Способ изменения динамическойжесткости и затухания

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i! 1 512461 союз ьоветскнх

Сониалистическнх

Республик (61) Дополнительное к авт. сг,:|д г;у (22) 3аяплсно 22.0! .74 (21) 1998556 18-10 (51) М. Кл. - С 050 19!02 с и р и ос ! I i!E l l I! ñ м ." а я в к и №

Государственный номнтет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) г1рпоо!1i.ст

Оniблнковано 30.0-1.76. Бюлетспь № 16 (53) УДК 534.17(088.8) Дата опубликозания описания 23.08.76 (72) Автор изобретения

В. Е. Шапиро (71) Заявитель

Институт физики им. Л. В. Киренского (54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

)КЕСТКОСТИ И ЗАТУХАНИЯ

Изобретение предназначено для управления свойствами механических систем п может быть использовано для увеличения или уменьшения добротности, жесткости и собственной частоты механических колебаний, например, колебаний оболочек, колебаний тел в подвссах и опора". Способ может найти применение в устройствах арретирования и амортизации, для подавления виброшумов, при решении проблем левитации, например, в технике электромагнитного ориентирования тел, в экспериментальной физике.

Известен способ управления свойствами колебатсл ьных механических систем, основанный на действии электромагнитных сил в высокочастотной резонансной электромагнитной системе, работающей в режиме выпужденых колебаний вблизи резонанса.

Этот способ дает при отсутствии механического контакта возможность глубоких изменений параметров, значительный частотный интервал регулирования, амплитудную избирательность.

Однако имеются границы его применения, связанные с ограничениями на рабочую полосу частот регулирования и на возможности независимого изменения жесткости и затухания механических движений.

Цель изобретения — расширение возможностсй рсгулировани я свойств механических движений.

Это достигается тем, что колеб>пощееся тело (илн жестко связанный с ним элемент) помещают в зону поля многосвязной электромагнитной системы с близкими собственными частотами, где локализуется энергия связи между колебаниями, и создают в электромагнитной системе режим вьшу>кдснных колсба10 ннй на частоте, находящейся вблизи полосы спектра собственных частот.

На фиг. 1 показана электромагнитная система в двумя близкими резонансами; на фпг. 2 — ее эквивалентная электрическая схе15 ма; на фиг. 3 — частотныс характеристики коэффициентов жесткости и затухания, вносимых в механическую систему при разных настройка. .

Регулируемый объект (тело) 1, колеблюще20 еся в направлении Х, помещено в полость 2 электромагнитного резонатора, питаемого от генератора 3 частоты о.

На фиг. 2 генератору 3 соответствует источ25 ник э. д. с. Е, L — эквивалентные индуктивности, r — сопротивления С0, Ci, C> — емкости.

Конфигурация симметрична и выбрана так, что С,)) Ci, C . Управление механическими сгойствами достигается изменением электри30 чески. . параметров (ю, E, I; Co, Ci Се) 512461

Способ может быть реализован и на сосредоточенных электрических контурах.

Если тело совершает механические колебания (t) у„а " частоты 1?<<о> и амплитуды Х «а, где и — зазор (фиг. 1) образующий емкости Ci и Со, то в результате модуляции Ci (t) и С> (1) меняется режим вынужденных электромагнитных колебаний частоты о>, неодинаково меняются электрические напряжения в зазорах и возникает электрическая сила F (t) = F>et- действующая на тело в направлении Х. В условиях, когда частота о> расположена вблизи собственных частот о>ь о>, где

С+ Со

LCC

2 1 .. С> + С, о>2--LC 2 амплитуда F«, равна

FQ — — — (К4> + j pro. ) Х41, где

Y+ к-,=ê, 2+ У, (> 1

r > — — * r ,> 1+ т

Y—

+ У2

1+ У2

PQ2 r u)qL 4= Q=

2мР 2L

Кд

На фиг. 3 изображены зависимости

К

r„ (кривые б) и (кривые а) как функции

2 при различных настройках У= 1 (о>) = Q

2„, < — — — : кривые а,б — при 1 =0,5, а, б — о>2 при 1 =1, а", б" — при У=4.

В случае изменения знака настройки У величины К4> и r ìåíÿþò знак. Если взять

P=100 вт, =108 гц, Q=104, d=5 мм, то здесь Р— поступающая от генератора мощность, она зависит от настройки о> — о>1, Q— добротность резонанса частоты о>о. Согласно выражению (1) /4 есть вносимый в механическую систему коэффициент жесткости для колебаний на частоте О, r„— вносимый коэффициент затухания.

Результирующие жесткость и затухание механических колебаний тела 1 составляют

Ко +Ко и rо,„+r„, где Ко и Ko — параметры механической системы при P=O, обусловленные силами упругости и механического трения.

=0,5 104 гц, К„, =03.10 —, что соответ2 " 41 ствует значительной глубине регулирования.

Дл» воможности использования электро5 магнитных систем с Л1 близкими резонансами дл» синтеза механических систем с заданными свойствами приведем результаты расчета дл» общего случая. Пусть при равновесной

10 механической конфигурации Х=О L>„C>, /г= 1, 2,..., Л вЂ” эквивалентные индуктивности, емкости и сопротивления электромагнитной системы, приведенной к нормальным обобщенным координатам U (t) = (U> (t), U> (t),..., Uv (t)). Будем нормировать U (t) так, чтобы U> o>„r представляла величину поглощаемой мощности резонанса К (черта означает среднее по периоду колебаний).

Обозначим через Uo (1) = (Uо1 (1),4.1„(),..., (4;- (1) ) режим вынужденных колебаний частоты о> при Х=О. В случае изменения Х ьозникает индуктивная и емкостная связь между колебаниями 1 .и =L;>, (Х) и Си=

Сп () .

Изменение L;>„C;i, приводят к изменению электрического режима Uo (1) и появлению при малых колебаниях Х сил, пропорциональных Х. Эквивалентные изменения коэффициентов жесткости и затухания механических колебаний Х (t) частоты й«о> равны

N 1

К О аиаи X

+oiL vl

i, u,i=1

У+К Y — I(1+Y-+К 1+Y2 2— K

N г = а1 а 1 X > о> Uol

Е, 1>, 1=.1

З5

1+Уз, К 1+Уз — K где дL;>, 1 д 1

И: йс: дХ оз дХ С;, и>,А1, (о> О

rIg \, u)>, 50

2 1

4»u:

z>ic

Если частота внешнего возбуждения о> лежит выше полосы частот о>, то всегда г,„)0.

В противоположном случае, когда для всех

К о>(о>>„имеем r„(0. Учитывая это свойство, можно, например, создать широкополосное устройство по изменению затухания. Для

60 этого надо сконструировать электромагнитную систему с набором резонансов о>>„плотно

v»1 1 — о> = —, заполняющих широкий ин >/ тервал частот e„+n, около средней частоты

65 о>,, выбрать геометрию системы таким обра512461 зом, чтобы при изменениях конфигурации возникла емкостпая (или только индуктивная) связь между резонансами; возбудить систему на частоте, слегка превышающей частоту а+и (если надо получить эффект ослабления механического затухания) или на частоте а .. ь,— и — если надо колебания демпфировать.

В случае, ког.ta все резонансы ос, примерно идентичны и равномерно и плотно распределены в полосе частот о1-п и при Х=О источник частоты ю возбуждает только один резонанс, то из формул (2) и (3) следует, что частотные характеристики К и r> похожи на те, которые указаны для случая У=2. При 15 этом роль 2 играет величина и, роль о — средняя частота о„в то же время добротность Q, которая в основном определяет глубину регулирования, имеет прежнее значение 20

q " uL u

r„

Выражения (2) и (3) отражают большое многообразие возможностей регулирования.

На их основе можно выбрать и рассчитать систему с заданными параметрами регулирования.

Формула изобретения

Способ изменения дшгампческой жесткости и затухания путем помещения колеблющегося тела в поле высокочастотной системы, работающей в режиме вынужденных колебаний, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей регулирования свойств механических движений, колеблющееся тело помещают в поле многосвязной электром агнитной системы с близкими собственными частотами и возбуждают ее на частоте, находящейся вблизи полосы спектра этих частот.

7,0

0,5

D,5

-1,0

Фиг..7

Составитель Н. Фомичев

Техред А. Камышникова

Корректор Л. Котова

Редактор T. Рыбалова

Типография, вр. Сапунова, 2

Заказ 1645/1 Изд. Ко !500 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4,5