Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Электродинамические вибростенды (шейкеры) -- основной инструмент для проведения вибрационных и ударных испытаний в аэрокосмической, автомобильной, оборонной и электронной отраслях. Их конструкция базируется на принципе электродинамического преобразования: переменный ток, проходящий через подвижную катушку (voice coil), расположенную в радиальном магнитном поле, создаёт осевую силу, приводящую в движение якорь с рабочим столом. Точность, повторяемость и ресурс вибростенда в значительной мере определяются системой подшипников и направляющих якоря.
Подшипники подвижной катушки (линейные подшипники скольжения -- пневмостатические или гидростатические), направляющие горизонтального стола (гидростатические подшипники, V-образные направляющие с масляной плёнкой, роликовые линейные направляющие), а также радиальные подшипники вспомогательных механизмов -- все эти элементы критически влияют на поперечную жёсткость, допустимый опрокидывающий момент, частотный диапазон и срок службы вибрационной системы.
В данной статье подробно рассмотрены подшипниковые системы вибростендов HBK (Bruel & Kjaer / LDS) серий V780, V8600, V8900 и V984, вибростендов IMV серий i220, i240 и i260, а также оборудования Sentek Dynamics серий L, M и H/P/E.
Электродинамический вибростенд функционирует как мощный линейный электромагнитный привод. Неподвижный магнитный контур, состоящий из центрального полюса, цилиндрического ярма и прецизионно обработанного воздушного зазора, создаёт стабильное радиальное магнитное поле высокой плотности при подаче постоянного тока на обмотку возбуждения. В этом поле подвешена подвижная система -- якорь (armature), включающий катушку возбуждения (voice coil), намотанную на цилиндрический каркас, и рабочий стол для крепления испытуемого объекта.
Согласно закону Ампера, электромагнитная сила пропорциональна току в катушке, длине проводника и индукции магнитного поля: F = B * I * L, где F -- сила (Н), B -- магнитная индукция (Тл), I -- ток в катушке (А), L -- эффективная длина проводника (м). Подвижная система вибростенда удерживается в осевом направлении мягкой пневматической пружиной (система внутренней поддержки нагрузки -- ILS, Internal Load Support), а в поперечном направлении -- системой подшипников и подвесок, обеспечивающих жёсткое ограничение кросс-осевых перемещений и вращений при свободном осевом ходе.
Система подвески якоря электродинамического вибростенда -- наиболее критичный подшипниковый узел, определяющий качество одноосного возбуждения. В зависимости от класса и силы вибростенда применяются различные конструкции.
В малых и средних вибростендах (сила до 5-10 кН) якорь центрируется двумя аксиально разнесёнными наборами упругих элементов -- флексур. Каждый набор состоит из радиально расположенных упругих пластин или эластомерных элементов, которые жёстко ограничивают поперечные перемещения и все вращения якоря, допуская при этом осевой ход с малой жёсткостью пружины. Такие подвески не требуют смазки, не изнашиваются при нормальной эксплуатации и обеспечивают нулевой зазор.
В вибростендах с ходом якоря свыше 25 мм (1 дюйм) часто применяются роликовые контактные направляющие. В конструкции Sentek Dynamics верхняя подвеска представляет собой "роликовую ферму" (roller-truss) из четырёх эластомерных элементов, а нижняя -- четыре ролика, прижатых к квадратному валу, закреплённому на якоре. Такая комбинация жёстко ограничивает раскачивание, кручение и боковое перемещение якоря. Все элементы подвески регулируются по мере износа и легко заменяются.
В высокосильных водоохлаждаемых вибростендах (силы от 40 кН и выше) применяются гидростатические подшипники якоря. Масло под давлением подаётся через прецизионные карманы в направляющие поверхности, создавая бесконтактную плёнку между якорем и корпусом. Это обеспечивает практически нулевое трение, высочайшую поперечную жёсткость и превосходное демпфирование. Гидростатические подшипники характерны для водоохлаждаемых шейкеров серии LDS V900 (HBK). По данным HBK, высокосильные шейкеры LDS спроектированы на базе гидростатических подшипников с индуктивными или оптическими системами центрирования якоря.
В новейших моделях HBK, таких как LDS V8900, помимо гидростатических подшипников используется индуктивная бесконтактная система центрирования якоря, которая не является оптической и не зависит от запыления или температурных колебаний. По информации производителя, такая система обеспечивает точное управление центральным положением якоря с минимальным обслуживанием.
Горизонтальные испытания проводятся с использованием скользящих столов (slip tables), в которых вибростенд поворачивается на цапфах (trunnion) на 90 градусов и соединяется тягой с магниевой или алюминиевой плитой, скользящей по прецизионно отшлифованной гранитной поверхности. Система направляющих стола определяет допустимый опрокидывающий момент, кросс-осевую жёсткость и максимальную нагрузку при горизонтальных испытаниях.
Наиболее распространённая и экономичная конструкция. Магниевая плита скользит по масляной плёнке, подаваемой через отверстия в гранитной плите низконапорной маслостанцией. Масляная плёнка обеспечивает низкий коэффициент трения и демпфирование колебаний тангажа (pitch) и крена (roll). Ограничение рыскания (yaw) обеспечивается V-образными направляющими подшипниками, расположенными вдоль оси движения. Такие столы применяются для испытаний объектов с низким центром тяжести и умеренной массой.
Для испытаний тяжёлых объектов с высоким центром тяжести применяются столы с гидростатическими подшипниками, работающими при давлении масла до 20 МПа (около 3000 psi). Гидростатические опорные элементы размещаются под плитой стола и обеспечивают значительно более высокий допустимый опрокидывающий момент по сравнению с масляноплёночными столами. Кросс-осевое перемещение при таких столах обычно не превышает 10% входного сигнала на частотах до 2000 Гц (за исключением резонансных частот стола).
В вибростендах IMV серии i применяются гидростатические подшипники специальной конструкции, размещённые на высокожёсткой базе. По данным IMV, специально разработанные гидростатические опоры обеспечивают высокую несущую способность и допустимый эксцентрический момент, а подшипники оснащены встроенной системой теплоотвода для стабилизации масляной плёнки.
Столы с T-образными гидростатическими подшипниками (серии HBT у HBK, BTT у Spectral Dynamics, HST у Sentek) используют подшипниковые элементы T-профиля, расположенные матрично под плитой. Каждый элемент размером порядка 300x300 мм воспринимает нагрузку на своём участке, предотвращая деформацию плиты при изгибе. Такая матричная компоновка позволяет создавать столы практически любого размера с заданным допустимым опрокидывающим моментом.
HBK (Hottinger Bruel & Kjaer), образованная в 2019 году объединением HBM и Bruel & Kjaer, выпускает электродинамические вибростенды под маркой LDS -- одну из наиболее известных линеек в мире. Шейкеры LDS подразделяются на низкосильные (Low-Force), среднесильные (Medium-Force) и высокосильные (High-Force).
Вибростенд LDS V780 -- наиболее мощный в линейке низкосильных шейкеров. Синусоидальная сила до 5,12 кН, частотный диапазон от постоянного тока до 4000 Гц, максимальная статическая нагрузка до 100 кг. Якорь выполнен из магниевого сплава для минимизации массы подвижной системы. Подвеска якоря -- уникальный механизм с упругими элементами, обеспечивающий высокую кросс-осевую жёсткость и ограничение боковых и вращательных перемещений. Стандартная установка -- на цапфенной раме (trunnion) с четырьмя пневматическими виброизоляторами.
LDS V8900 -- вибростенд нового класса с синусоидальной силой до 80 кН, перемещением 101,6 мм (4 дюйма) пик-пик, частотным диапазоном от 5 до 3000 Гц и допустимым опрокидывающим моментом до 3 кН*м. Статическая нагрузка -- до 800 кг. По данным HBK, V8900 -- первый воздухоохлаждаемый шейкер, сочетающий характеристики, ранее доступные только водоохлаждаемым системам.
Ключевая особенность V8900 -- применение гидростатических подшипников, обеспечивающих жёсткость и высокий допустимый опрокидывающий момент, в сочетании с индуктивной бесконтактной системой центрирования якоря (не оптической). По информации HBK, такая система снижает потребность в обслуживании и минимизирует простои, поскольку нет изнашиваемых роликов и флексур, подлежащих замене. Стандартная установка -- на цапфенной раме с пневматической подвеской Lin-E-Air.
V984 -- высокосильный водоохлаждаемый вибростенд с синусоидальной силой до 160,1 кН, диаметром якоря 591 мм и ёмкостью системы внутренней поддержки нагрузки до 2000 кг. Корпус герметизирован и находится под избыточным давлением для защиты от влаги, пыли и посторонних частиц -- это обеспечивает работоспособность в чистых помещениях и при испытаниях с опасными материалами.
Подвеска якоря V984 обеспечивает кросс-осевую поддержку и точное управление вращательными перемещениями. Система замкнутого водяного охлаждения использует два независимых контура дистиллированной воды -- для якоря и для обмотки возбуждения.
IMV Corporation (Япония) -- один из ведущих мировых производителей электродинамических вибростендов. Серия i -- стандартная высококлассная линейка с синусоидальными силами от 3 до 54 кН, максимальным ускорением до 1250 м/с², скоростью до 2,2 м/с (стандарт, с опцией до 4,6 м/с) и перемещением до 51 мм.
Отличительная особенность вибростендов IMV серии i -- система параллельной поддержки направления (PSG, Parallel Support Guide System), поддерживающая верхнюю часть якоря. PSG обеспечивает жёсткое ограничение поперечных перемещений при свободном осевом ходе. Оптимизация магнитных контуров на основе конечноэлементного анализа в сочетании с собственными технологиями охлаждения IMV позволила достичь силы возбуждения 54 кН в серии i260.
Характерной чертой всех вибростендов IMV является низкий уровень шума, достигаемый оптимизацией воздухозаборника на основе аэродинамического расчёта.
IMV предлагает несколько типов горизонтальных столов: ST (V-образные направляющие с масляной плёнкой), GT (T-образные направляющие, заменяющие традиционные V-направляющие) и BT (гидростатические подшипники). В столах серии BT гидростатические подшипники размещены на высокожёсткой базе, обеспечивая высокую несущую способность и допустимый эксцентрический момент. Подшипники оснащены встроенными теплообменниками для стабилизации параметров масляной плёнки.
Sentek Dynamics (США, штаб-квартира в Санта-Кларе, Калифорния, основана в 2011 году) производит полный спектр электродинамических вибростендов -- от малых настольных до высокосильных водоохлаждаемых систем с силой до 400 кН.
Серия L предназначена для испытаний электронных и механических компонентов массой до 200 кг. Диаметры якорей -- от 110 мм до 240 мм. Частотный диапазон -- от 5 до 5000 Гц. Подвеска якоря -- пневматическая поддержка нагрузки (ILS) с автоматическим центрированием. Направляющие -- радиально расположенные упругие элементы ("dog bone") верхней подвески и четыре ролика нижней подвески на квадратном валу.
Серия M рассчитана на нагрузки до 1000 кг. Диаметры якорей -- от 280 мм до 640 мм. Частотный диапазон -- от 5 до 3000 Гц. Активная система подвески якоря с пневмопружиной ILS, роликовые направляющие верхней и нижней подвесок. Стандартная изоляция корпуса и система направления устраняют необходимость в сейсмическом фундаменте.
Серии H, P и E -- наиболее мощные вибростенды Sentek с силой от 65 кН до 400 кН. Все они водоохлаждаемые: якорь обёрнут плоской охлаждающей трубкой, а корпус имеет литые водяные каналы. Каждая система комплектуется блоком охлаждения с двумя теплообменниками, двумя насосами и разделённым баком для дистиллированной воды. Два замкнутых контура охлаждения независимо обслуживают якорь и обмотку возбуждения.
Sentek предлагает два семейства столов: LST (низконапорные, V-образные направляющие на гранитной плите с масляной плёнкой, встроенная маслостанция) и HST (высоконапорные, T-образные гидростатические подшипники с внешней маслостанцией). Столы LST применяются для испытаний лёгких объектов с низким центром тяжести, а HST обеспечивают максимальное сопротивление опрокидывающим моментам по всем осям.
Регулярное обслуживание подшипниковых систем вибростендов -- необходимое условие для обеспечения заявленных метрологических характеристик и долговечности оборудования. Характер и периодичность обслуживания зависят от типа подвески якоря и конструкции горизонтального стола.
Для вибростендов с упругими флексурами регламентное обслуживание подвески практически не требуется -- замена выполняется только при обнаружении усталостных трещин или деградации упругих свойств. Роликовые контактные направляющие (Sentek L/M серии) требуют периодической проверки износа и регулировки прижима роликов. По данным Sentek, все элементы подвески регулируются по мере износа и легко заменяются. Гидростатические подшипники водоохлаждаемых систем требуют контроля давления масла, чистоты рабочей жидкости и состояния уплотнений.
Для системы LDS V8900, использующей гидростатические подшипники с индуктивным центрированием, производитель указывает минимальную потребность в обслуживании направляющих якоря благодаря отсутствию изнашиваемых роликов и флексур.
Масляноплёночные столы с V-направляющими требуют регулярной замены масла, контроля уровня и чистоты рабочей жидкости, проверки состояния V-направляющих и масляных каналов в гранитной плите. Гидростатические столы высокого давления нуждаются в контроле давления масла, температуры, состояния фильтров и исправности маслостанции. Загрязнение масла посторонними частицами -- наиболее частая причина деградации характеристик гидростатических подшипников.
При выборе и модернизации подшипниковых узлов электродинамических вибростендов необходимо учитывать следующие факторы:
Кросс-осевая жёсткость: определяет уровень паразитных поперечных вибраций. Для калибровочных и прецизионных испытаний предпочтительны пневмостатические (воздушные) подшипники, обеспечивающие неоднородность вертикальной вибрации менее 0,1% (по данным научных исследований с внешними линейными воздушными подшипниками).
Опрокидывающий момент: для горизонтальных испытаний тяжёлых объектов с высоким центром тяжести -- определяющий параметр. Гидростатические столы высокого давления обеспечивают момент в десятки кН*м.
Частотный диапазон: масса подвижных частей стола и подшипников ограничивает верхний частотный предел. Лёгкие магниевые плиты с масляноплёночными направляющими обеспечивают лучшую высокочастотную характеристику по сравнению с тяжёлыми гидростатическими столами.
Условия эксплуатации: для чистых помещений и испытаний с опасными материалами -- герметизированные водоохлаждаемые системы с гидростатическими подшипниками. Для общих целей -- воздухоохлаждаемые шейкеры с упругой или роликовой подвеской якоря.
Для обслуживания, модернизации и ремонта электродинамических вибростендов и горизонтальных столов требуется широкий ассортимент подшипников и направляющих. Ниже представлены ключевые категории комплектующих.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.