RU2556278C1

RU2556278C1 - Method for simulation of harmonic and accidental effects

Info

Publication number: RU2556278C1
Application number: RU2013154345/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-07-10
Also published as: RU2013154345A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to vibration equipment. Method suggests the vibrator use, in it the piezoelement is made as package of the piezoceramic rings, at that inside the rings a cylindrical mandrel is installed. Axis of symmetry of the mandrel is located perpendicularly to the base, and disk is located in it top part such that it is contact with the top piezoceramic ring of the package of the piezoceramic rings of the piezoelement, and on the top surface of the disk the measuring piezoelements are installed, they are in contact with two-step cylindrical disk, tip is connected in its top part. The disk OD is made equal to OD of the package of the piezoceramic rings, and base is rectangular plate with four slots to secure to the studied object. At that the bottom plane of the cylindrical mandrel is located with gap in relation to the top plane of the base, and current conducting casing is made in form of the cylindrical shell. In top deformed part of the base the strain sensors are glued, and in the cylindrical mandrel the cavity is made and filled by the elements creating additional stochastic motion.

EFFECT: extension of frequency range of the vibration accelerations.

2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных объектов, включая комплексные испытания.The invention relates to testing equipment and can be used for vibration testing of various objects, including complex tests.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является способ вибрационного воздействия на исследуемые объекты, изложенный в патенте РФ №2489698, в котором пьезоэлемент и систему подвода электрического напряжения к пьезоэлементу выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, а на верхней поверхности диска устанавливают измерительные пьезоэлементы.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a method of vibrational impact on the studied objects, described in RF patent No. 2489698, in which the piezoelectric element and the system for supplying electric voltage to the piezoelectric element are made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, and on the upper surface disk set measuring piezoelectric elements.

Недостаток известного технического решения заключается в сравнительно узком частотном диапазоне виброускорений при динамическом нагружении и при контактном вибровозбуждении объектов.A disadvantage of the known technical solution lies in the relatively narrow frequency range of vibration acceleration under dynamic loading and contact vibration excitation of objects.

Технически достижимый результат - расширение частотного диапазона виброускорений.A technically achievable result is the expansion of the frequency range of vibration acceleration.

Это достигается тем, что в способе имитации гармонического и случайного воздействий, заключающегося в том, что в вибраторе пьезоэлемент выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, при этом внутри пьезокерамических колец располагают цилиндрическую оправку, имеющую во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки располагают перпендикулярно основанию, а диск, жестко соединенный с цилиндрической оправкой, располагают в ее верхней части так, что он контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пакета пьезокерамических колец пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска устанавливают измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого посредством крепежного элемента присоединяют наконечник, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец на исследуемый объект, при этом внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с по крайней мере, четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подают электрическое напряжение на пьезоэлемент, а нижнее пьезокерамическое кольцо опирают на верхнюю плоскость основания, при этом нижнюю плоскость цилиндрической оправки располагают с зазором по отношению к верхней плоскости основания, а токонепроводящий корпус выполняют в виде цилиндрической обечайки, которая охватывает пьезоэлемент, а в верхней деформируемой части основания на плоскости, обращенной к полости, наклеивают тензодатчики, контролирующие величину статического усилия, в вертикальной части цилиндрической оправки, контактирующей с пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента, выполняют внутреннюю цилиндрическую полость и заполняют ее элементами, создающими дополнительное стохастическое движение.This is achieved by the fact that in the method of simulating harmonic and random influences, namely, in the vibrator, the piezoelectric element is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, while inside the piezoceramic rings there is a cylindrical mandrel having a T-shaped profile in the frontal section, the axis of symmetry of the mandrel is perpendicular to the base, and the disk, rigidly connected to the cylindrical mandrel, is located in its upper part so that it contacts its lower surface a view with the upper piezoceramic ring of the package of piezoelectric rings of the piezoelectric element, and measuring piezoelectric elements in contact with a two-stage cylindrical disk are installed on the upper surface of the disk; a tip transmitting a change in the linear size of the package of piezoceramic rings to the test object is attached to the upper part of the disk; the disk is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings, and the base is a rectangular with at least four slots for attaching to the test object, to the upper plane of which a connector is attached, through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, and the lower piezoceramic ring is supported on the upper plane of the base, while the lower plane of the cylindrical mandrel is positioned with a gap with respect to to the upper plane of the base, and the non-conductive housing is made in the form of a cylindrical shell, which covers the piezoelectric element, and in the upper deformable part of the base on the plane, When attached to the cavity, the load cells that control the value of the static force are glued in the vertical part of the cylindrical mandrel in contact with the piezoceramic rings of the piezoelectric element, the inner cylindrical cavity is filled and filled with elements that create additional stochastic movement.

На фиг.1 показан общий вид устройства для реализации способа имитации гармонического и случайного воздействий на узлы станков, в частности фронтальный разрез, а на фиг.2 - сечение, перпендикулярное оси симметрии вибратора.Figure 1 shows a General view of a device for implementing a method of simulating harmonic and random effects on machine nodes, in particular a frontal section, and figure 2 is a cross section perpendicular to the axis of symmetry of the vibrator.

Устройство для реализации способа имитации гармонического и случайного воздействий (фиг.1 и 2) содержит пьезоэлемент, выполненный в виде пакета пьезокерамических колец 3, опирающихся на основание 1,и к внутренней поверхности которых оппозитно друг другу прикреплены шпоночные элементы 14, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке 4, имеющей во фронтальном сечении Т-образный профиль. Ось симметрии оправки 4 перпендикулярна основанию 1, при этом диск 10, жестко соединенный с оправкой 4 и расположенный в верхней части оправки 4 перпендикулярно ее оси, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом 3 пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска 10 установлены измерительные пьезоэлементы 6, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском 11, к верхней части которого посредством крепежного элемента 13 присоединен наконечник 5, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец 3 на деталь станка. При этом внешний диаметр диска 10 равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец 3. В вертикальной части цилиндрической оправки 4, контактирующей с пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента 3, выполнена внутренняя цилиндрическая полость 20, заполненная элементами 21, например, выполненными в виде стальных шариков, создающими дополнительное стохастическое движение, сочетаемое с гармоническим или случайным воздействием, генерируемым пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента 3, что позволяет получать общий сигнал, содержащий в себе как гармонические составляющие, так и случайные с наложением стохастических составляющих. В нижней части цилиндрической оправки 4 закреплена при помощи крепежных элементов 23 крышка 22.A device for implementing a method of simulating harmonic and random influences (Figs. 1 and 2) contains a piezoelectric element made in the form of a package of piezoceramic rings 3, supported on a base 1, and to the inner surface of which are opposite each other key elements 14 included in the corresponding grooves in a cylindrical mandrel 4 having in the frontal section a T-shaped profile. The axis of symmetry of the mandrel 4 is perpendicular to the base 1, while the disk 10, rigidly connected to the mandrel 4 and located in the upper part of the mandrel 4 perpendicular to its axis, is in contact with its lower surface with the upper piezoceramic ring 3 of the piezoelectric element, and measuring piezoelectric elements 6 are mounted on the upper surface of the disk 10 in contact with a two-stage cylindrical disk 11, to the upper part of which, by means of a fastening element 13, a tip 5 is connected, transmitting a change in the linear size of the package in piezoceramic x 3 rings per machine part. The outer diameter of the disk 10 is equal to the outer diameter of the package of piezoelectric rings 3. In the vertical part of the cylindrical mandrel 4 in contact with the piezoceramic rings of the piezoelectric element 3, an inner cylindrical cavity 20 is filled with elements 21, for example, made in the form of steel balls, creating additional stochastic movement combined with the harmonic or random action generated by the piezoceramic rings of the piezoelectric element 3, which allows to obtain a common signal containing e both harmonic components and random ones with superposition of stochastic components. In the lower part of the cylindrical mandrel 4 is fixed by means of fasteners 23 cover 22.

Основание 1 представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами 18 для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем 7, через который подается электрическое напряжение на пьезоэлемент, нижнее пьезокерамическое кольцо 3 которого опирается на верхнюю плоскость основания 1, а нижняя плоскость оправки 4 расположена с зазором по отношению к верхней плоскости основания 1.The base 1 is a rectangular-shaped plate with at least four grooves 18 for attachment to the test object, to the upper plane of which a connector 7 is attached, through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, the lower piezoceramic ring 3 of which rests on the upper plane of the base 1, and the lower plane of the mandrel 4 is located with a gap with respect to the upper plane of the base 1.

Токонепроводящий корпус 2, выполненный в виде цилиндрической обечайки, охватывающей пьезоэлемент, защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлемент, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо 19, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания 1 соосно оправке 4, а верхний ее торец закрыт крышкой 12 с центральным отверстием под наконечник 5.The non-conductive housing 2, made in the form of a cylindrical shell covering the piezoelectric element, protects the researcher from high voltage supplied to the piezoelectric element, while the lower end of the shell rests on the ring 19, rigidly attached to the upper plane of the base 1 coaxially with the mandrel 4, and its upper end is closed by a lid 12 with a central hole for the tip 5.

В нижней части основания выполнена полость 17, ось которой соосна оправке 4 и отверстию 9, выполненным в верхней деформируемой части 16 основания, на плоскости которой, обращенной к полости 17, наклеены тензодатчики 8, контролирующие величину статического усилия. Наклонные отверстия 15, выполненные в основании 1, служат для прокладки проводов к тензодатчикам 8 от разъема 7.In the lower part of the base there is a cavity 17, the axis of which is coaxial with the mandrel 4 and the hole 9, made in the upper deformable part 16 of the base, on the plane of which facing the cavity 17, load cells 8 are glued, which control the magnitude of the static force. Inclined holes 15, made in the base 1, are used for laying wires to the load cells 8 from the connector 7.

При установке вибратора между его наконечником и нагружаемом телом устанавливается зазор на величину, меньшую амплитуды колебаний наконечника вибратора, в результате чего при работе вибратора возникают периодические удары. Верхний частотный диапазон спектра создаваемых импульсов определяется длительностью импульсов (fв=1,5/t; где fв - верхняя частота спектра импульсов Гц, a t - длительность импульса в сек). Длительность импульса, создаваемая вибратором, зависит от его амплитуды, частоты и зазора, который регулируется в процессе установки вибратора на объект. Не обязательно иметь натуральный реальный зазор, достаточно, чтобы натяг в стыке вибратора был меньше амплитуды колебаний наконечника вибратора, чтобы во время отхода образовывался зазор, способствующий виброударному режиму работы вибратора.When installing the vibrator between its tip and the loaded body, a gap is established by an amount less than the amplitude of the vibrations of the vibrator tip, as a result of which periodic vibrations occur during operation of the vibrator. The upper frequency range of the spectrum of the generated pulses is determined by the duration of the pulses (fv = 1.5 / t; where fv is the upper frequency of the spectrum of pulses Hz, and t is the pulse duration in seconds). The duration of the pulse created by the vibrator depends on its amplitude, frequency and clearance, which is adjusted during the installation of the vibrator on the object. It is not necessary to have a natural real gap, it is enough that the interference in the junction of the vibrator is less than the amplitude of vibrations of the vibrator tip, so that a gap is formed during the departure, which contributes to the vibro-shock mode of operation of the vibrator.

Устройство для реализации способа имитации гармонического и случайного воздействий работает следующим образом.A device for implementing the method of simulating harmonic and random influences works as follows.

Переменное усилие создается пьезокерамическими кольцами 3, на которые подается электрическое напряжение через разъем 7. Из-за этого напряжения изменяется толщина пьезоэлемента. Изменение линейного размера столбика пьезоэлементов через оправку 4, измерительные пьезоэлементы 6. наконечник 5 передается на деталь станка, на которое требуется подать силовое воздействие. Величина статического усилия контролируется с помощью тензодатчиков 8, наклеенных на деформирующуюся часть основания 1. Токонепроводящий корпус 2 защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлементы.An alternating force is created by piezoceramic rings 3, to which an electric voltage is supplied through connector 7. Because of this voltage, the thickness of the piezoelectric element changes. Changing the linear size of the column of piezoelectric elements through the mandrel 4, the measuring piezoelectric elements 6. tip 5 is transmitted to the part of the machine, which you want to apply force. The magnitude of the static force is controlled using strain gauges 8 glued to the deformable part of the base 1. The non-conductive housing 2 protects the researcher from high voltage applied to the piezoelectric elements.

Внутренняя цилиндрическая полость 20, заполненная элементами 21, создающими дополнительное стохастическое движение, сочетаемое с гармоническим или случайным воздействием, генерируемым пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента 3, позволяет получать общий сигнал, содержащий в себе как гармонические составляющие, так и случайные с наложением стохастических составляющих. Меняя размеры полости 20 и дисперсность элементов 21, добиваются требуемой характеристики входного воздействия.The inner cylindrical cavity 20, filled with elements 21, creating additional stochastic movement, combined with harmonic or random action generated by the piezoceramic rings of the piezoelectric element 3, allows to obtain a common signal containing both harmonic components and random ones with superposition of stochastic components. By changing the dimensions of the cavity 20 and the dispersion of the elements 21, they achieve the required characteristics of the input effect.

Способ имитации гармонического и случайного воздействий осуществляют следующим образом.A method of simulating harmonic and random influences is as follows.

В вибраторе пьезоэлемент 3 выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание 1, при этом внутри пьезокерамических колец располагают цилиндрическую оправку, имеющую во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки располагают перпендикулярно основанию 1, а диск 10, жестко соединенный с цилиндрической оправкой, располагают в ее верхней части так, что он контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пакета пьезокерамических колец пьезоэлемента 3, а на верхней поверхности диска 10 устанавливают измерительные пьезоэлементы 6, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском 11, к верхней части которого посредством крепежного элемента 13 присоединяют наконечник 5, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец 3 на исследуемый объект (на чертеже не показан), при этом внешний диаметр диска 10 равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец 3, а основание 1 представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подают электрическое напряжение на пьезоэлемент 3, а нижнее пьезокерамическое кольцо опирают на верхнюю плоскость 16 основания, при этом нижнюю плоскость цилиндрической оправки располагают с зазором 17 по отношению к верхней плоскости основания, а токонепроводящий корпус 2 выполняют в виде цилиндрической обечайки, которая охватывает пьезоэлемент 3, а в верхней деформируемой части основания на плоскости, обращенной к полости, наклеивают тензодатчики 8, контролирующие величину статического усилия. В вертикальной части цилиндрической оправки, контактирующей с пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента 3, выполняют внутреннюю цилиндрическую полость 20 и заполняют ее элементами 21. создающими дополнительное стохастическое движение.In the vibrator, the piezoelectric element 3 is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base 1, while inside the piezoceramic rings there is a cylindrical mandrel having a T-shaped profile in the frontal section, while the axis of symmetry of the mandrel is perpendicular to the base 1, and the disk 10 is rigidly connected with a cylindrical mandrel, is located in its upper part so that it contacts its lower surface with the upper piezoceramic ring of the piezoceramic ring pack of the piezoelectric element 3, and on the upper surface The surface of the disk 10 is installed measuring piezoelectric elements 6 in contact with a two-stage cylindrical disk 11, to the upper part of which by means of the fastening element 13 is attached a tip 5, which transfers the change in the linear size of the package of piezoceramic rings 3 to the object under study (not shown), while the outer diameter of the disk 10 is equal to the outer diameter of the package of piezoceramic rings 3, and the base 1 is a rectangular-shaped plate with at least four grooves for attachment to the test an object, to the upper plane of which a connector is attached, through which electric voltage is supplied to the piezoelectric element 3, and the lower piezoceramic ring is supported on the upper plane 16 of the base, while the lower plane of the cylindrical mandrel is positioned with a gap 17 relative to the upper plane of the base, and a non-conductive housing 2 performed in the form of a cylindrical shell, which covers the piezoelectric element 3, and in the upper deformable part of the base on the plane facing the cavity, stick load cells 8, which control the face of static effort. In the vertical part of the cylindrical mandrel in contact with the piezoceramic rings of the piezoelectric element 3, an internal cylindrical cavity 20 is made and filled with its elements 21. creating an additional stochastic movement.

Claims

Способ имитации гармонического и случайного воздействий, заключающийся в том, что в вибраторе пьезоэлемент выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, опирающихся на основание, при этом внутри пьезокерамических колец располагают цилиндрическую оправку, имеющую во фронтальном сечении Т-образный профиль, при этом ось симметрии оправки располагают перпендикулярно основанию, а диск, жестко соединенный с цилиндрической оправкой, располагают в ее верхней части так, что он контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пакета пьезокерамических колец пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска устанавливают измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого посредством крепежного элемента присоединяют наконечник, передающий изменение линейного размера пакета пьезокерамических колец на исследуемый объект, при этом внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с, по крайней мере, четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту, к верхней плоскости которой прикреплен разъем, через который подают электрическое напряжение на пьезоэлемент, а нижнее пьезокерамическое кольцо опирают на верхнюю плоскость основания, при этом нижнюю плоскость цилиндрической оправки располагают с зазором по отношению к верхней плоскости основания, а токонепроводящий корпус выполняют в виде цилиндрической обечайки, которая охватывает пьезоэлемент, а в верхней деформируемой части основания на плоскости, обращенной к полости, наклеивают тензодатчики, контролирующие величину статического усилия, отличающийся тем, что в вертикальной части цилиндрической оправки, контактирующей с пьезокерамическими кольцами пьезоэлемента, выполняют внутреннюю цилиндрическую полость и заполняют ее элементами, создающими дополнительное стохастическое движение. A method of simulating harmonic and random influences, namely, that the piezoelectric element in the vibrator is made in the form of a package of piezoceramic rings resting on the base, while inside the piezoceramic rings there is a cylindrical mandrel having a T-shaped profile in the frontal section, while the axis of symmetry of the mandrel is positioned perpendicular to the base, and the disk, rigidly connected to the cylindrical mandrel, is placed in its upper part so that it contacts its lower surface with the upper piezoceramic a ring of a package of piezoelectric ceramic rings of a piezoelectric element, and measuring piezoelectric elements in contact with a two-stage cylindrical disk are mounted on the upper surface of the disk; a tip transmitting a change in the linear size of the package of piezoceramic rings to the test object is attached to the upper part of the disk, the external diameter of the disk being equal to the external the diameter of the package of piezoceramic rings, and the base is a rectangular-shaped plate with at least by two grooves for fastening to the object under study, to the upper plane of which a connector is attached, through which electrical voltage is supplied to the piezoelectric element, and the lower piezoceramic ring is supported on the upper plane of the base, while the lower plane of the cylindrical mandrel is positioned with a gap with respect to the upper plane of the base, and the non-conductive housing is made in the form of a cylindrical shell that covers the piezoelectric element, and in the upper deformable part of the base on the plane facing the cavity, gluing t load cells, which control the magnitude of the static forces, characterized in that the vertical portion of the cylindrical mandrel in contact with the piezoceramic rings piezoelement operate inner cylindrical cavity and fill it with elements which create additional stochastic motion.