СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК G01M1/10 

Изобретение относится к измерительной, испытательной технике, в частности к способу измерения момента инерции твердых тел.

Широко известны способы определения момента инерции изделий с использованием математического и физического маятников, заключающиеся в подвешивании тела, создании затухающих колебаний этого тела вокруг вертикальной оси или точки подвеса и вычислении момента инерции по периоду крутильных колебаний или качаний испытуемого тела [1] Основными недостатками их являются относительно высокая трудоемкость точных методов, необходимость демонтажа машины в случае определения момента инерции вращающейся части (ротора), недостаточность учета некоторых факторов трения и использования стандартной аппаратуры в процессе измерения, зависимость точности от условий эксперимента, необходимость балансировки и предварительно точного определения центра масс изделия и его расстояния до точки подвеса.

Известен также способ определения момента инерции изделий, заключающийся в закреплении изделия на одном конце упругого элемента при жесткой заделке другого его конца, повороте изделия на определенный угол с последующей фиксацией, а затем освобождении подвижной части с целью создания затухающих колебаний, последующей регистрации периода и вычислении момента инерции по соответствующей формуле или градуировочной зависимости. Основными недостатками описанного способа и реализованного в устройстве [2] являются также относительно высокая трудоемкость процесса измерения, необходимость соосного базирования установки с испытуемым изделием, предварительного расчета момента инерции упругого элемента и крепежных деталей, влияние на точность измерения неоднозначности в определении периода при затухающем процессе колебаний.

Известный способ определения момента инерции изделий, выбранный в качестве прототипа, заключается в том, что в замкнутой электромеханической системе поочередно возбуждают незатухающие колебания платформы и платформы с изделием, замеряют частотомером периоды Т и Т₁ колебаний соответственно платформы и платформы с изделием, затем по формуле вычисляют момент инерции изделия [3]
τ T21

Основными недостатками этого способа измерения являются зависимость параметра К в формуле (1) от частоты автоколебаний, параметров системы, внешних условий, что снижает точность определения момента инерции изделий, а также относительная трудоемкость в случае использования градуировочной зависимости.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и уменьшение трудоемкости определения момента инерции изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения момента инерции изделий, заключающемся в поочередном возбуждении незатухающих колебаний равной частоты платформы с изделием, изменяют жесткость электромеханической системы до достижения равенства частот автоколебаний платформы и платформы с изделием, определяют жесткости, соответствующие колебаниям равной частоты платформы и платформы с изделием, и момент вычисляют по формуле:
τ τ_o(β / β_o 1) (2)
где τ_o момент инерции платформы для закрепления изделия;
β β_o жесткости электромеханической системы при колебаниях равной частоты соответственно платформы с изделием и платформы отдельно.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изменяют жесткость электромеханической системы до достижения равенства частот автоколебаний платформы и платформы с изделием, а момент инерции изделия определяют по формуле (2). При этом в уравнение (2) не входит коэффициент К (1), требующий вследствие непостоянства предварительной тарировки шкалы обратной связи.

На чертеже показано устройство.

Устройство содержит генератор 1 механических колебаний и систему 2 управления. Генератор 1 выполнен на базе бесконтактной электрической машины переменного тока с системой фаз на статоре 1' и платформой, представленной в этом варианте ротором 1'' с валом 3, на котором закрепляется испытуемое изделие 4. Система 2 управления включает электронный усилитель 5, блок 6 коррекции, источник 7 регулируемой жесткости и частотомер 8.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блоков 5-7 возбуждаются автоколебания платформы без изделия. Частота их определяется частотомером 8, а величина жесткости задается параметром источника 7 регулируемой жесткости. Затем аналогичным образом возбуждаются автоколебания платформы с изделием, причем в соответствии с заявляемым способом равенство частот автоколебаний платформы с изделием и без изделия, фиксируемое по частотомеру 8, достигается изменением жесткости до значения β установкой нового значения параметра источника 7 регулируемой жесткости.

Определив жесткости β_o и β для случаев автоколебаний платформы и платформы с изделием, при известном моменте инерции платформы τ_o по формуле (2) рассчитывают момент инерции изделия.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность измерения, т.к. момент инерции изделия вычисляется по формуле (2), в которую входят практически не зависящие от параметров элементов системы величины, а также частоты их внешних условий. Кроме того, при этом способе сравнительно просто и точно определяется момент инерции самой платформы, используя в качестве изделия эталонное тело с известным моментом энергии τ_э.

Для этого вышеуказанным способом поочередно возбуждаются колебания равной частоты платформы и платформы с эталонным телом, изменяя жесткость электромеханической системы. По полученным значениям жесткостей в соответствии с формулой (2) момент инерции платформы определяется соотношением:
τ_o= (3)
где τ_э момент инерции эталонного тела,
β β_o жесткости электромеханической системы при колебаниях разной частоты платформы с эталонным телом и платформы отдельно.

Следовательно, предлагаемый способ значительно сокращает трудоемкость эксперимента, вызванную необходимостью предварительного расчета момента инерции платформы и предварительной тарировки шкалы цепи обратной связи, как в прототипе.

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: способ определения момента инерции изделий заключается в том, что поочередно возбуждают посредством электромеханической системы незатухающие колебания равной частоты платформы и платформы с изделием, изменяют жесткость электромеханической системы до достижения равенства частот автоколебаний платформы и платформы с изделием, определяют жесткости, соответствующие колебаниям равной частоты платформы и платформы с изделием, и момент инерции изделия вычисляют по формуле. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что поочередно возбуждают посредством электромеханической системы незатухающие колебания равной частоты платформы и платформы с изделием, отличающийся тем, что изменяют жесткость электромеханической системы до достижения равенства частот автоколебаний платформы и платформы с изделием, определяют жесткости, соответствующие колебаниям равной частоты платформы и платформы с изделием, и момент инерции изделия вычисляют по формуле
I=I_o(β/β_o-1),
где I_о - момент инерции платформы;
β, β_o - жесткости электромеханической системы при колебаниях равной частоты соответственно платформы с изделием и платформы отдельно.