Вибровозбудитель

/04, 1988. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к технике вибровоэбуждения и может быть использовано, например, в активных виброзащитных системах, системах вибровозбуждения и вибрационных машинах.Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот и уменьшение нелинейных искажений.На фиг, 1 изображена конструктивная схема вибровозбудителя электродинамического типа, в котором узел регулирования жесткости упругой подвески выполнен на основе пары постоянных магнитов; н фиг.2 - то же, с узлом регулирования в виде витой пружины и шпильки; на фиг, 3 - то же, с узлом регулирования жесткости упругой подвески в виде витой пружины и шпильки в центральном отверстии стяжного болта и при отсутствии узла регулирования положения рабочего органа относительно магнитной системы; на фиг, 4 - конструктивная схема вибровоэбудителя электромагнитно(54) ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ(57) Изобретение относится к технике вибровозбуждения и может быть использовано в активных виброэащитных системах, вибрационных машинах, вибродиагностической и лечебной аппаратуре, Новым в конструкции вибровозбудителя является применение в ней узла регулирования жесткости упругой подвески магнитной системы и узла регулирования положения рабочего органа относительно магнитопровода, Это позволяет значительно расширить рабочий диапазон частот известных вибровоэбудителей и снизить величину нелинейных искажений, 2 э,п, ф-лы, 5 ил,го типа, в котором упругий элемент узла регулирования жесткости выполнен в виде пневматического упругого элемента и пневмополости, связанных между собой дросселирующим отверстием; на фиг. 5 - частотные характеристики вынуждающей силы, развиваемой вибровозбудителями,Вибровозбудитель содержит (фиг. 1) корпус 1, включающий боковую стенку 2, крышку 3 и основание 4, магнитную систему 5, состоящую иэ кольцевого магнита б, керна 7, полюсной накладки 8 и диамагнитной разъемной втулки 9, В кольцевом пазу 10, образованном внешней цилиндрической поверхностью керна 7 и внутренней цилиндрической поверхностью полюсной накладки 8, размещена силовая катушка 11, связанная с крышкой 3, узел 12 регулирования положения катушки 11 относительно системы 5, выполненной в виде регулируемой по высоте проставки 13 (нарезной шпильки с центральным отверстием), размещенной10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 между крышкой 3 и рабочим органом 14 (вибростолом), первого фиксирующего элемента 15 в виде болта, размещенного в центральном отверстии проставки 13 и резьбовом отверстии органа 14, при этом головка 16 болта 15 через кольцевую шайбу 17 опирается на крышку 3, второго фиксирующего элемента в виде шпильки, один конец которой размещен в отверстии крышки 3, а другой скреплен с органом 14 прижимного упругого элемента 19, установленного между органом 14 и крышкой 3, Магнитная система 5 прикреплена к корпусу 1 с помощью кольцевых мембран 20 и 21, а узел регулирования жесткости упругой подвески выполнен в виде пары соосно расположенных и обращенных друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитов 22 и 23, один из которых (22) скреплен с системой 5, а другой (23) через резьбовое соединение связан с основанием 4 корпуса 1, Крепление системы 5 осуществляется с помощью болтов 24 и 25. Для удобства сборки керн 7 может быть снабжен полюсным наконечником 26, присоединенным болтом 27,Представленная на фиг.2 конструкция отличается использованием для подмагничивания магнитопровода стержневого(дискового) постоянного магнита, что во многих случаях более целесообразно с точки зрения компоновки элементов вибровозбудителя и обеспечения равной площади сечения магнитопровода по его длине,В данном случае узел регулирования жесткости упругой подвески выполнен в виде витой пружины 28 и прижимной шпильки 29, размещенной в центральном отверстии 30 основания 4, Сила для регулирования жесткости образуется в результате поджатия пружины 28 при завинчивании шпильки 29. Жесткость пружины 28 по продольной оси вибровозбудителя выбирается меньше (обычно в несколько раз) соответствующей жесткости кольцевых мембран 20 и 21, что позволяет, практически не увеличивая эквивалентной жесткости упругой подвески магнитной системы, осуществить ее регулирование в широких пределах,ФВо многих случаях эксплуатации вибровозбудителей (например, в многоприводных вибрационных машинах, активных виброзащитных системах) регулирование их резонансных частот необходимо осуществлять без открепления от возбуждаемого (защищаемого) объекта. Такая возможность в конструкции вибровозбудителя (фиг. 3) обеспечивается размещением шпильки 29 и фиксатора 31 в центральном отверстии стяжного болта 32. Регулировка жесткости упругой подвески осуществляется со стороны крышки 3, что позволяет регулировать резонансную частоту в процессе работы,Электромагнитный вариант вибровозбудителя (фиг, 4) содержит два магнитопровода 331 и 322, в кольцевых пазах которых размешены обмотки 341 и 342 подмагничивания и обмотки 351 и 352 возбуждения, соединенные между собой соответственно последовательно-встречно и последовательно-согласно. Магнитопроводы установлены в центрах мембран 20 и 21 с помощью штока Зб, внутренняя полость 37 которого через дросселирующее отверстие 38 соединена с пневматическим элементом 28, установленным между штоком 36 и шпилькой 29.Силовые элементы 111 и 112 - кольцевые якори установлены с зазооами от взаимодействующих с ними торцовых поверхностей магнитопроводов 33 на диамагнитных дисках, прикрепленных к корпусу 1 с помощью болтов, Упругий элемент 28 узла регулирования жесткости упругой подвески выполнен в виде пневматического упрогого элемента 39 и пневмополости 37, соединенных между собой дросселирующим отверстием 38.Вибровозбудитель работает следующим образом.При подаче возбуждающего тока в катушку 11 между ней и магнитной системой 5 возникает силовое взаимодействие1 эд = В1 осозгд т = Еэдсоэ в 1, (1) где В - величина магнитной индукции в зазоре 10;1 - длина провода силовой катушки, расположенного в кольцевом зазоре магнитопровода;1 в = 1 восоэ и 1 - возбуждающий ток в силовой катушке;1 во и в - амплитуда и угловая частота возбуждающего тока.Частотная зависимость нормированной . (по амплитуде Еэд = БЬо электродинамического взаимодействия) силы Евв, развиваемой вибровозбудителем, определяется выражением(Еви/Еэд = ( й)/0)о ) / и)/оуо ) - 1) -А ф (2) где во = (Е/гп 8)/2 - собственная частота упруго закрепленной магнитной системы;М, к Д - коэффициенты жесткости и затухания упругой подвески магнитной системы вибровозбудителя.Теоретическая зависимость (2), справедливая для случая применения упругой подвески (кольцевых мембран 20, 21) с бесконечной величиной поперечной и угловой жесткостей показана на фиг. 5 кривой А. Онахарактеризуется единственным резонансом на частоте иь /2 л = 10 Гц и бесконечным частотным интервалом равных усилий в зареэонансной области упруго закрепленной магнитной системы 5, Для реализации вибровозбудителей с близкими к кривой А зависимостями развиваемых сил для подвески магнитной системы используют упругие элементы с минимальной продольной и максимальной поперечной жесткостями, Из известных наиболее широкое применение в упругих подвесках находят кольцевые мембраны, обладающие значительным (два-три порядка) отношением поперечной и продольной жесткостей. Однако кольцевые мембраны обладают существенно нелинейнойжесткой) упругой характеристикой. Эти особенности кольцевых мембран в вибровозбудителях с упруго закрепленной реактивной, как правило более тяжелой, частью проявляются в значительной зависимости частотной характеристики развиваемой вибровозбудителем силы и нелинейных искажений от ориентации вибровозбудителя в пространстве. Так, при отсутствии узла регулирования жесткости упругой подвески и регулирования положения силовой катушки в рабочем зазоре магнитопровода и при вертикальном положении вибровозбудителя деформации мембран 20 и 21, обусловленная действием на них силы веса магнитной системы 5, оказывается максимальной. При этом ихжесткость по продольной (рабочей) оси вибровозбудителя также максимальна, а поперечная имеет минимальную величину, в результате чего первая собственная частота упруго закрепленной магнитной системы имеет максимальное значение. На кривой Б (фиг, 5), соответствующей этому случаю, значение этой частоты выбрано равным 20 Гц. Вторая и последующие собственные частоты при этом имееют минимальные значения (на кривой Б 550 и 1100 Гц).Рабочий диапазон частот вибровозбудителя, определяемый, например, как частотный интервал, в котором амплитуда развиваемых вибровозбудителем сил не отклоняется от заданного значения более чем на 3 дБ (30,), при этом равен 27 - 370 Гц и составляет 353 Гц.При наличии узла регулирования жесткости упругой подвески, например, в виде пары магнитов 22, 23 приближение одного из них к другому приводит к уменьшению деформации мембран 20 и 21 и, как следствие, к снижению их продольной и увеличению поперечной жесткостей. При этом первый резонанс смещается в сторону низких частот, а второй и последующие - в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сторону более высоких частот, что сопровождается расширением рабочего диапазона частот до у- у в =- 800-17 = 783 Гц1(кривая В, фиг. 5),В случае повышенных требований к нелинейным искажениям (например, пои разработке активных виброзащитных систем) линейность электродинамического преобразования может быть увеличена путем настройки узла регулирования положения силовой катушки относительно магнитной системы 5. Эта регулировка заключается в следующем, Вращением шпильки 13 (при вынутом болте 16) изменяется положение вибростола 14 и катушки 11 до получения минимальных нелинейных искажений, Поджатие органа 14 к шпильке 13 осуществляется предварительно поджатым упругим элементом 18, а его вращение предотвращается ш пил ь кой 19.Работа электромагнитного возбудителя (фиг, 4) отличается, в основном, способом формирования сил взаимодействия между магнитной системой 5 и якорями 11. Электромагнитный принцип формирования этих сил сводится к изменению баланса магнитных потоков в магнитопроводах 331 и 332 при подаче в обмотки 35 и 352 возбуждающего тока, В результате антифазной пульсации магнитных потоков в рабочих зазорах 40 и 402 вибровозбудителя между магнитной системой 5 и якорями 11 возникает сила электромагнитного взаимодействия, пропорциональная токам в обмотках 35 и 352 возбуждения.Существенным отличием конструкции (фиг. 4) является выполнение упругого элемента узла регулирования жесткости упругой подвески в виде пневматического упругого элемента и пневмополости, соединенных между собой дросселирующим отверстием. Площадь сечения последнего и величина обьемов пневмополости и упругого элемента выбраны из условия заданного снижения амплитуды развиваемых вибровозбудителем сил в окрестности первого резонанса. Это позволяет значительно расширить частотный диапазон работы вибровозбудителя. Так, в рассмотренном на фиг; 5 примере введение демпфирования в упругую подвеску магнитной системы 5 привело к расширению рабочего диапазона частот до 8 Гц (к ри ва я Г). Формула изобретения1. Вибровозбудитель, содержащий корпус, состоящий из боковой стенки, крышки и основания, магнитную систему, установленную в корпусе при помощи упругой под 1630853вески в виде кольцевых мембран, рабочий орган вибровозбудителя с установленным на нем по меньшей мере одним силовым элементом в виде силовой катушки или якоря с возможностью взаимодействия через рабочий зазор с магнитной системой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и снижения нелинейных искажений, он снабжен узлом регулирования жесткости упругой подвески, выполненным в виде по меньшей мере одного упругого элемента и элемента его поджатия, установленных последовательно между корпусом и магнитной системой, или в виде по меньшей мере одной пары соосно расположенных и обращенных друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитов, один из которых прикреплен к магнитной системе, другой - к основанию корпуса, а по меньшей мере один из них установлен с возможностью осевого перемещения относительно другого,2, Вибровозбудитель по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что элемент поджатия выполнен в виде шпильки, размещенной в центральном отверстии основания корпуса или магнитной системы, а упругий элемент выполнен в виде витой или прорезной пру жины или в виде пневматического элемента ипневмополости, связанных между собой дросселирующим отверстием.3. Вибровозбудитель по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабжен узлом 10 регулирования положения рабочего органаотносительно магнитной системы, содержащим шпильку, размещенную в резьбовом отверстии крышки или основания возбудителя, упругий элемент, установленный с 15 поджатием между корпусом и рабочим органом, первый фиксирующий элемент в виде .болта, размещенного в центральном отверстии шпилька узла регулирования и в резьбовом отверстии рабочего органа и 20 опирающегося головкой через кольцевуюшайбу на крышку корпуса, и второй фиксирующий элемент в виде шпильки, одним концом установленной в отверстии крышки корпуса, а другим жестко связанной с 25 рабочим органом возбудителя./гвЯдЭ орректор Н. Ревская Редактор селовская 2 Тираж 280 ПодписноеИПИ ГосУдарственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Зака Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 г 5 Рлш 10 Ю й гя Соста Техред Фиг. Хитель Н. МакаренМ.Моргентал