сжатого воздуха в системе пневматического вывешивания и источника 15 дав- ления в .системе гидростатического центрирования подвижная катушка 4 и 25 жестко связанный с ней стол 13, на котором закрепляется испытуемое изде лие занимает среднее положение относительно магнитопровода 1. Для получения крутильных колебаний подвиж- ЗО ной катушки 4 включают задающий генератор 19. По подключенной через контакты 78 и 79 тороидальной обмотке 8 течет ток 1 тК.где 1 ток задающего генератора 19; К - ко- З 5 зффициент усиления усилителя 20. При взаимодействии этого тока в воздушном зазоре 9 с постоянным полем магнитопровода 1 возникает приложенный к тороидальнойобмотке 8 электродинамический момент, который передает О ся на подвижную катушку 4, М(1)=Ц 1) К Я., где Я. - коэффициентэлектродийамического преобразования в воздушном зазоре 9 магнитопровода 1. Для получения осевых колебаний 4 подвижной катушки 4 включают задающий генератор 17. При этом черезскользящие токоподводы 24 и 25 на вит ки цилиндрической обмотки 5, расположенные в воздушном зазоре б, посту О пает ток 1, (й), Кц,где"(1) - ток. за-дающего генератора 17; Кд - коэффициент усиления усилителя 18. Привзаимодействии этого тока в воздушном зазоре б с постоянным полем магнитопровода 1 возникает приложенная к виткам цилиндрической обмотки 5 осевая электродинамическая силаРц(С) =1 (1) К" Я, где Я ц - коэффициейт эяектродйнамического преобразования.в воздушном зазоре б магнито провода 1, которая передается на подвижную катушку 4. Для получения линейных ускорений подвижная катушка 4 должна быть приведена во вращение с постоянной угловой скоростью. С этой И целью на вход усйлителя 20 тороидальной обмотки 8 подключается источник23 постоянного тока. Для получениявинтовых колебаний на вход этогожеусилителя через последовательно вклю.ченные функциональный преобразователь21 в виде задатчика угла о( винтовыхколебаний и масштабный усилитель 22подается сигнал с задающего генератора 17. Задатчик угла А производиттригонометрическое преобразованиеэтого сигнала, а именно умножает этотсигнал на тангенс :тла с задаваемыхвинтовых колебаний, Масштабный усилитель 22 производит коррекцию проходящего через него сигнала на величи-.ну разности в передаточных функцияхканалов усиления н преобразованиятороидальной и цилиндрической обмоток. Эти функции определяются коэффициентами Кц и Кг усиления усилителей 18 и 20 и коэффициентами Я и Я,.электродинамического преобразованияцилиндрической и тороидальной обмоток.В общем случае на испытуемый объектдействует сила Гц(1) =1 ц(1) К Я.развиваемая цилиндрической обмоткой 5,и крутящий момент, развиваемый тороидальной обмоткой 8,И=(,+М,(Ц ,ИН (,=,)( Я, +Э 4 МКЗ +Э ИЬК % +,где да и Мо - ток, снимаемый с источ"ника 23 постоянного тока и соответственно постоянный момент, разви-,ваемый этим, током в воз.душном зазоре 9 магнитопровода 1,Выполнение входных каскадов усилителей 18, 20 и 22 на интегральныхсхемах позволяет с достаточной точностью реализовать такое комплексноеинерционное нагружение испытуемогообъекта, а также изменять все компоненты этого нагружениянепосредственно в процессе испытаний без изменения положения испытуемого объектана столе 13, При включении двигателей 29 и 30 скользящие токоподводы11 и 12, 24 и 25 попарно приходятво вращение с.противоположными окруж,ными скоростями, многократно превышающими скорости возбуждаемых колебаний. В таком случае подвижная катушка 4 легко может быть повернутана любой угол и смещена в направлении продольных колебаний на значителькую величину, что обусловлено исключением сухого трения,слюфта и ограничивающих ее движения связей.Достигаемые при использованиипредлагаемого изобретения большие амплитуды продольных и крутильных ко,лебаний и возможность создания постоянных ускорений существенно расшиформулаизобретения Электродинамический возбудитель продольных и крутильных колебаний, содержащий основание, установленный на нем магнитопровод, обмотки подмагничивания, подвижную катушку, включающую жестко связанные между собой однослойную цилиндрическую обмотку, расположенную в кольцевом зазоре магнитопровода, и подвижные ,элементы однослойной тороидальной обмотки, которые расположены в кольцевом зазоре магнитопровода параллельно оси катушки и последовательно сое. динены посредством токоподводов с неподвижными элементами тороидальной обмотки, установленными на магнитопроводе в том же кольцевом зазоре, стол, жестко связанный с подвижной катушкой, системы вывешивания и центрирования подвижной катушки со столом и блок питания подвижной катушки подключенный к ней посредством токоподводов и имеющий по задающему генератору и усилителю мощности для каждой из обмоток катушки, о т,л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения амплитуды колебаний, магнитопровод выполнен двухзазорным, цилиндрическая и тороидальная обмотки расположены в разных зазорах магнитопровода, высота цилиндрической обмотки и подвижных элементов тороидальной обмотки больше высоты кольцевых зазоров, все токоподводы выполнены в виде пакетов щеток, размещенных на магнитопроводе вокруг подвижной катушки вне кольцевых зазоров,причем число подвижных элементов тор оидаль ной обмотки некратно превышает, а число неподвижных элементов не более числа щеток в пакете, ширина изоляционного зазора между смежными щетками в 4 зоне контакта превышает ширину контактной поверхности подвижного элемента, а контактные поверхности каждого неподвижного элемента развернуты одна относительно другой вокруг оси катушки на угловой шаг неподвижных элементов, а система вывешивания выполнена пневматической и содержит камеру большого объ,ряют функциональные свойства возбудителя колебаний. ема, обеспечивающего линейность упругой характеристики системы.,2. Возбудитель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что камера системы пневматического вывешивания5.выполнена с двумя замкнутыми полостями, одна из которых образованамежду керном магнитопровода н столом, а другая - между керном и основанием, а в керне выполнены отверстиядля сообщения полостей камеры междусобой.3. Возбудитель по, пп.1 и 2о т л,и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью создания также и постоянныхускорений,.блок питания снабжен источником постоянного тока, подключенным ко входу усилителя мощноститороидальной обмотки,4. Возбудитель по пп, 1 - З,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с це 20 лью повышения точности воспроизведения колебаний, блок питания снабжен последовательно соединеннымифункциональным преобразователем,вход которого подключен к задающему5 генератору цилиндрической обмотки,)и масштабным усилителем, выход которого подключен ко входу усилителямощности тороидально-. обмотки.5. Возбудитель по пп. 1 - 4,о т 0 л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения колебаний путем снижения трен, яподвижной катушки о щетки, он снабжен приводом вращения токоподводовразных обмоток в противоположныхнаправлениях с окружной скоростьюна порядок превышающей скорости возбуждаемых колебаний, число неподвижных элементов тороидальной обмоткименьше числа щеток в пакете и не 10 кратно ему и числу подвижных элементов, ширина изоляционного зазора между контактными поверхностями смежныхнеподвижных элементов превышает ширину одной щетки, а ширина контакт 5 ной поверхности неподвижного элемента превышает ширину изоляционногозазора между щетками в зоне контакта.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 243924, кл С 01 М 7/00,1967.2. Авторское свидетельство СССРР 380363, кл. В 06 В 1/04, 1970