УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МАКСИМАЛЬНЫХ УСКОРЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК G01P15/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации максимальных ускорений, действующих в течение заданного промежутка времени в разных направлениях.

Известны устройства для регистрации максимальных ускорений, содержащие установленные в разъемном корпусе инерционный элемент с заостренным выступом /бойком/ и деформируемые под действием перегрузок чувствительные элементы /мембраны/, глубина вмятин в которых зависит от максимальных значений ускорений [1].

Недостатком данных устройств является сложность конструкции, низкая надежность, требование специальной аппаратуры для измерения глубины вмятины, а также необходимость изъятия чувствительных элементов из испытываемого объекта, что не всегда возможно по конструктивным и эксплуатационным соображениям.

Известно также устройство для регистрации максимальных ускорений, действующих в разных направлениях, содержащее корпус в виде полой сферы, внутренняя полость которой заполнена активным веществом, а на внешней размещено покрытие, изменяющее цвет при контакте с данным веществом, и систему отверстий в сфере с установленными по их осям цилиндрическими магнитами и инерционными массами [2].

Однако данное устройство имеет предельно сложную конструкцию, требует применения специальных элементов и веществ, имеет низкую надежность и долговечность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является устройство для регистрации максимальных ускорений, содержащее инерционный элемент, выполненный в виде диска и установленный в корпусе с одной стороны диска на опорных шариках, а с другой стороны - на подпружиненном шарике, помещенном в коническое углубление в центре диска [3].

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, низкая надежность и долговечность, неудобство эксплуатации, что объясняется наличием системы механических упругих контактирующих элементов. Кроме того, устройство имеет низкую точность регистрации ускорений вследствие дискретности снимаемой информации за счет срабатывания только при попадании шарика в одну из кольцевых канавок. При попадании шарика в канавку дальнейшая регистрация невозможна, необходимо возвращение шарика в исходное состояние, что предельно усложняет процесс измерения в течение сравнительно длительного промежутка времени.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для регистрации максимальных ускорений объекта, содержащем инерционный элемент, выполненный в виде диска, установленного на одной из сторон плоского немагнитного основания, инерционный элемент выполнен в виде постоянного магнита, участок поверхности основания, размещенный под диском, выполнен с минимальным коэффициентом трения, а окружающая диск поверхность основания выполнена в виде кольцевых концентричных участков с последовательно увеличивающимися в направлении к периферии коэффициентами трения и снабжена кольцевой и угловой шкалами, при этом с другой стороны основания к нему прикреплена соосно с диском резьбовая втулка с навернутой на нее ферромагнитной гайкой, имеющей возможность фиксированного смещения относительно основания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство, общий вид с поперечным разрезом; на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1; на фиг. 3 - вид снизу на фиг. 1.

Предлагаемое устройство для регистрации максимальных ускорений объекта /на фиг. объект, ускорение которого измеряется и к которому крепится данное устройство, не показан/ содержит инерционный элемент 1, выполненный в виде постоянного магнита в форме диска, установленного на одной из сторон плоского немагнитного основания 2, участок 3 поверхности которого, размещенный под диском 1, выполнен с минимальным коэффициентом трения, а окружающая диск 1 поверхность основания 2 выполнена в виде кольцевых концентричных участков 4 с последовательно увеличивающимися в направлении к периферии коэффициентами трения и снабжена кольцевой 5 и угловой 6 шкалами /для упрощения иллюстрации на фиг. 2 отсчетные окружности кольцевой шкалы 5 показаны совпадающими с границами раздела кольцевых участков 4, в действительности же отсчетные окружности 5, а также риски угловой шкалы 6 выполнены гораздо чаще/. С другой стороны основания 2 к нему прикреплена соосно с диском 1 с помощью винта 7 резьбовая втулка 8, на которую навернута ферромагнитная гайка 9, имеющая возможность смещения относительно основания 2 и фиксации с помощью специального винта /на фиг. винт не показан/. Технология шлифовки кольцевых участков 4 с заданной шероховатостью достаточна проста, не представляет собой никакой сложности и при необходимости может быть описана более подробно. Тем более, что здесь нет необходимости в точности технологического процесса, достаточно только, чтобы шероховатости поверхности 4 к периферии увеличивались. Все остальное достигается в процессе регулировки. Шкалы 5 и 6 выполнены краской непосредственно на поверхности основания 2.

Регулировка и градуировка устройства состоит в следующем. Перемещением гайки 9 по резьбе втулки 8 относительно основания 2 изменяют силу притяжения инерционного элемента 1 /постоянного магнита/ к основанию 2, а следовательно, изменяют силу трения и величину перемещения элемента 1 относительно основания 2 при заданной величине ускорения. Фиксируя гайку 9 в определенном положении, определяют цены деления кольцевой 5 и угловой 6 шкал /при этом шкалы могут быть неравномерными и нуждаются в индивидуальной тарировке, что объясняется невозможностью абсолютной повторяемости шероховатости при шлифовании кольцевых участков 4/. При закреплении предлагаемого устройства на немагнитном объекте для фиксации ускорений последнего достигнутая регулировка не изменяется. Если же объект ферромагнитный, то после закрепления предлагаемого устройства на объекте необходимо провести точную дорегулировку.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении инерционный элемент 1 /постоянный магнит/ за счет взаимодействия с ферромагнитной гайкой 9 притянут к основанию 2 и размещен в границах кругового участка 3 поверхности основания 2 с минимальным коэффициентом трения. При действии ускорений в каком-либо направлении инерционный элемент 1 смещается относительно основания 2 в данном направлении, между поверхностями элемента 1 и основания 2 возникает препятствующая смещению сила трения скольжения. Так как в процессе смещения диска 1 от центра к периферии участка 4 все большая площадь диска 1 будет переходить на кольцевые участки 4 с последовательно увеличивающимися коэффициентами трения, то результирующая сила трения будет постоянно увеличиваться до тех пор, пока не скомпенсирует силы инерции от действия ускорения, после чего диск 1 остановится. Очевидно, что при действии ускорений в определенном направлении в течение промежутка времени элемент 1 сместится в данном направлении на величину, характеризующую максимальное ускорение за данный промежуток, при меньших значениях ускорения диск 1 уже никак не может вернуться назад, преодолев силы трения. При изменении направления ускорения в течение данного промежутка диск 1 опять сместится только в том случае, если амплитуда данного ускорения превысит предыдущее максимальное значение амплитуды. Таким образом, в любом случае будет зафиксировано максимальное значение ускорения за данный промежуток времени. Амплитуда ускорения фиксируется по расположению на кольцевой шкале 5 максимально удаленной от центра данной шкалы точки на внешней поверхности диска 1. При достаточно частых окружностях-рисках кольцевой шкалы 4 визуальная фиксация такой точки не представляет сложности. Направление действующего ускорения определяется по ориентации вышеуказанной точки на угловой шкале 6. После измерения элемент 1 сдвигается относительно основания 2 в исходное положение.

Очевидно, что предлагаемое устройство характеризуется предельной простотой и высокой надежностью. Здесь полностью отсутствуют подвижные механические и упругие элементы и работают только магнитные силы и силы трения. Регулировка, осуществляемая смещением гайки 9 относительно основания 2, позволяет предельно расширить функциональные возможности устройства. При измерении малых величин ускорений и соответственно необходимости увеличения чувствительности гайка 9 удаляется от основания 2, силы притяжения элемента 1 к основанию 2 уменьшаются, и при измерениях элемент 1 удаляется далее от центра к периферии /естественно, цена деления шкалы 5 должна при регулировке выстанавливаться в соответствии с данным положением гайки 9/. Для измерения ускорений со значительными амплитудами гайка 9 максимально прижимается к основанию 2, при этом сила притяжения элемента 1 к основанию 2 и соответственно силы трения возрастают, не позволяя элементу 1 уйти под действием ускорений за пределы шкалы 5. Устройство удобно в эксплуатации за счет того, что промежуток времени фиксации максимального ускорения можно как угодно растягивать, все равно устройство покажет максимальную величину ускорения за любой промежуток времени. Это объясняется тем, что инерционный элемент здесь не попадает ни в какое фиксированное положение и при изменении максимального значения ускорения в любую сторону в расширенный промежуток времени может перемещаться повторно в новое установившееся положение.

Источники информации
1. Даммер А., Гриффин Б. Испытание радиоэлектронной аппаратуры и материалов на воздействие климатических и механических условий. - М. - Л., Энергия, 1965, с. 332.

2. А.с. СССР N 1659871, кл. G 01 P 15/04, опублик. 1991.

3. А.с. СССР N 811152, кл. G 01 P 15/04, опублик. 1981 /прототип/.

Устройство предназначено для использования в измерительной технике для регистрации максимальных ускорений, действующих в течение заданного промежутка времени в различных направлениях. Инерционный элемент, выполненный в виде постоянного магнита в форме диска, установлен на одной из сторон плоского немагнитного основания. Участок поверхности основания, размещенный под диском, выполнен с минимальным коэффициентом трения, а окружающая диск поверхность основания выполнена в виде кольцевых концентричных участков с последовательно увеличивающимися в направлении к периферии коэффициентами трения и снабжена кольцевой и угловой шкалами. С другой стороны основания к нему прикреплена соосно с диском резьбовая втулка с навернутой на нее ферромагнитной гайкой, имеющей возможность фиксированного смещения относительно основания. Обеспечивается повышение надежности и простота конструкции. 3 ил.

Устройство для регистрации максимальных ускорений, содержащее инерционный элемент, выполненный в виде диска, установленного на одной из сторон плоского немагнитного основания, отличающееся тем, что инерционный элемент выполнен в виде постоянного магнита, участок поверхности основания, размещенный под диском, выполнен с минимальным коэффициентом трения, а окружающая диск поверхность основания выполнена в виде кольцевых концентричных участков с последовательно увеличивающимися в направлении к периферии коэффициентами трения и снабжена кольцевой и угловой шкалами, при этом с другой стороны основания к нему прикреплена соосно с диском резьбовая втулка с навернутой на нее ферромагнитной гайкой, имеющей возможность фиксированного смещения относительно основания.