close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2334966

код для вставки
–ќ——»…— јя ‘≈ƒ≈–ј÷»я
(19)
RU
(11)
2 334 966
(13)
C1
(51) ћѕ G01M 7/04 (2006.01)
H04R 17/00 (2006.01)
‘≈ƒ≈–јЋ№Ќјя —Ћ”∆Ѕј
ѕќ »Ќ“≈ЋЋ≈ “”јЋ№Ќќ… —ќЅ—“¬≈ЌЌќ—“»,
ѕј“≈Ќ“јћ » “ќ¬ј–Ќџћ «Ќј јћ
(12)
ќѕ»—јЌ»≈ »«ќЅ–≈“≈Ќ»я ѕј“≈Ќ“”
(21), (22) «а†вка: 2007107729/28, 01.03.2007
(72) јвтор(ы):
яровиков ¬алерий »ванович (RU),
«айцев Ћеонид яковлевич (RU),
—мирнов ¬ладимир ƒмитриевич (RU)
(24) ƒата начала отсчета срока действи† патента:
01.03.2007
(45) ќпубликовано: 27.09.2008 Ѕюл. є 27
2 3 3 4 9 6 6
R U
(57) –еферат:
»зобретени† относ†тс† к испытательной
технике и могут быть использованы дл†
вибрационных испытаний различных изделий,
включа† комплексные испытани† приборов и
датчиков в услови†х одновременного воздействи†
широкополосной
вибрации
и
интенсивных
физических
факторов
различной
природы
(механической,
электрической
и
тепловой).
ѕьезоэлектрический вибростенд содержит корпус,
пьезоэлектрический вибратор, по крайней мере, с
одним пьезоэлементом, виброплатформу дл†
установки испытуемого прибора, св†занную с
вибратором через элемент передачи колебаний, и
средство
центрировани†
виброплатформы
относительно корпуса и вибратора. ¬ вибратор
дополнительно введен закрепленный в корпусе
упругий элемент в виде диафрагмы, на которую
установлен пьезоэлемент. Ёлемент передачи
колебаний выполнен в виде стержн†, соединенного
с центральной частью диафрагмы, а средство
центрировани† виброплатформы выполнено в
виде, по крайней мере, одной прорезной
мембраны. ѕри этом центральна† часть мембраны
соединена
с
виброплатформой,
а
периферическа† - с корпусом. ѕьезоэлектрический
вибратор резонансного типа содержит, по крайней
мере, один пьезоэлемент и элемент передачи
колебаний, соединенный с испытуемым прибором.
¬ вибратор дополнительно введен упругий
элемент, включающий диафрагму, на которую
установлен пьезоэлемент. ”пругий элемент имеет
грибовидную
форму,
образованную
плоской
поверхностью
диафрагмы,
обращенной
к
пьезоэлементу кольцевым выступом, выполненным
по краю диафрагмы в качестве элемента креплени†
к корпусу вибростенда, и опорой, представл†ющей
собой элемент передачи колебаний, выполненный
в виде стержн† за одно целое с центральной
частью
диафрагмы.
“ехнический
результат
заключаетс† в расширении частотного диапазона
виброускорений при приложении квазистатических
механического
и
электрического
полей
и
повышении
стабильности
резонансной
характеристики при приложении квазистатических
механического и электрического полей. 2 н. и 7
з.п. ф-лы, 1 ил.
—траница: 1
RU
C 1
C 1
(54) ѕ№≈«ќЁЋ≈ “–»„≈— »… ¬»Ѕ–ќ—“≈Ќƒ » ¬»Ѕ–ј“ќ– –≈«ќЌјЌ—Ќќ√ќ “»ѕј
2 3 3 4 9 6 6
јдрес дл† переписки:
607188, Ќижегородска† обл., г. —аров, пр.
ћира, 37, ‘√”ѕ "–‘я÷-¬Ќ»»Ё‘", начальнику
ќѕ»Ќ“»
R U
(56) —писок документов, цитированных в отчете о
поиске: SU 773966 A1, 23.10.1980. SU 1747977
A1, 15.07.1992. SU 668718 A1, 25.06.1979. SU
330363 A1, 24.02.1972. CN 1603841 A, 06.04.2005.
(73) ѕатентообладатель(и):
–оссийска† ‘едераци†, от имени которой
выступает государственный заказчик ‘едеральное агентство по атомной энергии
(RU),
‘едеральное государственное унитарное
предпри†тие "–оссийский федеральный
†дерный центр - ¬сероссийский научноисследовательский институт экспериментальной
физики" - ‘√”ѕ "–‘я÷-¬Ќ»»Ё‘" (RU)
C 1
C 1
2 3 3 4 9 6 6
2 3 3 4 9 6 6
R U
R U
—траница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 334 966
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01M 7/04 (2006.01)
H04R 17/00 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007107729/28, 01.03.2007
(72) Inventor(s):
Jarovikov Valerij Ivanovich (RU),
Zajtsev Leonid Jakovlevich (RU),
Smirnov Vladimir Dmitrievich (RU)
(24) Effective date for property rights: 01.03.2007
(45) Date of publication: 27.09.2008 Bull. 27
2 3 3 4 9 6 6
R U
(57) Abstract:
FIELD: physics.
SUBSTANCE: inventions are related to testing
equipment and may be used for vibration tests of
different
items,
including
full-scale
tests
of
instruments and sensors under conditions of
simultaneous exposure to wideband vibration and
intense
physical
factors
of
different
nature
(mechanical, electric and thermal). Piezoelectric
vibration exciter contains casing, piezoelectric
vibrator with at least one piezoelectric cell,
vibration
platform
for
installation
of
tested
instrument, which is connected to vibrator via
element of vibrations transmission, and facility
of vibration platform alignment in relation to
casing and vibrator. In vibrator elastic element
in the form of diaphragm with piezoelectric cell
place on it is additionally installed and fixed
in casing. Element of vibrations transmission is
made in the form of bar, which is connected with
central part of diaphragm, and facility of
vibration platform alignment is made in the form
of at least one slotted membrane. At that central
part of membrane is connected with vibration
platform, and periphery part - with casing.
Piezoelectric vibrator of resonance type contains
at least one piezoelectric cell and element of
vibrations transmission, which is connected to
tested device. In vibrator elastic element in the
form of diaphragm with piezoelectric cell place
on it is additionally installed. Elastic element
has mushroom shape formed by flat surface of
diaphragm that faces piezoelectric cell with its
angular protrusion arranged along the edge of
diaphragm as fastening element to fixation to
vibration
exciter
casing,
and
support
that
represents element of vibrations transmission,
which is made in the form of bar as a whole with
central part of diaphragm.
EFFECT: expansion of frequency range of
vibration accelerations with application of quasistatic
mechanical
and
electric
fields
and
increase
of
stability
of
resonance
characteristics
at
application
of
quasi-static
mechanical and electric field.
9 cl, 1 dwg
—траница: 3
EN
C 1
C 1
(54) PIEZOELECTRIC VIBRATION EXCITER AND VIBRATOR OF RESONANCE TYPE
2 3 3 4 9 6 6
(73) Proprietor(s):
Rossijskaja Federatsija, ot imeni kotoroj
vystupaet gosudarstvennyj zakazchik Federal'noe agentstvo po atomnoj ehnergii (RU),
Federal'noe gosudarstvennoe unitarnoe
predprijatie "Rossijskij federal'nyj jadernyj
tsentr - Vserossijskij nauchnoissledovatel'skij institut ehksperimental'noj
fiziki" - FGUP "RFJaTs-VNIIEhF" (RU)
R U
Mail address:
607188, Nizhegorodskaja obl., g. Sarov, pr.
Mira, 37, FGUP "RFJaTs-VNIIEhF", nachal'niku
OPINTI
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
»зобретени† относ†тс† к испытательной технике, а именно к пьезоэлектрическим
вибростендам и вибраторам резонансного типа, и могут быть использованы дл†
вибрационных испытаний различных изделий, включа† комплексные испытани† приборов и
датчиков в услови†х одновременного воздействи† широкополосной вибрации и
интенсивных физических факторов различной природы (механической, электрической и
тепловой).
ќсновна† особенность комплексного воздействи† вибрации и, в частности, линейного
ускорени† и температуры на приборы и датчики заключаетс† в том, что их конструктивнокомпоновочные параметры и характеристики индивидуальны (разнообразны и конструкции,
и способы креплени†) и могут существенно отличатьс† даже дл† одной модели в
зависимости от упругодиссипативных и тепловых свойств объектов в месте ее креплени†.
¬оздействие линейного ускорени† из-за разных упругих свойств конструкционных
материалов (модул† упругости и коэффициента ѕуассона) может вызвать изменени†
объемно-напр†женного состо†ни† и контактной жесткости элементов приборов и датчиков,
и особенно если их чувствительные элементы работают в резонансном режиме.
јналогично и колебани† температуры внешней среды из-за разных тепловых свойств
конструкционных материалов (температурных коэффициентов линейного расширени† и
модул† упругости) могут привести к деформаци†м и смещению элементов относительно
друг друга. ѕри одновременном же действии вибрации и линейного ускорени†, а тем более
температуры возможно возрастание интенсивности протекающих физико-механических
процессов (например, увеличение амплитуды резонансных колебаний) или изменение их
качественной картины (в том числе смещение резонансов, изменение формы амплитудночастотной характеристики и др.). ѕри раздельных испытани†х на вибрацию линейные
ускорени†, повышенную или пониженную температуру не всегда удаетс† вы†вить
особенности работы исследуемых приборов и датчиков по сравнению с услови†ми
комплексных воздействий при эксплуатации. Ёто создает определенные затруднени† при
отработке приборов и назначении их технических характеристик, исход† из требований по
вибрационной устойчивости и стойкости к дестабилизирующим внешним факторам.
ѕоэтому при разработке приборов и датчиков следует ориентироватьс† на их комплексные
исследовани†, включающие, по возможности, максимальное число дестабилизирующих
факторов механической, тепловой и электрической природы.
¬ большинстве случаев такие испытани† не провод†тс† из-за отсутстви† портативных
вибростендов, устойчивых к вли†нию интенсивных физических факторов. ќсновна† гамма
промышленных вибростендов представлена электродинамическими преобразовател†ми
электрической энергии в энергию механических колебаний, которые в силу больших
габаритов и массы не могут быть размещены в центрифугах и не выдерживают высокой
температуры. ¬ этой св†зи особую актуальность приобретает создание мощного (с
амплитудой виброускорени† единицы - дес†тки g), малогабаритного (массой до нескольких
килограмм) и широкополосного (до 2 к√ц) вибростенда, обладающего устойчивостью к
повышенной (до плюс 200∞—) и пониженной (до минус 60∞—) температурам и стойкостью к
различным дестабилизирующим физическим факторам (ударам, линейному ускорению,
электростатическому полю высокой напр†женности, грозовым разр†дам и др.).
Ќаиболее перспективным и подход†щим дл† жестких условий эксплуатации такого
вибростенда †вл†етс† пьезоэлектрический принцип преобразовани† подведенной
электрической энергии в энергию механических колебаний. —овременна† сегнетом†гка† и
средней жесткости пьезокерамика характеризуетс† высоким коэффициентом
электромеханической св†зи (k33?0,53-0,8), широким температурным диапазоном (от минус
60∞— до плюс 280∞— и выше), достаточной механической прочностью (предел прочности на
сжатие [?сж] не менее 280 ћѕа) и стойкостью к электромагнитным излучени†м. ќднако
реализовать требуемый уровень вибрации в широком частотном диапазоне, и особенно в
низкочастотной области (ниже 1000-500 √ц), практически достаточно сложно, потому что
с уменьшением частоты коэффициент преобразовани† пьезоэлектрического вибратора
понижаетс† пропорционально квадрату частоты и дл† создани† заданного колебательного
—траница: 4
DE
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ускорени† амплитуда входного гармонического сигнала должна быть не менее нескольких
единиц - дес†тков киловольт, что †вл†етс† трудной и специфичной задачей.
»звестен пьезоэлектрический вибростенд [јвторское свидетельство ———– є1747977,
ћ » 5 G01ћ 7/04, Ђѕьезоэлектрический вибростендї, опубл. в Ѕ» є26 от 15.07.92],
содержащий в корпусе виброплатформу и вибратор из двух коаксиально установленных по
рабочей оси полых пьезокерамических цилиндров, соединенных электрически параллельно
с коммутацией электродов разной пол†рности. ¬нешний цилиндр одним торцом соединен с
корпусом, а другим - с торцом внутреннего цилиндра. ¬торой торец внутреннего цилиндра
соединен с виброплатформой. ƒанна† конструкци† обеспечивает сложение колебаний двух
цилиндров, однако достигаемой амплитуды виброускорений недостаточно дл† комплексных
испытаний приборов и датчиков.
Ќаиболее близким к изобретени†м пьезоэлектрического вибростенда и вибратора
резонансного типа по технической сущности †вл†етс† пьезоэлектрический вибростенд
[јвторское свидетельство ———– є773966, ћ » Ќ04R 17/00, Ђѕьезоэлектрический
вибростендї, опубл. в Ѕ» є39 от 23.10.80], содержащий корпус в виде массивного
основани†, вибратор в виде пакета кольцевых пьезоэлементов, виброплатформу с
кольцевым выступом на боковой поверхности, узел передачи колебаний, включающий
опорный диск и поджимной шарик в выемках по центру опорного диска и виброплатформы.
”зел передачи колебаний вместе со шпильками, соединенными с корпусом, одновременно
выполн†ет функции средства центрировани† виброплатформы относительно корпуса и
вибратора. ќдним торцом вибратор прижат к корпусу с помощью шпилек, а другим соединен с виброплатформой через узел передачи колебаний. ”величение верхнего
предела виброускорений вибростенда достигаетс† сложением колебаний пьезоэлементов в
пакете и динамическим усилением при совпадении продольной резонансной частоты
вибратора с резонансной частотой выступа виброплатформы, работающей на изгиб. “акой
вибростенд обеспечивает большую по сравнению с аналогом амплитуду виброускорений,
но при этом пригоден дл† работы лишь на одной частоте, что не позвол†ет его
использовать дл† возбуждени† широкополосной вибрации. ѕри этом условие полного
совпадени† резонансных частот ограничивает возможность применени† вибростенда дл†
комплексных испытаний, и в частности, зависимость продольной резонансной частоты
вибратора от уровн† подведенного к пьезоэлементам посто†нного электрического
напр†жени† и от силы поджати† вибратора не допускает приложени† электростатических
полей и линейных ускорений. тому же выполнение вибратора в виде пакета
пьезоэлементов †вл†етс† неустойчивой конструкцией к поперечным механическим
воздействи†м.
«адача, решаема† изобретени†ми, направлена на создание вибростенда,
предназначенного дл† комплексных испытаний различных приборов и датчиков с
одновременным воздействием интенсивной широкополосной вибрации и внешних
физических факторов различной природы, например повышенной или пониженной
температуры, ударных или линейных ускорений, электростатического пол† и др.
“ехническим результатом изобретени† пьезоэлектрического вибростенда †вл†етс†
расширение частотного диапазона в услови†х приложени† внешних квазистатических
механического и электрического полей, а его дополнительными техническими
результатами - повышение устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и
повышение технологичности конструкции.
“ехническим результатом изобретени† пьезоэлектрического вибратора резонансного
типа †вл†етс† повышение стабильности резонансной характеристики в услови†х
приложени† внешних квазистатических механического и электрического полей, а его
дополнительными техническими результатами - расширение полосы пропускани†,
повышение устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и повышение
технологичности конструкции.
“ехнический результат достигаетс† тем, что в известном пьезоэлектрическом
вибростенде, содержащем корпус, пьезоэлектрический вибратор, по крайней мере, с одним
—траница: 5
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пьезоэлементом, виброплатформу дл† установки испытуемого прибора, св†занную с
вибратором через узел передачи колебаний, и средство центрировани† виброплатформы
относительно корпуса и вибратора, новым †вл†етс† то, что в вибратор дополнительно
введен закрепленный в корпусе упругий элемент в виде диафрагмы, на которую
установлен пьезоэлемент, радиус диафрагмы R выбран из услови†
где ? - эмпирический коэффициент, равный 3?10 -2 м?кг -1/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
-2
-1/3
? - эмпирический коэффициент, равный 5?10 м?кг ;
ћ - максимально допустима† масса вибростенда, кг;
при этом элемент передачи колебаний выполнен в виде стержн†, соединенного с
центральной частью диафрагмы, а средство центрировани† виброплатформы выполнено в
виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n пор†дка, где n - простое число в диапазоне от 3 до 11, причем центральна† часть
мембраны соединена с виброплатформой, а периферическа† - с корпусом.
ƒл† повышени† устойчивости к поперечным механическим воздействи†м
виброплатформа содержит кронштейн дл† креплени† испытуемого прибора,
устанавливаемый на вибростолик в виде ступенчатого диска, и втулку с фланцем,
отверстие которой служит дл† креплени† элемента передачи колебаний, причем меньша†
торцова† поверхность вибростолика обращена к фланцу втулки, между которыми
размещена мембрана средства центрировани† виброплатформы, при этом составные
элементы виброплатформы ст†нуты расположенными равномерно по окружности винтами,
количество которых выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11, а средство
центрировани† виброплатформы содержит пакет мембран.
ƒл† повышени† технологичности конструкции элемент передачи колебаний выполнен в
виде резьбового цилиндра, на который навинчена виброплатформа, и дополнительно
введена закрывающа† вибратор крышка, соединенна† с помощью винтов с корпусом и
упругим элементом.
ƒл† повышени† стабильности резонансной характеристики в услови†х приложени†
внешних квазистатических механического и электрического полей в известном
пьезоэлектрическом вибраторе резонансного типа, содержащем, по крайней мере, один
пьезоэлемент и элемент передачи колебаний, соединенный с испытуемым прибором,
новым †вл†етс† то, что в вибратор дополнительно введен упругий элемент, включающий
диафрагму, на которую установлен пьезоэлемент, упругий элемент имеет грибовидную
форму, образованную плоской поверхностью диафрагмы, обращенной к пьезоэлементу
кольцевым выступом, выполненным по краю диафрагмы в качестве элемента креплени† к
корпусу вибростенда, и опорой, представл†ющей собой элемент передачи колебаний,
выполненный в виде стержн† за одно целое с центральной частью диафрагмы, при этом
толщина диафрагмы h выбрана из услови†
где ? - эмпирический коэффициент, равный 2,4?10 -5 кг -1/3м 1/3?√ц -2/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
R - радиус диафрагмы, м;
Fвиб - резонансна† частота вибратора, √ц;
ј - заданный относительный диапазон величины механического воздействи†;
-5
-1/3 1/3
-2/3
? - эмпирический коэффициент, равный 3,4?10 кг м ?√ц .
ƒл† расширени† полосы пропускани† в вибратор дополнительно введен соединенный с
элементом передачи колебаний демпфер, содержащий одну пластину или их пакет,
установленный с возможностью совершени† изгибных колебаний, причем резонансна†
частота демпфера Fдем выбрана из услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб, где ? - эмпирический
коэффициент, равный 0,8.
—траница: 6
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ƒл† повышени† устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и повышени†
технологичности конструкции пьезоэлектрический вибратор резонансного типа содержит
набор равномерно расположенных по окружности пьезоэлементов, количество которых
выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11.
–асширение частотного диапазона в услови†х приложени† внешних квазистатических
механического и электрического полей вибростенда достигаетс† за счет использовани†
изгибных колебаний вибратора (независимо от его типа) и его упругого подвеса на
диафрагме упругого элемента и на мембране средства центрировани† виброплатформы.
ѕри этом изгибные колебани† создаютс† биморфным преобразователем, состо†щим из
пьезоэлемента и диафрагмы упругого элемента, и трансформируютс† центральной частью
диафрагмы и элементом передачи колебаний в осевые колебательные движени†
виброплатформы, что обеспечивает высокий уровень вибраций при относительно малых
габаритах и независимость амплитуды и формы колебаний от воздействующих
механического и электрического факторов. вазистатические воздействи† могут вызвать
изменени† некоторых параметров, не характеризующих работоспособность вибростенда и
не относ†щихс† к его эксплуатационным характеристикам: статического прогиба
биморфного преобразовател†, осадки испытуемого прибора, уровн† посто†нных
механических напр†жений диафрагмы и пьезоэлемента, а также - статического
электрического зар†да на свободном электроде пьезоэлемента. Ёто позвол†ет возбуждать
вибрационные колебани† в широком диапазоне частот при использовании вибратора
широкополосного типа и реализовать широкополосный вибростенд. ѕри этом
ограничени†ми нижней границы рабочего диапазона частот при прочих равных услови†х
(при равных амплитуде возбуждаемых виброускорений, конструктивно-компоновочных
параметрах, воздействующих механических и электрических факторах, а также - уровне
входного электрического сигнала) служат заданный минимальный уровень создаваемых
вибраций, а ограничени†ми верхней границы - возбуждение зонтичных и веерных
колебаний диафрагмы и мембран средства центрировани† виброплатформы,
характеризующихс† существованием одного и более узловых диаметров и искажающих
амплитудно-частотную характеристику вибростенда (ј„’). ¬ этой св†зи следует отметить,
что прототип работает только на одной частоте, совпадающей с резонансной частотой
виброплатформы, а приложение механических или электрических полей вызовет в нем
изменение силы поджати† пакета пьезоэлементов и соответственно изменение его
резонансной частоты и расстройку колебательной системы Ђвибратор - виброплатформа испытуемый приборї. “огда как рабочий диапазон за†вл†емого вибростенда ограничен
только максимальной амплитудой входного электрического сигнала и искажени†ми ј„’,
вызванными нерабочими (паразитными) модами колебаний. роме того, при установке
вибростенда в центрифугу или другое испытательное оборудование, представл†ющую
собой колебательную систему с одной или несколькими степен†ми свободы, возможна
реализаци† полосового режима работы как в случае использовани† вибратора
широкополосного типа, так и при применении резонансного вибратора.
¬ыбор радиуса диафрагмы упругого элемента за†вл†емого вибростенда из услови†
обеспечивает заданный относительный диапазон величины
механического воздействи† и малогабаритность конструкции, при этом нижний предел
определ†етс† оптимальными соотношени†ми размеров диафрагмы и
виброплатформы, способствующими достижению наибольшей прочности при заданной
- максимальными габаритами
механической нагрузке, а верхний предел
50
вибростенда исход† из его максимально допустимой дл† комплексных испытаний массы.
¬еличина эмпирического коэффициента ?, равна† 3?10 -2 м?кг -1/3, обусловлена
следующим. ћасса испытуемого прибора или датчика m пропорциональна его габаритным
—траница: 7
RU 2 334 966 C1
размерам с учетом плотности примен†емых в нем материалов и компоновки его
внутренних элементов. ѕричем наиболее близкой зависимостью между массой
испытуемого прибора m и его размерами l †вл†етс† степенна† пропорциональность с
показателем 1/3:
, где эмпирический коэффициент ? получен из
5
10
15
практического опыта создани† и эксплуатации приборов и датчиков, и в частности,
пьезоакселерометров, характеризующихс† наиболее плотной компоновкой внутренних
элементов и изготовленных из материалов, плотность которых сравнима с плотностью
железа: пьезокерамика, стальные сплавы и бронзы. ѕринима† во внимание, что наиболее
устойчивой к механическим воздействи†м †вл†етс† конструкци† вибростенда, у которой
упругий подвес вибратора в поперечном (радиальном) направлении соизмерим с
виброплатформой, а размеры виброплатформы, в свою очередь, определ†ютс†
поперечными габаритами испытуемого прибора, то граничным условием †вл†етс†
равенство радиуса диафрагмы упругого элемента R и поперечных размеров испытуемого
прибора l, откуда следует, что
. ћенее компактные по сравнению с
пьезоакселерометрами или изготовленные из легких конструкционных материалов (из
алюминиевых или титановых сплавов) приборы и датчики характеризуютс† большими
поперечными размерами l, следовательно,
.
20
25
30
35
40
45
50
— другой стороны, масса m при прочих равных услови†х пр†мо пропорциональна
напр†жени†м изгиба диафрагмы упругого элемента ?~m?h -2, где h - толщина диафрагмы
упругого элемента, и обратно пропорциональна собственной частоте вибратора
[ј.ј.Ѕаженов, ¬.».яровиков. ѕроектирование датчиков детонации
дл† систем управлени† автомобильным двигателем: монографи†. - —аров: –‘я÷-¬Ќ»»Ё‘,
2001, с.237-238]. ”читыва† пр†мую пропорциональность допускаемых механических
напр†жений [?] и обратную пропорциональность механических напр†жений изгиба ?
, после несложных преобразований можно
запасу механической прочности
получить математическую зависимость, св†зывающую собственную частоту
вибратора Fвиб, радиус диафрагмы упругого элемента R и массу испытуемого прибора m с
прочностью самого нагруженного элемента вибростенда - упругого элемента:
ƒанна† св†занность величин показывает, что при равной
собственной частоте вибратора Fвиб механическа† прочность повышаетс† с увеличением
радиуса диафрагмы R.
ѕри проведении комплексных испытаний с однократным механическим нагружением
запас механической прочности N можно прин†ть близким к единице, откуда получить
зависимость относительного диапазона величины механического воздействи†:
, где ?max - максимальные механические напр†жени† диафрагмы
при работе вибростенда без внешнего механического воздействи† (иллюстрацией к
формулировке относительного диапазона ј могут служить комплексные вибрационные
испытани† с одновременным воздействием линейных ускорений, при проведении которых
величина механических напр†жений ?max определ†етс† при возбуждении вибраций с
максимальной амплитудой в услови†х действи† ускорени† земного прит†жени†, а величина
ј показывает отношение максимальных по уровню линейных ускорений, которые
выдерживает вибростенд, к единице g). ѕосле соответствующих преобразований можно
получить математическую зависимость, св†зывающую эмпирический коэффициент ? с
где ?
относительным диапазоном ј и собственной частотой вибратора
- эмпирический коэффициент, равный 1 м?√ц?кг -1/3. »з анализа приведенной зависимости
—траница: 8
RU 2 334 966 C1
следует, что нижний предел радиуса диафрагмы
5
10
предопредел†ет величину относительного диапазона ј, а выбор выше этого предела
способствует достижению наибольшей прочности при заданной механической нагрузке.
¬еличина эмпирического коэффициента ?, равна† 5?10 -2 м?кг -1/3, обусловлена
максимальными габаритами вибростенда L исход† из заданной максимально допустимой
при комплексных испытани†х массы ћ и применени† в качестве материалов корпусных
деталей вибростенда (корпуса, крышки и т.п.) легких конструкционных металлов
(алюминиевых сплавов):
¬ибростенды, изготовленные из более т†желых по
сравнению с алюминиевыми сплавами конструкционных материалов, характеризуютс†
ƒанное соотношение
меньшими поперечными размерами L, следовательно,
15
20
25
30
35
40
45
50
способствует также реализации относительно небольших габаритов вибростенда,
†вл†ющихс† одним из необходимых условий проведени† комплексных испытаний.
¬ыполнение элемента передачи колебаний в виде стержн†, соединенного с центральной
частью диафрагмы, обеспечивает трансформацию изгибных колебаний биморфного
преобразовател† в осевые колебательные движени† виброплатформы.
¬ыполнение средства центрировани† виброплатформы в виде, по крайней мере, одной
прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n - пор†дка, где n - простое число
в диапазоне от 3 до 11, и соединение центральной части мембраны с виброплатформой, а
периферической - с корпусом, позвол†ет повысить верхнюю границу рабочего диапазона
частот за счет снижени† уровн† нерабочих (поперечных и веерных) колебаний
виброплатформы при механическом воздействии, приложенном в поперечном
направлении. ѕрорезна† мембрана средства центрировани† виброплатформы по
сравнению с биморфным преобразователем в осевом направлении обладает существенно
большей податливостью и не мешает совершению рабочих колебаний вибратора. ¬
поперечном же направлении прорезна† мембрана характеризуетс† меньшей
податливостью, что преп†тствует поперечным колебани†м виброплатформы. ¬ыбор числа
прорезей мембраны средства центрировани† виброплатформы равного 3 или 5 или 7 или
11 и их равномерное расположение с поворотом относительно центра обеспечивает
снижение уровн† веерных колебаний, вызывающих искажени† ј„’ вибростенда при
отсутствии в конструкции упругого подвеса вибратора зеркально-осевой симметрии.
¬ыполнение средства центрировани† виброплатформы в виде пакета мембран
позвол†ет дополнительно уменьшить уровень поперечных колебаний виброплатформы при
равной податливости в осевом направлении (при прочих равных услови†х пакет тонких
мембран имеет существенно меньшую жесткость на изгиб по сравнению с одной толстой
мембраной, равной по толщине пакету), что обеспечивает повышение устойчивости
вибростенда к поперечным механическим воздействи†м.
¬ыполнение виброплатформы в виде сборной конструкции, содержащей кронштейн дл†
креплени† испытуемого прибора, а также вибростолик и втулку с фланцем, между
которыми размещена мембрана средства центрировани† виброплатформы, и выполнение
вибростолика в виде ступенчатого диска, меньша† торцова† поверхность которого
обращена к фланцу втулки, способствуют размещению средства центрировани†
виброплатформы в верхней части виброплатформы и соответственно приближению
геометрического центра упругого подвеса к центру масс колебательной системы
Ђиспытуемый прибор - и подвижна† часть вибростендаї, который в силу соотношений масс
и размеров в практическом большинстве случаев расположен выше середины
виброплатформы. Ёто позвол†ет уменьшить уровень поперечных колебаний
виброплатформы. ќдновременно сборка виброплатформы с помощью 3 или 5 или 7 или 11
винтов, равномерно расположенных по окружности, способствует снижению уровн†
веерных колебаний виброплатформы при отсутствии зеркально-осевой симметрии
—траница: 9
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
элементов ст†жки.
¬ыполнение элемента передачи колебаний в виде резьбового цилиндра, на который
навинчена виброплатформа, позвол†ет повысить технологичность конструкции
вибростенда за счет применени† технологичных приемов сборки и изготовлени† деталей,
характеризующихс† простотой геометрической формы и унификацией. —оединение с
помощью винтов закрывающей вибратор крышки с корпусом и упругим элементом
позвол†ет одними винтами одновременно скрепл†ть разные по своему функциональному
назначению детали и тем самым уменьшить число монтажных элементов.
ѕовышение стабильности резонансной характеристики пьезоэлектрического вибратора
резонансного типа в услови†х приложени† внешних квазистатических механического и
электрического полей достигаетс† дополнительно введенным в конструкцию упругим
элементом, предопредел†ющим режим работы биморфного преобразовател† на изгиб и
независимость формы и уровн† его колебаний от внешнего механического и
электрического воздействи†, а также выбором толщины диафрагмы, способствующим при
прочих равных услови†х обеспечению механической прочности вибратора. ¬веденный
упругий элемент имеет грибовидную форму и выполнен за одно целое из составл†ющих
его элементов: диафрагмы, кольцевого выступа по краю диафрагмы и центральной опоры
в виде стержн†. ƒиафрагма упругого элемента и пьезоэлемент в виде диска,
установленный на плоскую поверхность диафрагмы, образуют биморфный
преобразователь электрической энергии в изгибные колебани†. “ака† конструкци†
биморфного преобразовател† обеспечивает выраженный резонанс с характерной дл†
слабодемпфированных колебательных систем с одной степенью свободы формой ј„’ с
динамическим подъемом на резонансной частоте не менее 30 дЅ, что позвол†ет получить
высокий уровень виброускорений в пределах полосы пропускани† и стабильность
резонансных свойств. ѕрактические попытки видоизменени† конструкции упругого
элемента (выполнение из отдельных элементов, без кольцевого выступа или центральной
опоры, соединение отдельных элементов между сваркой, склеиванием и др.) приводили к
по†влению дополнительных резонансов в пределах полосы пропускани†, искажению
формы ј„’, разбросу характеристик от партии к партии и от образца к образцу.
ќсобенностью за†вл†емого вибратора резонансного типа †вл†етс† стабильность
резонансной характеристики, обеспеченна† высокими упругими свойствами диафрагмы за
счет монолитности (цельнометаллической конструкции) упругого элемента и минимума
элементов и сопр†жении на пути передачи колебаний от биморфного преобразовател† к
испытуемому прибору.
¬оздействие внешних факторов механической и электрической природы увеличивает
прогиб биморфного преобразовател†, повышает уровень статических механических
напр†жений диафрагмы и пьезоэлемента и наводит электростатический потенциал на
свободном электроде пьезоэлемента. ≈сли прогиб преобразовател† и электростатический
потенциал в принципе не вли†ют на эксплуатационные характеристики, то увеличение
механических напр†жений биморфного преобразовател† в определенной степени снижает
механическую прочность вибратора. Ёто обсто†тельство учтено в выборе толщины
что
диафрагмы h из услови†
позвол†ет при заданном относительном диапазоне величины механического воздействи† ј
и известных массе испытуемого прибора m и радиусе диафрагмы R обеспечить
необходимую прочность резонансного вибратора. ƒанное условие получено путем
преобразовани† вышеприведенных зависимостей собственной частоты вибратора Fвиб и
относительного диапазона ј. ѕри этом эмпирический коэффициент ?, равный 2,4?10 -5 кг -1/3м
1/3
-2/3
?√ц , свойствен дл† вибраторов с упругим элементом из конструкционного материала с
высокими упругими свойствами (из стального пружинного сплава с модулем упругости не
менее 2?10 11 Ќ/м 2), предназначенных дл† проведени† комплексных испытаний с
однократным механическим воздействием, когда коэффициент запаса механической
прочности можно прин†ть N?1, а эмпирический коэффициент ?, равный
—траница: 10
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
3,4?10 -5 кг -1/3м 1/3?√ц -2/3, характерен дл† вибраторов, примен†емых дл† комплексных
испытаний с многократным механическим нагружением, дл† которых запас механической
прочности выбираетс† N>>1, или дл† вибраторов с упругим элементом из
конструкционного материала с меньшим модулем упругости (из бронзы, сплава на основе
меди и др.).
¬ведение соединенного с элементом передачи колебаний демпфера, содержащего одну
пластину или их пакет с возможностью совершени† изгибных колебаний с резонансной
частотой Fдем, выбранной из услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб, обеспечивает расширение полосы
пропускани†. Ёто позвол†ет уменьшить вли†ние изменений контактной жесткости
соединени† Ђкорпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудовани†ї на
эксплуатационные характеристики: на резонансную частоту колебательной системы
Ђвибратор - корпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудовани†ї, и
на амплитуду создаваемой вибрации. — расширением полосы пропускани† вибратора
незначительные изменени† резонансной частоты, св†занные с механическим
воздействием при комплексных испытани†х, станов†тс† несущественными дл†
эксплуатационных характеристик. ѕри этом условие ??Fвиб?Fдем?Fвиб обеспечивает
частичное усиление коэффициента преобразовани† на начальном участке возрастающей
ветви резонансной характеристики путем сложени† в фазе колебаний вибратора и
демпфера, и частичное подавление колебаний на резонансе при их суперпозиции в
противофазе. ƒополнительным механизмом расширени† полосы пропускани† и частичного
гашени† колебаний †вл†етс† динамическое гашение колебаний.
Ќижний предел резонансной частоты демпфера Fдем (??Fвиб) обусловлен св†занностью
колебаний демпфера и вибратора, образующейс† при частичном или полном перекрытии
их резонансов. ѕри этом ј„’ принимает форму, подобную трапеции, с относительно
небольшой неравномерностью в пределах полосы пропускани†. ѕри большем, чем на
(1-?)?Fвиб разнесении частот, колебани† демпфера и вибратора станов†тс† несв†занными
(их резонансы перекрываютс† незначительно) и ј„’ становитс† двугорбой с недопустимой
изрезанностью (глубоким провалом между резонансами). ¬ерхний предел резонансной
частоты демпфера Fдем (Fвиб) обусловлен положением резонанса на восход†щей ветви
резонансной характеристики вибратора, обеспечивающим механизм динамического
гашени† колебаний.
¬ыполнение вибратора с набором равномерно расположенных по окружности
пьезоэлементов обеспечивает повышение технологичности конструкции в результате
применени† меньших по поперечным размерам, но более технологичных и менее хрупких
пьезоэлементов, а выбор их количества из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11
способствует повышению устойчивости к поперечным механическим воздействи†м за счет
снижени† уровн† веерных колебаний биморфного преобразовател† при отсутствии его
зеркально-осевой симметрии.
—уть за†вл†емых пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа дл†
данного вибростенда будет †сна из прилагаемого чертежа, где представлена конструкци†
пьезоэлектрического вибростенда, в котором используетс† вибратор резонансного типа.
Ќа чертеже изображено: 1 - корпус; 2 - пьезоэлемент; 3 - диафрагма упругого
элемента; 4 - стержень упругого элемента; 5 - выступ упругого элемента; 6 испытуемый прибор; 7 - кронштейн дл† установки испытуемого прибора; 8 - вибростолик;
9 - втулка; 10 - демпфер; 11 - средство центрировани† виброплатформы; 12 - винт
кронштейна; 13 - крышка вибратора; 14 - винт вибратора; 15 - крышка вибростенда; 16 винт крышки вибростенда; “ - крепежный винт испытуемого прибора; Y - винт
вибростолика; Fмех - сила механического воздействи† при комплексных испытани†х; Eэл напр†женность электрического пол†, приложенного при комплексных испытани†х; ~ U входной электрический сигнал.
ѕьезоэлектрический вибростенд содержит в корпусе 1 вибратор резонансного типа,
включающий, по крайней мере, один пьезоэлемент 2 в виде диска и упругий элемент,
состо†щий из диафрагмы 3 в виде круглой пластины, центрального стержн† 4,
—траница: 11
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
выполненного в виде резьбового цилиндра, и кольцевого выступа 5 по краю диафрагмы 3.
”пругий элемент выполнен за одно целое из составл†ющих его элементов, при этом
стержень упругого элемента 4 исполн†ет роль элемента передачи колебаний, а кольцевой
выступ 5 - элемента креплени† к корпусу 1. ƒиафрагма 3 и закрепленный на ней
пьезоэлемент 2 образуют биморфный преобразователь электрической энергии в энергию
изгибных колебаний, которые трансформируютс† центральной частью диафрагмы 3 и
стержнем 4 в осевые колебательные движени†, передаваемые испытуемому прибору 6.
ѕьезоэлемент 2 приклеен к диафрагме 3 клеем, обеспечивающим их электрический
контакт. Ќа стержень 4 навинчена виброплатформа, содержаща† кронштейн 7 дл†
креплени† испытуемого прибора 6, вибростолик 8 в виде ступенчатого диска и втулку 9 с
фланцем, отверстие которой служит дл† креплени† стержн† упругого элемента 4. ѕричем
меньша† торцова† поверхность вибростолика 8 обращена к фланцу втулки 9, между
которыми размещены демпфер 10 в виде одной круглой пластины, установленной с
возможностью совершени† изгибных колебаний, и средство центрировани†
виброплатформы относительно корпуса и вибратора 11, выполненное в виде одной
прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию 5 - пор†дка. ронштейн 7
выполнен в виде утолщенного диска с отверсти†ми под крепежные винты “ испытуемого
прибора 6 и закреплен на вибростолике 8 с помощью винтов 12. „асть виброплатформы
ст†нута расположенными равномерно по окружности винтами Y и подвешена на мембране
средства центрировани† виброплатформы 11, причем центральна† часть мембраны
соединена с виброплатформой, а периферическа† - с корпусом 1, а число винтов и
пор†док симметрии мембраны выбраны из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11 и
равны 5. —т†жка части виброплатформы винтами Y одновременно обеспечивает
механическую св†зь демпфера 10 со стержнем упругого элемента 4. ¬ибратор закрывает
крышка 13, соединенна† с корпусом 1 и кольцевым выступом упругого элемента 5 с
помощью винтов 14. —верху вибростенд закрыт крышкой 15 с помощью винтов 16,
одновременно поджимающих мембрану средства центрировани† виброплатформы 11 к
корпусу 1.
ќдним из возможных вариантов средства центрировани† виброплатформы 11 †вл†етс†
его выполнение в виде пакета прорезных мембран, а вариантом демпфера 10 - пакет
плоских соприкасающихс† мембран (на чертеже не показаны).
и
–адиус диафрагмы упругого элемента выбран из услови†
дл† опытного образца вибростенда R равен 28,75 мм, причем дл† массы испытуемого
прибора m=0,2 кг нижний предел радиуса диафрагмы упругого элемента составл†ет 18 мм,
а верхний предел - 72 мм дл† максимально допустимой массы вибростенда ћ=3 кг.
“олщина диафрагмы упругого элемента выбрана из услови†
и дл† опытного образца
вибростенда равна 1,8 мм, причем нижний предел толщины дл† массы испытуемого
прибора m, равной 0,2 кг, радиуса диафрагмы упругого элемента R, равного 28,75 мм,
резонансной частоты вибратора Fвиб, равной 1200 √ц, и заданного относительного
диапазона механического воздействи† ј, равного 120, составл†ет 1,6 мм, а верхний
предел толщины диафрагмы - 2,3 мм.
–езонансна† частота демпфера Fдем выбрана из услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб и дл†
опытного образца вибратора равна 1000 √ц, при этом нижний предел резонансной частоты
демпфера дл† частоты вибратора Fвиб=1200 √ц составл†ет 960 √ц, а верхний предел 1200 √ц.
«а†вл†емое устройство работает следующим образом.
Ќа вибростолике 8 закрепл†ют кронштейн 7 с испытуемым прибором 6. Ќа вход
вибростенда подают гармонический сигнал, возбуждающий изгибные колебани†
биморфного преобразовател†. Ёти колебани† трансформируютс† центральной частью
диафрагмы 3 и стержнем упругого элемента 4 в осевые колебательные движени† и через
—траница: 12
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
стержень упругого элемента 4 и виброплатформу передаютс† испытуемому прибору 6. ѕри
совпадении частоты входного сигнала с резонансной частотой вибратора происходит
динамическое усиление созданных колебаний не менее чем на 30 дЅ. онструкци† упругого
элемента обеспечивает стабильность резонансной частоты и формы ј„’, подобной слабо
демпфированным колебательным системам с одной степенью свободы. ƒемпфер 10
расшир†ет полосу пропускани† вибратора резонансного типа за счет взаимосв†зи с
биморфным преобразователем и динамического гашени† колебаний. »спользование
изгибных колебаний вибратора и его упругий подвес на диафрагме упругого элемента 3 и
на мембране средства центрировани† виброплатформы 11 обеспечивают широкий рабочий
диапазон частот, а конструкци† упругого элемента - возможность регулировки
резонансной частоты в широких пределах путем изменени† его конструктивных
параметров.
«а†вл†емые соотношени† радиуса и толщины диафрагмы обеспечивают механическую
прочность конструкции и необходимые дл† проведени† комплексных испытаний
относительно малые массу и габариты вибростенда. ћеханическое воздействие Fмех,
например линейных ускорений, и приложение электрического пол† ≈эл не вли†ют на
работу пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа. ѕри этом
увеличение прогиба биморфного преобразовател† (осадки испытуемого прибора) и уровн†
статических механических напр†жений изгиба биморфного преобразовател† до
допустимых величин не измен†ет коэффициент преобразовани† и резонансную частоту, а
наведенный электрический зар†д на свободном электроде пьезоэлемента стекает через
соответствующие электрические сопротивлени† пьезоэлемента и выходной цепи
генератора электрических сигналов ~U. ѕри боковых механических воздействи†х гашению
нерабочих мод колебаний способствуют конструкци† устройства центрировани†
виброплатформы в виде прорезной мембраны с числом центрально симметричных
прорезей 3 или 5 или 7 или 11, а также устройство сборной виброплатформы.
«а†вл†емые пьезоэлектрический вибростенд и вибратор резонансного типа
обеспечивают относительно широкую полосу пропускани† (полоса пропускани† опытного
образца вибростенда с вибратором резонансного типа составила от 1000 √ц до 1200 √ц, а
рабочий диапазон частот вибростенда с вибратором широкополосного типа - от 500 √ц до
2500 √ц) и мощную вибрацию испытуемого прибора (амплитуда виброускорений единицы дес†тки g) при интенсивном механическом воздействии и приложении электрического пол†.
роме того, при установке вибростенда с вибратором резонансного типа в центрифугу или
другое испытательное оборудование, представл†ющую собой колебательную систему с
одной или несколькими степен†ми свободы, возможна реализаци† полосового режима
работы с полосой пропускани† до 500 √ц (от 800 √ц до 1300 √ц).
ѕьезоэлектрический вибростенд и вибратор резонансного типа могут быть также
помещены в камеры тепла-холода и подвергнуты комплексным испытани†м с
одновременным воздействием повышенной или пониженной температуры.
40
45
‘ормула изобретени†
1. ѕьезоэлектрический вибростенд, содержащий корпус, пьезоэлектрический вибратор,
по крайней мере, с одним пьезоэлементом, виброплатформу дл† установки испытуемого
прибора, св†занную с вибратором через элемент передачи колебаний, и средство
центрировани† виброплатформы относительно корпуса и вибратора, отличающийс† тем,
что в вибратор дополнительно введен закрепленный в корпусе упругий элемент в виде
диафрагмы, на которую установлен пьезоэлемент, радиус диафрагмы R выбран из
услови†:
50
где ? - эмпирический коэффициент, равный 3?10 -2 м?кг -1/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
-2
-1/3
;
? - эмпирический коэффициент, равный 5?10 м?кг
—траница: 13
CL
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ћ - максимально допустима† масса вибростенда, кг,
при этом элемент передачи колебаний выполнен в виде стержн†, соединенного с
центральной частью диафрагмы, а средство центрировани† виброплатформы выполнено в
виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n пор†дка, где n - простое число в диапазоне от 3 до 11, причем центральна† часть
мембраны соединена с виброплатформой, а периферическа† - с корпусом.
2. ѕьезоэлектрический вибростенд по п.1, отличающийс† тем, что виброплатформа
содержит кронштейн дл† креплени† испытуемого прибора, устанавливаемый на
вибростолик в виде ступенчатого диска, и втулку с фланцем, отверстие которой служит
дл† креплени† элемента передачи колебаний, причем меньша† торцова† поверхность
вибростолика обращена к фланцу втулки, а мембрана средства центрировани†
виброплатформы размещена между ними.
3. ѕьезоэлектрический вибростенд по п.2, отличающийс† тем, что составные элементы
виброплатформы ст†нуты расположенными равномерно по окружности винтами,
количество которых выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11.
4. ѕьезоэлектрический вибростенд по любому из пп.1-3, отличающийс† тем, что элемент
передачи колебаний выполнен в виде резьбового цилиндра, на который навинчена
виброплатформа.
5. ѕьезоэлектрический вибростенд по любому из пп.1-3, отличающийс† тем, что
средство центрировани† виброплатформы содержит пакет мембран.
6. ѕьезоэлектрический вибростенд по любому из пп.1-3, отличающийс† тем, что
дополнительно введена закрывающа† вибратор крышка, соединенна† с помощью винтов с
корпусом и упругим элементом.
7. ѕьезоэлектрический вибратор резонансного типа, содержащий, по крайней мере, один
пьезоэлемент и элемент передачи колебаний испытуемому прибору, отличающийс† тем,
что в вибратор дополнительно введен упругий элемент, включающий диафрагму, на
которую установлен пьезоэлемент, упругий элемент имеет грибовидную форму,
образованную плоской поверхностью диафрагмы, обращенной к пьезоэлементу кольцевым
выступом, выполненным по краю диафрагмы в качестве элемента креплени† к корпусу
вибростенда, и опорой, представл†ющей собой элемент передачи колебаний,
выполненный в виде стержн† заодно целое с центральной частью диафрагмы, при этом
толщина диафрагмы h выбрана из услови†:
где ? - эмпирический коэффициент, равный 2,4?10 -5 кг -1/3 м 1/3?√ц -2/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
R - радиус диафрагмы, м;
Fвиб - резонансна† частота вибратора, √ц;
ј - заданный относительный диапазон величины механического воздействи†;
? - эмпирический коэффициент, равный 3,4?10 -5 кг -1/3 м 1/3?√ц -2/3.
8. ѕьезоэлектрический вибратор резонансного типа по п.7, отличающийс† тем, что
дополнительно введен соединенный с элементом передачи колебаний демпфер,
содержащий одну пластину или их пакет, установленный с возможностью совершени†
изгибных колебаний, причем резонансна† частота демпфера выбрана из
услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб, где ? - эмпирический коэффициент, равный 0,8.
9. ѕьезоэлектрический вибратор резонансного типа по п.7 или 8, отличающийс† тем,
что вибратор содержит набор равномерно расположенных по окружности пьезоэлементов,
количество которых выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11.
50
—траница: 14
?мы относительно корпуса и
вибратора. ќдним торцом вибратор прижат к корпусу с помощью шпилек, а другим соединен с виброплатформой через узел передачи колебаний. ”величение верхнего
предела виброускорений вибростенда достигаетс† сложением колебаний пьезоэлементов в
пакете и динамическим усилением при совпадении продольной резонансной частоты
вибратора с резонансной частотой выступа виброплатформы, работающей на изгиб. “акой
вибростенд обеспечивает большую по сравнению с аналогом амплитуду виброускорений,
но при этом пригоден дл† работы лишь на одной частоте, что не позвол†ет его
использовать дл† возбуждени† широкополосной вибрации. ѕри этом условие полного
совпадени† резонансных частот ограничивает возможность применени† вибростенда дл†
комплексных испытаний, и в частности, зависимость продольной резонансной частоты
вибратора от уровн† подведенного к пьезоэлементам посто†нного электрического
напр†жени† и от силы поджати† вибратора не допускает приложени† электростатических
полей и линейных ускорений. тому же выполнение вибратора в виде пакета
пьезоэлементов †вл†етс† неустойчивой конструкцией к поперечным механическим
воздействи†м.
«адача, решаема† изобретени†ми, направлена на создание вибростенда,
предназначенного дл† комплексных испытаний различных приборов и датчиков с
одновременным воздействием интенсивной широкополосной вибрации и внешних
физических факторов различной природы, например повышенной или пониженной
температуры, ударных или линейных ускорений, электростатического пол† и др.
“ехническим результатом изобретени† пьезоэлектрического вибростенда †вл†етс†
расширение частотного диапазона в услови†х приложени† внешних квазистатических
механического и электрического полей, а его дополнительными техническими
результатами - повышение устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и
повышение технологичности конструкции.
“ехническим результатом изобретени† пьезоэлектрического вибратора резонансного
типа †вл†етс† повышение стабильности резонансной характеристики в услови†х
приложени† внешних квазистатических механического и электрического полей, а его
дополнительными техническими результатами - расширение полосы пропускани†,
повышение устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и повышение
технологичности конструкции.
“ехнический результат достигаетс† тем, что в известном пьезоэлектрическом
вибростенде, содержащем корпус, пьезоэлектрический вибратор, по крайней мере, с одним
—траница: 5
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пьезоэлементом, виброплатформу дл† установки испытуемого прибора, св†занную с
вибратором через узел передачи колебаний, и средство центрировани† виброплатформы
относительно корпуса и вибратора, новым †вл†етс† то, что в вибратор дополнительно
введен закрепленный в корпусе упругий элемент в виде диафрагмы, на которую
установлен пьезоэлемент, радиус диафрагмы R выбран из услови†
где ? - эмпирический коэффициент, равный 3?10 -2 м?кг -1/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
-2
-1/3
? - эмпирический коэффициент, равный 5?10 м?кг ;
ћ - максимально допустима† масса вибростенда, кг;
при этом элемент передачи колебаний выполнен в виде стержн†, соединенного с
центральной частью диафрагмы, а средство центрировани† виброплатформы выполнено в
виде, по крайней мере, одной прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n пор†дка, где n - простое число в диапазоне от 3 до 11, причем центральна† часть
мембраны соединена с виброплатформой, а периферическа† - с корпусом.
ƒл† повышени† устойчивости к поперечным механическим воздействи†м
виброплатформа содержит кронштейн дл† креплени† испытуемого прибора,
устанавливаемый на вибростолик в виде ступенчатого диска, и втулку с фланцем,
отверстие которой служит дл† креплени† элемента передачи колебаний, причем меньша†
торцова† поверхность вибростолика обращена к фланцу втулки, между которыми
размещена мембрана средства центрировани† виброплатформы, при этом составные
элементы виброплатформы ст†нуты расположенными равномерно по окружности винтами,
количество которых выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11, а средство
центрировани† виброплатформы содержит пакет мембран.
ƒл† повышени† технологичности конструкции элемент передачи колебаний выполнен в
виде резьбового цилиндра, на который навинчена виброплатформа, и дополнительно
введена закрывающа† вибратор крышка, соединенна† с помощью винтов с корпусом и
упругим элементом.
ƒл† повышени† стабильности резонансной характеристики в услови†х приложени†
внешних квазистатических механического и электрического полей в известном
пьезоэлектрическом вибраторе резонансного типа, содержащем, по крайней мере, один
пьезоэлемент и элемент передачи колебаний, соединенный с испытуемым прибором,
новым †вл†етс† то, что в вибратор дополнительно введен упругий элемент, включающий
диафрагму, на которую установлен пьезоэлемент, упругий элемент имеет грибовидную
форму, образованную плоской поверхностью диафрагмы, обращенной к пьезоэлементу
кольцевым выступом, выполненным по краю диафрагмы в качестве элемента креплени† к
корпусу вибростенда, и опорой, представл†ющей собой элемент передачи колебаний,
выполненный в виде стержн† за одно целое с центральной частью диафрагмы, при этом
толщина диафрагмы h выбрана из услови†
где ? - эмпирический коэффициент, равный 2,4?10 -5 кг -1/3м 1/3?√ц -2/3;
m - масса испытуемого прибора, кг;
R - радиус диафрагмы, м;
Fвиб - резонансна† частота вибратора, √ц;
ј - заданный относительный диапазон величины механического воздействи†;
-5
-1/3 1/3
-2/3
? - эмпирический коэффициент, равный 3,4?10 кг м ?√ц .
ƒл† расширени† полосы пропускани† в вибратор дополнительно введен соединенный с
элементом передачи колебаний демпфер, содержащий одну пластину или их пакет,
установленный с возможностью совершени† изгибных колебаний, причем резонансна†
частота демпфера Fдем выбрана из услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб, где ? - эмпирический
коэффициент, равный 0,8.
—траница: 6
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ƒл† повышени† устойчивости к поперечным механическим воздействи†м и повышени†
технологичности конструкции пьезоэлектрический вибратор резонансного типа содержит
набор равномерно расположенных по окружности пьезоэлементов, количество которых
выбрано из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11.
–асширение частотного диапазона в услови†х приложени† внешних квазистатических
механического и электрического полей вибростенда достигаетс† за счет использовани†
изгибных колебаний вибратора (независимо от его типа) и его упругого подвеса на
диафрагме упругого элемента и на мембране средства центрировани† виброплатформы.
ѕри этом изгибные колебани† создаютс† биморфным преобразователем, состо†щим из
пьезоэлемента и диафрагмы упругого элемента, и трансформируютс† центральной частью
диафрагмы и элементом передачи колебаний в осевые колебательные движени†
виброплатформы, что обеспечивает высокий уровень вибраций при относительно малых
габаритах и независимость амплитуды и формы колебаний от воздействующих
механического и электрического факторов. вазистатические воздействи† могут вызвать
изменени† некоторых параметров, не характеризующих работоспособность вибростенда и
не относ†щихс† к его эксплуатационным характеристикам: статического прогиба
биморфного преобразовател†, осадки испытуемого прибора, уровн† посто†нных
механических напр†жений диафрагмы и пьезоэлемента, а также - статического
электрического зар†да на свободном электроде пьезоэлемента. Ёто позвол†ет возбуждать
вибрационные колебани† в широком диапазоне частот при использовании вибратора
широкополосного типа и реализовать широкополосный вибростенд. ѕри этом
ограничени†ми нижней границы рабочего диапазона частот при прочих равных услови†х
(при равных амплитуде возбуждаемых виброускорений, конструктивно-компоновочных
параметрах, воздействующих механических и электрических факторах, а также - уровне
входного электрического сигнала) служат заданный минимальный уровень создаваемых
вибраций, а ограничени†ми верхней границы - возбуждение зонтичных и веерных
колебаний диафрагмы и мембран средства центрировани† виброплатформы,
характеризующихс† существованием одного и более узловых диаметров и искажающих
амплитудно-частотную характеристику вибростенда (ј„’). ¬ этой св†зи следует отметить,
что прототип работает только на одной частоте, совпадающей с резонансной частотой
виброплатформы, а приложение механических или электрических полей вызовет в нем
изменение силы поджати† пакета пьезоэлементов и соответственно изменение его
резонансной частоты и расстройку колебательной системы Ђвибратор - виброплатформа испытуемый приборї. “огда как рабочий диапазон за†вл†емого вибростенда ограничен
только максимальной амплитудой входного электрического сигнала и искажени†ми ј„’,
вызванными нерабочими (паразитными) модами колебаний. роме того, при установке
вибростенда в центрифугу или другое испытательное оборудование, представл†ющую
собой колебательную систему с одной или несколькими степен†ми свободы, возможна
реализаци† полосового режима работы как в случае использовани† вибратора
широкополосного типа, так и при применении резонансного вибратора.
¬ыбор радиуса диафрагмы упругого элемента за†вл†емого вибростенда из услови†
обеспечивает заданный относительный диапазон величины
механического воздействи† и малогабаритность конструкции, при этом нижний предел
определ†етс† оптимальными соотношени†ми размеров диафрагмы и
виброплатформы, способствующими достижению наибольшей прочности при заданной
- максимальными габаритами
механической нагрузке, а верхний предел
50
вибростенда исход† из его максимально допустимой дл† комплексных испытаний массы.
¬еличина эмпирического коэффициента ?, равна† 3?10 -2 м?кг -1/3, обусловлена
следующим. ћасса испытуемого прибора или датчика m пропорциональна его габаритным
—траница: 7
RU 2 334 966 C1
размерам с учетом плотности примен†емых в нем материалов и компоновки его
внутренних элементов. ѕричем наиболее близкой зависимостью между массой
испытуемого прибора m и его размерами l †вл†етс† степенна† пропорциональность с
показателем 1/3:
, где эмпирический коэффициент ? получен из
5
10
15
практического опыта создани† и эксплуатации приборов и датчиков, и в частности,
пьезоакселерометров, характеризующихс† наиболее плотной компоновкой внутренних
элементов и изготовленных из материалов, плотность которых сравнима с плотностью
железа: пьезокерамика, стальные сплавы и бронзы. ѕринима† во внимание, что наиболее
устойчивой к механическим воздействи†м †вл†етс† конструкци† вибростенда, у которой
упругий подвес вибратора в поперечном (радиальном) направлении соизмерим с
виброплатформой, а размеры виброплатформы, в свою очередь, определ†ютс†
поперечными габаритами испытуемого прибора, то граничным условием †вл†етс†
равенство радиуса диафрагмы упругого элемента R и поперечных размеров испытуемого
прибора l, откуда следует, что
. ћенее компактные по сравнению с
пьезоакселерометрами или изготовленные из легких конструкционных материалов (из
алюминиевых или титановых сплавов) приборы и датчики характеризуютс† большими
поперечными размерами l, следовательно,
.
20
25
30
35
40
45
50
— другой стороны, масса m при прочих равных услови†х пр†мо пропорциональна
напр†жени†м изгиба диафрагмы упругого элемента ?~m?h -2, где h - толщина диафрагмы
упругого элемента, и обратно пропорциональна собственной частоте вибратора
[ј.ј.Ѕаженов, ¬.».яровиков. ѕроектирование датчиков детонации
дл† систем управлени† автомобильным двигателем: монографи†. - —аров: –‘я÷-¬Ќ»»Ё‘,
2001, с.237-238]. ”читыва† пр†мую пропорциональность допускаемых механических
напр†жений [?] и обратную пропорциональность механических напр†жений изгиба ?
, после несложных преобразований можно
запасу механической прочности
получить математическую зависимость, св†зывающую собственную частоту
вибратора Fвиб, радиус диафрагмы упругого элемента R и массу испытуемого прибора m с
прочностью самого нагруженного элемента вибростенда - упругого элемента:
ƒанна† св†занность величин показывает, что при равной
собственной частоте вибратора Fвиб механическа† прочность повышаетс† с увеличением
радиуса диафрагмы R.
ѕри проведении комплексных испытаний с однократным механическим нагружением
запас механической прочности N можно прин†ть близким к единице, откуда получить
зависимость относительного диапазона величины механического воздействи†:
, где ?max - максимальные механические напр†жени† диафрагмы
при работе вибростенда без внешнего механического воздействи† (иллюстрацией к
формулировке относительного диапазона ј могут служить комплексные вибрационные
испытани† с одновременным воздействием линейных ускорений, при проведении которых
величина механических напр†жений ?max определ†етс† при возбуждении вибраций с
максимальной амплитудой в услови†х действи† ускорени† земного прит†жени†, а величина
ј показывает отношение максимальных по уровню линейных ускорений, которые
выдерживает вибростенд, к единице g). ѕосле соответствующих преобразований можно
получить математическую зависимость, св†зывающую эмпирический коэффициент ? с
где ?
относительным диапазоном ј и собственной частотой вибратора
- эмпирический коэффициент, равный 1 м?√ц?кг -1/3. »з анализа приведенной зависимости
—траница: 8
RU 2 334 966 C1
следует, что нижний предел радиуса диафрагмы
5
10
предопредел†ет величину относительного диапазона ј, а выбор выше этого предела
способствует достижению наибольшей прочности при заданной механической нагрузке.
¬еличина эмпирического коэффициента ?, равна† 5?10 -2 м?кг -1/3, обусловлена
максимальными габаритами вибростенда L исход† из заданной максимально допустимой
при комплексных испытани†х массы ћ и применени† в качестве материалов корпусных
деталей вибростенда (корпуса, крышки и т.п.) легких конструкционных металлов
(алюминиевых сплавов):
¬ибростенды, изготовленные из более т†желых по
сравнению с алюминиевыми сплавами конструкционных материалов, характеризуютс†
ƒанное соотношение
меньшими поперечными размерами L, следовательно,
15
20
25
30
35
40
45
50
способствует также реализации относительно небольших габаритов вибростенда,
†вл†ющихс† одним из необходимых условий проведени† комплексных испытаний.
¬ыполнение элемента передачи колебаний в виде стержн†, соединенного с центральной
частью диафрагмы, обеспечивает трансформацию изгибных колебаний биморфного
преобразовател† в осевые колебательные движени† виброплатформы.
¬ыполнение средства центрировани† виброплатформы в виде, по крайней мере, одной
прорезной мембраны, имеющей центральную симметрию n - пор†дка, где n - простое число
в диапазоне от 3 до 11, и соединение центральной части мембраны с виброплатформой, а
периферической - с корпусом, позвол†ет повысить верхнюю границу рабочего диапазона
частот за счет снижени† уровн† нерабочих (поперечных и веерных) колебаний
виброплатформы при механическом воздействии, приложенном в поперечном
направлении. ѕрорезна† мембрана средства центрировани† виброплатформы по
сравнению с биморфным преобразователем в осевом направлении обладает существенно
большей податливостью и не мешает совершению рабочих колебаний вибратора. ¬
поперечном же направлении прорезна† мембрана характеризуетс† меньшей
податливостью, что преп†тствует поперечным колебани†м виброплатформы. ¬ыбор числа
прорезей мембраны средства центрировани† виброплатформы равного 3 или 5 или 7 или
11 и их равномерное расположение с поворотом относительно центра обеспечивает
снижение уровн† веерных колебаний, вызывающих искажени† ј„’ вибростенда при
отсутствии в конструкции упругого подвеса вибратора зеркально-осевой симметрии.
¬ыполнение средства центрировани† виброплатформы в виде пакета мембран
позвол†ет дополнительно уменьшить уровень поперечных колебаний виброплатформы при
равной податливости в осевом направлении (при прочих равных услови†х пакет тонких
мембран имеет существенно меньшую жесткость на изгиб по сравнению с одной толстой
мембраной, равной по толщине пакету), что обеспечивает повышение устойчивости
вибростенда к поперечным механическим воздействи†м.
¬ыполнение виброплатформы в виде сборной конструкции, содержащей кронштейн дл†
креплени† испытуемого прибора, а также вибростолик и втулку с фланцем, между
которыми размещена мембрана средства центрировани† виброплатформы, и выполнение
вибростолика в виде ступенчатого диска, меньша† торцова† поверхность которого
обращена к фланцу втулки, способствуют размещению средства центрировани†
виброплатформы в верхней части виброплатформы и соответственно приближению
геометрического центра упругого подвеса к центру масс колебательной системы
Ђиспытуемый прибор - и подвижна† часть вибростендаї, который в силу соотношений масс
и размеров в практическом большинстве случаев расположен выше середины
виброплатформы. Ёто позвол†ет уменьшить уровень поперечных колебаний
виброплатформы. ќдновременно сборка виброплатформы с помощью 3 или 5 или 7 или 11
винтов, равномерно расположенных по окружности, способствует снижению уровн†
веерных колебаний виброплатформы при отсутствии зеркально-осевой симметрии
—траница: 9
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
элементов ст†жки.
¬ыполнение элемента передачи колебаний в виде резьбового цилиндра, на который
навинчена виброплатформа, позвол†ет повысить технологичность конструкции
вибростенда за счет применени† технологичных приемов сборки и изготовлени† деталей,
характеризующихс† простотой геометрической формы и унификацией. —оединение с
помощью винтов закрывающей вибратор крышки с корпусом и упругим элементом
позвол†ет одними винтами одновременно скрепл†ть разные по своему функциональному
назначению детали и тем самым уменьшить число монтажных элементов.
ѕовышение стабильности резонансной характеристики пьезоэлектрического вибратора
резонансного типа в услови†х приложени† внешних квазистатических механического и
электрического полей достигаетс† дополнительно введенным в конструкцию упругим
элементом, предопредел†ющим режим работы биморфного преобразовател† на изгиб и
независимость формы и уровн† его колебаний от внешнего механического и
электрического воздействи†, а также выбором толщины диафрагмы, способствующим при
прочих равных услови†х обеспечению механической прочности вибратора. ¬веденный
упругий элемент имеет грибовидную форму и выполнен за одно целое из составл†ющих
его элементов: диафрагмы, кольцевого выступа по краю диафрагмы и центральной опоры
в виде стержн†. ƒиафрагма упругого элемента и пьезоэлемент в виде диска,
установленный на плоскую поверхность диафрагмы, образуют биморфный
преобразователь электрической энергии в изгибные колебани†. “ака† конструкци†
биморфного преобразовател† обеспечивает выраженный резонанс с характерной дл†
слабодемпфированных колебательных систем с одной степенью свободы формой ј„’ с
динамическим подъемом на резонансной частоте не менее 30 дЅ, что позвол†ет получить
высокий уровень виброускорений в пределах полосы пропускани† и стабильность
резонансных свойств. ѕрактические попытки видоизменени† конструкции упругого
элемента (выполнение из отдельных элементов, без кольцевого выступа или центральной
опоры, соединение отдельных элементов между сваркой, склеиванием и др.) приводили к
по†влению дополнительных резонансов в пределах полосы пропускани†, искажению
формы ј„’, разбросу характеристик от партии к партии и от образца к образцу.
ќсобенностью за†вл†емого вибратора резонансного типа †вл†етс† стабильность
резонансной характеристики, обеспеченна† высокими упругими свойствами диафрагмы за
счет монолитности (цельнометаллической конструкции) упругого элемента и минимума
элементов и сопр†жении на пути передачи колебаний от биморфного преобразовател† к
испытуемому прибору.
¬оздействие внешних факторов механической и электрической природы увеличивает
прогиб биморфного преобразовател†, повышает уровень статических механических
напр†жений диафрагмы и пьезоэлемента и наводит электростатический потенциал на
свободном электроде пьезоэлемента. ≈сли прогиб преобразовател† и электростатический
потенциал в принципе не вли†ют на эксплуатационные характеристики, то увеличение
механических напр†жений биморфного преобразовател† в определенной степени снижает
механическую прочность вибратора. Ёто обсто†тельство учтено в выборе толщины
что
диафрагмы h из услови†
позвол†ет при заданном относительном диапазоне величины механического воздействи† ј
и известных массе испытуемого прибора m и радиусе диафрагмы R обеспечить
необходимую прочность резонансного вибратора. ƒанное условие получено путем
преобразовани† вышеприведенных зависимостей собственной частоты вибратора Fвиб и
относительного диапазона ј. ѕри этом эмпирический коэффициент ?, равный 2,4?10 -5 кг -1/3м
1/3
-2/3
?√ц , свойствен дл† вибраторов с упругим элементом из конструкционного материала с
высокими упругими свойствами (из стального пружинного сплава с модулем упругости не
менее 2?10 11 Ќ/м 2), предназначенных дл† проведени† комплексных испытаний с
однократным механическим воздействием, когда коэффициент запаса механической
прочности можно прин†ть N?1, а эмпирический коэффициент ?, равный
—траница: 10
RU 2 334 966 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
3,4?10 -5 кг -1/3м 1/3?√ц -2/3, характерен дл† вибраторов, примен†емых дл† комплексных
испытаний с многократным механическим нагружением, дл† которых запас механической
прочности выбираетс† N>>1, или дл† вибраторов с упругим элементом из
конструкционного материала с меньшим модулем упругости (из бронзы, сплава на основе
меди и др.).
¬ведение соединенного с элементом передачи колебаний демпфера, содержащего одну
пластину или их пакет с возможностью совершени† изгибных колебаний с резонансной
частотой Fдем, выбранной из услови† ??Fвиб?Fдем?Fвиб, обеспечивает расширение полосы
пропускани†. Ёто позвол†ет уменьшить вли†ние изменений контактной жесткости
соединени† Ђкорпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудовани†ї на
эксплуатационные характеристики: на резонансную частоту колебательной системы
Ђвибратор - корпус вибростенда - кронштейн - корпус испытательного оборудовани†ї, и
на амплитуду создаваемой вибрации. — расширением полосы пропускани† вибратора
незначительные изменени† резонансной частоты, св†занные с механическим
воздействием при комплексных испытани†х, станов†тс† несущественными дл†
эксплуатационных характеристик. ѕри этом условие ??Fвиб?Fдем?Fвиб обеспечивает
частичное усиление коэффициента преобразовани† на начальном участке возрастающей
ветви резонансной характеристики путем сложени† в фазе колебаний вибратора и
демпфера, и частичное подавление колебаний на резонансе при их суперпозиции в
противофазе. ƒополнительным механизмом расширени† полосы пропускани† и частичного
гашени† колебаний †вл†етс† динамическое гашение колебаний.
Ќижний предел резонансной частоты демпфера Fдем (??Fвиб) обусловлен св†занностью
колебаний демпфера и вибратора, образующейс† при частичном или полном перекрытии
их резонансов. ѕри этом ј„’ принимает форму, подобную трапеции, с относительно
небольшой неравномерностью в пределах полосы пропускани†. ѕри большем, чем на
(1-?)?Fвиб разнесении частот, колебани† демпфера и вибратора станов†тс† несв†занными
(их резонансы перекрываютс† незначительно) и ј„’ становитс† двугорбой с недопустимой
изрезанностью (глубоким провалом между резонансами). ¬ерхний предел резонансной
частоты демпфера Fдем (Fвиб) обусловлен положением резонанса на восход†щей ветви
резонансной характеристики вибратора, обеспечивающим механизм динамического
гашени† колебаний.
¬ыполнение вибратора с набором равномерно расположенных по окружности
пьезоэлементов обеспечивает повышение технологичности конструкции в результате
применени† меньших по поперечным размерам, но более технологичных и менее хрупких
пьезоэлементов, а выбор их количества из р†да простых чисел в диапазоне от 3 до 11
способствует повышению устойчивости к поперечным механическим воздействи†м за счет
снижени† уровн† веерных колебаний биморфного преобразовател† при отсутствии его
зеркально-осевой симметрии.
—уть за†вл†емых пьезоэлектрического вибростенда и вибратора резонансного типа дл†
данного вибростенда будет †сна из прилагаемого чертежа, где представлена конструкци†
пьезоэлектрического вибростенда, в котором используетс† вибратор резонансного типа.
Ќа чертеже изображено: 1 - корпус; 2 - пьезоэлемент; 3 - диафрагма упругого
элемента; 4 - стержень упругого элемента; 5 - выступ упругого элемента; 6 испытуемый прибор; 7 - кронштейн дл† установки испытуемого прибора; 8 - вибростолик;
9 - втулка; 10 - демпфер; 11 - средство центрировани† виброплатформы; 12 - винт
кронштейна; 13 - крышка вибратора; 14 - винт вибратора; 15 - крышка вибростенда; 16 винт крышки вибростенда; “ - крепежный винт испытуемого прибора; Y - винт
вибростолика; Fмех - сила механического воздействи† при комплексных испытани†х; Eэл напр†женность электрического пол†, приложенного при комплексных испытани†х; ~ U входной электрический сигнал.
ѕьезоэлектрический вибростенд содержит в корпусе 1 вибратор резонансного типа,
включающий, по крайней мере, один пьезоэлемент 2 в виде диска и упругий элемент,
состо†щий из диафрагмы 3 в виде круглой пластины, центрального стержн† 4,
—траница: 11
RU 2 334 966 C1
5
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
269 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа