УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01M1/10 

Описание патента на изобретение RU2017103C1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения инерционных характеристик изделий.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее установленный на основании корпус, размещенную в нем колебательную систему, выполненную в виде платформы, связанной торсионом с корпусом, планшайбу для закрепления изделия и узел поворота планшайбы относительно оси, параллельной оси платформы. С помощью этого устройства можно определить массу, две координаты центра масс и момент инерции относительности, проходящей через центр масс изделия.

Недостатком устройств является сравнительная ограниченность технологических возможностей, так как с его помощью невозможно определить третью координату центра масс и центральный эллипсоид инерции изделия.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства для определения инерционных характеристик изделия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения инерционных характеристик изделия, содержащее установленный на основании корпус, размещенную в нем колебательную систему, выполненную в виде платформы, связанной торсионом с корпусом, планшайбу для закрепления изделия и узел поворота планшайбы относительно вертикальной оси, параллельной оси платформы. Новым является то, что устройство снабжено дополнительным узлом поворота планшайбы относительно наклонной оси, расположенным между платформой и основным узлом поворота планшайбы, а сама планшайба выполнена поворотной относительно оси, совпадающей с осью платформы.

Предложенная совокупность признаков обеспечивает возможность дополнительно определять третью координату центра масс изделия и центральный эллипсоид инерции, что создает положительный эффект.

Проведенный поиск по патентной и научно-технической литературе не выявил технических решений с аналогичной совокупностью отличительных признаков.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, после поворота планшайбы на 180о с помощью дополнительного узла поворота; на фиг. 3 и 4 - положения проекций центра масс на горизонтальную плоскость при различных углах поворота планшайбы с помощью основного и дополнительного узлов поворота; на фиг. 5 - фронтальные проекции центра масс при наклонном положении изделия.

Устройство содержит установленный на основание корпус 1, размещенную в нем колебательную систему, выполненную в виде платформы 2, связанной торсионом 3 с корпусом 1, поворотную относительно оси планшайбу 4 для закрепления изделия 5, узел поворота 6 планшайбы 4 относительно вертикальной оси А-А, параллельной оси О платформы 2, и дополнительный узел поворота 7 планшайбы 4 относительно наклонной оси Б-Б, размещенный между платформой 2 и основным узлом поворота 6.

Устройство для определения инерционных характеристик изделия работает следующим образом.

По трубопроводу 8 в зазор между корпусом 1 и платформой 2 подается сжатый воздух, обеспечивающий газовую смазку с малым коэффициентом трения между корпусом 1 и платформой 2. На планшайбе 4 крепится изделие 5 (фиг. 1). Платформу 2 принудительно закручивают на угол 1-5оотносительно оси OZ и отпускают. Платформа 2 вместе с изделием 5 начинает совершать свободные колебания. Измеряют период колебаний Т1-. Затем с помощью основного узла поворота 6 поворачивают планшайбу 4 с изделием 5 на 90о вокруг оси А-А по ходу часовой стрелки. Таким образом изделие, изменяя положение относительно оси колебаний, не меняет пространственной угловой ориентации, т.е. перемещается поступательно относительно оси колебаний. В этом положении измеряют период колебаний Т2. Затем измеряют период колебаний Т3, после дальнейшего поворота планшайбы 4 с помощью основного узла поворота 6 еще на 90о и разворота изделия в обратную сторону на 90о и после этого измеряют период колебаний Т4 после дальнейших аналогичных поворотов планшайбы 4 и изделия 5.

На фиг. 3 схематически показаны проекции центра масс изделия (ЦМ) и контуры сечения изделия (круг) в четырех описанных положениях изделия.

После описанных операций с помощью дополнительного узла поворота 7 изделие приводят в наклонное положение (фиг. 2) и измеряют период колебаний Т5. Затем производят поворот планшайбы 4 с изделием на 180о с помощью основного узла поворота 6 и разворачивают изделие на планшайбе 4 на 180о вокруг своей оси. При этом изделие займет положение, показанное на фиг. 2 пунктиром. Производят в этом положении измерение периода колебаний Т6.

На фиг. 3 схематически показаны проекции центра масс изделия и контура центрального сечения изделия в двух последних наклонных положениях изделия.

После этого производят еще три измерения периодов колебаний Т7, Т8и Т9 после разворота изделия на планшайбе 4 вокруг собственной оси на углы, соответственно, 45, 45 и 180о. Последние три угла могут быть произвольными, но с учетом минимума погрешностей при вычислениях указанные углы оптимальны (в этом можно убедиться с помощью известных методов статического моделирования процесса определения инерционных характеристик с помощью описываемого алгоритма на ЭВМ). Из тех же соображений угол наклона оси Б-Б должен быть равен 22,5о, хотя он тоже может быть равен производным в интервале 0-45о. Выбор угла α на практике может ограничиваться габаритами и жесткостью конструкции изделия.

Применяя известные зависимости между моментом инерции унифилярного маятника, которым является предлагаемое устройство, и периодом его колебаний (Гернет М. М. и Ратобыльский В.Ф. Определение моментов инерции. М.: Машиностроение, 1969, с. 69), и введя обозначение K = , где С - жесткость торсиона, можно записать уравнение
Ii=kTi2 , где i - номер измерения периода колебаний,
Ii - соответствующий момент инерции колебательной системы, относительно оси OZ.

При первых четырех измерениях изделие не изменяет своей угловой пространственной ориентации относительно оси колебаний, поэтому можно записать
I01 + I1 + m (x12 + y12) = kT12,
I02 + I1 + m (x22 + y22) = kT22,
I03 + I1 + m (x32 + y32) = kT32,
I04 + I1 + m (x42 + y42) = kT42, I01 - момент инерции колебательной системы без изделия при соответствующем измерении периода колебаний;
I1 - момент инерции изделия относительно оси, проходящей через центр масс изделия и параллельной оси колебаний;
m - масса изделия;
xi и yi - координаты центра масс изделия;
(xi2 + yi2) - квадрат расстояния между центральной осью и осью колебаний.

Учитывая геометрические соотношения (фиг. 3) между координатами центра масс изделия при различных положениях изделия:
x2 = x1 + l,
y2 = y1 + l,
x3 = x1 + 2l,
y3 = y1,
x4 = x1 + l,
y4 = y1 - l, из системы четырех уравнений найдем:
Xl=X4= - l, (1)
Yl=Y1= , (2) где
m = [k(T23

+T21
-T22
-T24
)-I03-I01+I02+I04]. (3)
При пятом и шестом измерениях изделие также не изменяет своей угловой пространственной ориентации относительно оси колебаний. Запишем аналогично:
I05 + I2 + m (x52 + y52) = kT52,
I06 + I2 + m (x62 + y62) = kT62
Учитывая геометрические соотношения (фиг. 4 и 5),
x5 = [x1 + 2l + (Zl-d) tg2α ] cos2 α
y5 = y1,
x6 = [x1 + (Zl-d) tg2 α ] cos2 α ,
y6 = y1, где Zl-вертикальная координата центра масс изделия;
d - расстояние от рабочей поверхности планшайбы до точки пересечения осей OZ и Б-Б.

Из системы двух уравнений найдем:
Zl = -X-l+d .

Для того, чтобы определить центральный эллипсоид инерции, определяется сначала эллипсоид инерции изделия в точке, совпадающей с точкой пересечения осей OZ и Б-Б при измерениях с номерами 1 = 1, 6, 7, 8, 9, 10. Определение эллипсоида инерции производится по известной методике после того, как будут найдены коэффициенты уравнения эллипсоида инерции:
Ix x2 + Iy y2 + Iz Z2-2Iyz yz-2 Izx zx-2Ixy xy = 1.

С помощью теоремы Гюйгенса о параллельных осях найдем выражения для коэффициентов центрального эллипсоида инерции:
Ixl = Ix-m (yl2 + Z),
Iyl = Iy-m (xl2 + Z),
Iyl = Iz-m (xl2 + yl3),
Iyzl = Iyz-m yl Zl
Izxl = Izx-m Zl xl,
Ixyl = Ixy-m xl yl.

Окончательно уравнение центрального эллипсоида инерции записывается с учетом зависимостей
Ixlx2 + Iyly2 + IzlZ2-2Iyzlyz-2IzxlZx-2Ixylxy = 1.

Таким образом, использование предлагаемого устройства для определения инерционных характеристик по сравнению с прототипом позволяет дополнительно определить третью координату центра масс изделия и центральный эллипсоид инерции за счет того, что планшайба устройства выполнена поворотной относительно оси, совпадающей с осью платформы. Между планшайбой и основным узлом поворота размещен дополнительный узел поворота планшайбы относительно наклонной оси, что создает технико-экономический эффект.

Похожие патенты RU2017103C1

название год авторы номер документа
Устройство для определения инерционных характеристик протяженных изделий 2017
  • Довыденко Владимир Константинович
  • Нечкин Иван Львович
  • Степанов Алексей Викторович
RU2697442C2
СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, КООРДИНАТ ЦЕНТРА МАСС И ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЯ 2010
  • Богданов Василий Васильевич
  • Панченко Иван Николаевич
  • Някк Виктор Арнольдович
  • Чумаченко Евгений Константинович
RU2434213C1
Комплекс для определения инерционных характеристик с измерительной системой 2017
  • Нечкин Иван Львович
  • Маевских Андрей Эрнестович
  • Прохорова Анна Владимировна
RU2683800C2
СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, КООРДИНАТ ЦЕНТРА МАСС И ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЯ 2008
  • Богданов Василий Васильевич
  • Веселов Николай Васильевич
  • Панченко Иван Николаевич
  • Петроневич Василий Васильевич
  • Бодин Вадим Витальевич
  • Паршев Владимир Александрович
RU2368880C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Матвеев Евгений Владимирович
RU2480726C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕНЗОРА ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЯ И СТЕНД ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Васильев Михаил Александрович
  • Комаров Валерий Иванович
  • Коньков Михаил Николаевич
  • Сафронов Игорь Николаевич
RU2596032C2
Устройство для определения моментов инерции изделия 1983
  • Матвеев Евгений Владимирович
  • Крылов Вячеслав Викторович
  • Гридчин Владимир Алексеевич
  • Бурыкин Владилен Борисович
  • Бажанов Виктор Матвеевич
SU1130752A1
СПОСОБ ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССО-ЦЕНТРОВОЧНЫХ И МАССО-ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ 2010
  • Ключников Александр Васильевич
RU2445592C1
Стенд для определения моментов инерции и координат центра масс изделий 1983
  • Плавельский Евгений Порфирьевич
  • Воронов Виктор Иванович
  • Сурков Сергей Александрович
  • Куделин Сергей Анатольевич
  • Литвинов Андрей Сергеевич
  • Гринберг Наум Семенович
  • Давыдов Александр Данилович
SU1097899A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО ВЕКТОРА СИЛЫ ТЯЖЕСТИ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 2007
  • Драгунов Борис Никандрович
RU2343418C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 017 103 C1

Реферат патента 1994 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЯ

Использование: для определения инерционных характеристик деталей. В устройстве имеется возможность поворота планшайбы относительно первой оси, совпадающей с осью платформы, и относительно оси, расположенной под углом к первой оси. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 017 103 C1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЯ, содержащее основание, установленный на нем корпус, размещенную в нем платформу, связывающий корпус и платформу торсион, планшайбу для закрепления изделия и узел поворота планшайбы, отличающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, планшайба установлена с возможностью поворота относительно первой оси, совпадающей с осью платформы, и относительно оси, расположенной под углом к первой оси.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1994 года RU2017103C1

Устройство для определения моментов инерции изделия 1983
  • Матвеев Евгений Владимирович
  • Крылов Вячеслав Викторович
  • Гридчин Владимир Алексеевич
  • Бурыкин Владилен Борисович
  • Бажанов Виктор Матвеевич
SU1130752A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 017 103 C1

Авторы

Матвеев Е.В.

Кочкин Е.В.

Михайлов Д.С.

Крылов В.В.

Даты

1994-07-30Публикация

1990-11-20Подача