ПОДВИЖНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИБОРА Российский патент 2000 года по МПК G01R1/00 G01R5/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в производстве щитовых электромеханических приборов.

Известны подвижные системы электроизмерительных приборов, в которых балансировочный узел выполнен либо в виде уса, на котором расположена с возможностью перемещения витая спираль [1], либо в виде двух взаимно перпендикулярных резьбовых усов и системы противовесов, расположенных на усах с возможностью перемещения [2].

Недостатком данных устройств является низкая точность, что вызвано погрешностью ручной балансировки, а также низкая технологичность вследствие необходимости многократного повторения операций по перемещению противовесов и контролю неуравновешенности.

Известны подвижные системы магнитоэлектрического прибора, имеющие на балансировочном усе полусферическое углубление, заполненное затвердевающей жидкостью [3, 4].

Однако процесс балансировки данных подвижных систем, включающий сообщение прибору возвратно-поступательных колебаний, фиксацию величины дебаланса и его устранение поворотом прибора относительно различных осей, чрезвычайно трудоемок и требует применения сложных устройств, вследствие чего не нашел промышленного применения. Кроме того, после балансировки жидкость до застывания находится в неустойчивом безразличном состоянии и малейшее ее смещение в процессе застывания резко уменьшает точность балансировки. Это обстоятельство кроме того обуславливает низкую надежность данной подвижной системы.

Известны также подвижные системы электроизмерительных приборов, в которых балансировочный узел выполнен либо в виде двух балансировочных усов с противовесами, имеющих возможность автоматического поворота вокруг оси подвижной системы [5] , либо в виде плоской эллиптической шайбы с клеевой прослойкой и с продольным сквозным отверстием, установленной на поверхности плоского уса и надетой отверстием на закрепленный на усе стержень [6].

Данные подвижные системы позволяют полностью автоматизировать процесс балансировки. Однако они не дают возможности добиться высокой точности балансировки, что обусловлено целым рядом факторов. Во-первых, подвижные элементы балансировочного узла имеют две степени свободы /в конструкции [5] - два подвижных элемента - вращающихся уса - с одной степенью свободы у каждого, в конструкции [6] - один подвижный элемент - эллиптическая шайба - с двумя степенями свободы/, поэтому в процессе балансировки подвижные элементы не могут получать любые независимые друг от друга перемещения в поперечной плоскости; во-вторых, отсутствие при смещении подвижных элементов восстанавливающих сил может привести к проскакиванию элементов при возмущениях оптимального для уравновешивания положения, причем больше к этому положению в процессе балансировки подвижные элементы уже не вернутся. Кроме того, из-за отсутствия восстанавливающих сил балансировка не может быть проведена с заранее заданной степенью точности; в третьих - при достижении требуемой уравновешенности подвижные элементы балансировочного узла ничем не закрепощены до застывания фиксирующего материала, что может вызвать их смещение с нарушением уравновешенности и резко усложняет процесс сушки. Последний факт может при неблагоприятном стечении обстоятельств привести к потере подвижными элементами балансировочного узла своего устойчивого состояния и, соответственно, к неработоспособности прибора, что резко снижает надежность известных подвижных систем.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является подвижная система, содержащая балансировочный узел, выполненный в виде плоской эллиптической шайбы с клеевой прослойкой и продольным сквозным отверстием, установленной на поверхности плоского уса и надетой отверстием на закрепленный на усе стержень [6].

Однако данная конструкция не позволяет достичь высокой точности балансировки подвижной системы и надежности устройства.

Цель изобретения - повышение точности балансировки и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известной подвижной системе, содержащей балансировочный узел в виде плоского уса с установленной на его поверхности плоской шайбой, шайба выполнена в виде постоянного магнита круглой формы, а размещенный под шайбой участок поверхности плоского уса, выполненного из ферромагнитного материала, имеет меньший коэффициент трения скольжения по сравнению с остальной, обращенной к шайбе поверхности плоского уса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая подвижная система, общий вид; на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1.

Предлагаемая подвижная система включает подвижную рамку 1, на верхней стороне которой установлен держатель 2 стрелки со стрелкой 3 и плоским усом 4. На верхней плоскости уса 4 установлен противовес 5, имеющий форму плоской круглой шайбы, выполненной в виде постоянного магнита. При этом плоский ус 4 выполнен из ферромагнитного материала, а размещенный под шайбой 5 участок 6 поверхности уса 4 имеет меньший коэффициент трения скольжения по сравнению с остальной, обращенной к шайбе 5 поверхностью 7 плоского уса 4.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом балансировки шайба 5 установлена на круглом участке поверхности 6 плоского уса 4 с меньшим коэффициентом трения и удерживается на усе силами магнитного взаимодействия /притяжения/. При возбуждении поперечных колебаний подвижной системы, например вдоль оси X, вследствие неуравновешенности подвижная система начинает совершать связанные колебания в поперечной плоскости. Под действием возникающих при этих колебаниях инерционных сил шайба 5, преодолевая силы трения, возникающие вследствие ее магнитного взаимодействия с усом 4, смещается относительно уса 4 в кратчайшем радиальном направлении, устраняя тем самым неуравновешенность подвижной системы, то есть реализуя эффект самобалансировки динамической системы. При этом малейшие смещения шайбы 5 в любом из радиальных направлений из начального положения вызывает увеличение силы трения скольжения. Эта сила пропорциональна смещению, так как при радиальном смещении все большая площадь шайбы 5 выходит за поверхность 6 и вступает в контакт с поверхностью 7 уса 4 с большим коэффициентом трения, и играет роль восстанавливающей силы. При достаточной интенсивности возмущения и соответственно инерционных сил смещение шайбы 5 будет происходить до полного уравновешивания подвижной системы. Причем во все время балансировки шайба 5 находится в притянутом к усу 4 состоянии. Поэтому для более надежной фиксации шайбы 5 в конечном положении достаточно перед балансировкой на торец шайбы 5 вблизи уса 4 нанести мазок краски.

Остановимся более подробно на достоинствах предложенной подвижной системы по сравнению с прототипом [6].

Пусть, например, центр масс подвижной системы находится в точке M, а вектор поперечного эксцентриситета. В устройстве [6] эллиптическая шайба с двумя степенями свободы имеет возможность совершать независимые крутильные колебания по координате ϕ и поперечные колебания вдоль оси Y, в результате чего процесс устранения вектора то есть перемещения центра масс M в центр жесткости O постепенно сходится. Однако данный сходящийся процесс сравнительно продолжителен, а главное - характеризуется ограниченной точностью схождения и, следовательно, ограниченной точностью балансировки. В предлагаемой же конструкции шайба 5, полностью свободная в поперечной плоскости, сразу перемещается по кратчайшему пути в радиальном направлении вдоль вектора в противоположную вектору сторону, и такой процесс обладает максимально возможной по точности и по скорости сходимостью.

В устройстве [6] шайба 5 в процессе балансировки находится в неустойчивом, безразличном состоянии, вследствие чего легко может проскочить точку сходимости процесса и обратно уже не вернется. В предлагаемом же устройстве на шайбу 5 постоянно действует восстанавливающая сила, пропорциональная смещению шайбы 5 от нейтрального положения, причем функции этой силы выполняет сила трения при магнитном взаимодействии. Эта сила препятствует "уходу" шайбы 5 при случайном возмущении, то есть вылету ее за пределы балансировочного узла. В отличие от устройства [6] наличие данной восстанавливающей силы позволяет производить балансировку с требуемой степенью точности. Для устранения малых величин неуравновешенности /малого вектора / необходимо увеличивать возмущающее инерционное воздействие в достаточной степени для превышения им восстанавливающей силы и смещения шайбы 5 на требуемую минимальную величину, дальнейшее перемещение шайбы 5 будет происходить при минимуме остаточной неуравновешенности только при еще большем увеличении интенсивности возмущения. В устройстве же [6] увеличение интенсивности возмущения приведет просто к вылету шайбы под действием центробежных сил и срыву процесса уравновешивания. После окончания процесса уравновешивания в известном устройстве [6], как и в течение процесса, шайба 5 находится, как уже было сказано ранее, в свободном безразличном состоянии. В предлагаемом же устройстве как в течение процесса уравновешивания, так и после его завершения шайба 5 находится в жестком контакте с усом 4 за счет сил магнитного притяжения, и в принципе не может никуда сместиться, нарушив процесс балансировки. Фиксация краской необходима только для случая, когда при эксплуатации прибора внешние воздействия могут превысить прикладываемые в процессе балансировки. В известной же конструкции [6] после балансировки шайба опять находится в безразличном состоянии, и ее малейшее смещение в процессе сушки сводит на нет процесс балансировки. В предлагаемом устройстве круглый участок поверхности 6 уса 4 под шайбой 5 полируется, а остальная поверхность уса 4 наоборот доводится до низкой степени чистоты за счет обработки, например, грубым наждаком. За счет этого создается значительная разность коэффициентов трения участков поверхности уса 4, что резко увеличивает величину восстанавливающей силы.

По мнению автора, предлагаемое устройство позволит принципиально изменить характер балансировочного процесса, повысить его конструктивные и технологические характеристики.

Источники информации:
1. Власов М.Ф. и др. Сборка и регулировка электроизмерительных приборов, М., Госэнергоиздат, 1963, с. 146.

2. Алукер Ш.М. Электрические измерения, М., 1966, с. 65.

3. А.с. СССР N 1216691, G 01 M 1/38, опублик. 1986.

4. А.с. СССР N 1226315, G 01 R 1/00, опублик. 1986.

5. А.с. СССР N 1677646, G 01 R 5/02, опублик. 1989.

6. А.с. СССР N 1033972, G 01 R 1/00, опублик. 1983 /прототип/.

Изобретение может быть использовано в измерительной технике при производстве щитовых электромеханических приборов. Подвижная система содержит балансировочный узел в виде плоского уса с установленной на его поверхности плоской шайбой, при этом шайба выполнена в виде постоянного магнита круглой формы, а размещенный под шайбой участок поверхности плоского уса, выполненного из ферромагнитного материала, имеет меньший коэффициент трения скольжения по сравнению с остальной, обращенной к шайбе, поверхностью плоского уса. Техническим результатом является повышение конструктивных и технологических характеристик. 2 ил.

Подвижная система электромеханического прибора, содержащая балансировочный узел в виде плоского уса с установленной на его поверхности плоской шайбой, отличающаяся тем, что шайба выполнена в виде постоянного магнита круглой формы, а размещенный под шайбой участок поверхности плоского уса, выполненного из ферромагнитного материала, имеет меньший коэффициент трения скольжения по сравнению с остальной, обращенной к шайбе, поверхностью плоского уса.