ДАТЧИК УДАРНЫХ УСКОРЕНИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01P15/04 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения ударного ускорения.

Известен датчик ударных ускорений (см., например, патент РФ №2164692, кл. G01Р 15/04, 1998 г.), содержащий закрепленные в корпусе два конических седла с размещенными в них инерционными элементами, выполненными в виде шариков и расположенными на рычаге по разные стороны от центра вращения, концы рычага выполнены из магнитомягкого материала и размещены между магнитом и его полюсным наконечником. Магнитная система обеспечивает релейное срабатывание датчика при определенном значении ударного ускорения.

Угол конуса седла выбран таким, что при воздействии ускорения в любом направлении шарики создают на рычаге момент сил, пропорциональный величине ускорения, причем этот момент сил одинаков в пределах допустимой погрешности независимо от направления вектора ускорения.

Момент сил от воздействия ускорения сравнивается с эталонным моментом сил от магнитной системы и при достижении заданного значения ускорения (уставки) происходит перемещение рычага из одного положения в другое и, соответственно, срабатывание исполнительного механизма.

Однако в известном датчике шарики при своем перемещении не всегда катятся, а иногда скользят по образующим конуса. При этом возникающая сила трения создает момент сил на рычаге, что определяет значительную долю погрешности срабатывания датчика.

Значительного уменьшения плеча приложения силы трения (расстояния между точкой контактирования инерционного элемента с рычагом и центральной осью - подвеской рычага) нельзя достигнуть из конструктивных соображений, связанных с размерами шаров.

За прототип выбран датчик ударных ускорений (см., например, патент РФ №2257590, кл. G01P 15/04, 2003 г.), содержащий корпус, расположенную в нем с возможностью поворота ось, на которой выполнены выступы, контактирующие с ними инерционные элементы, каждый из которых выполнен в виде закрепленного в корпусе с возможностью поворота на дополнительной оси несбалансированного рычага, точка контактирования которого с соответствующим выступом расположена в плоскости, проходящей через центр оси, скрепленных с осью тягу исполнительного механизма и якорь, расположенный в пазах полюсов постоянного магнита.

Но и в датчике-прототипе, как показывают расчеты, для достижения необходимой точности срабатывания необходимо иметь, по крайней мере, по три несбалансированных рычага по разные стороны оси, т.е. суммарно шесть рычагов, и, соответственно, шесть дополнительных осей, что приводит к снижению точности срабатывания из-за повышенного трения в опорах дополнительных осей. Кроме того, наличие дополнительных осей в таком количестве усложняет конструкцию и увеличивает габариты датчика.

Предложенное изобретение решает задачу увеличения точности срабатывания датчика с одновременным упрощением конструкции и уменьшением габаритов датчика.

Это достигается тем, что в датчике ударных ускорений, содержащем корпус, закрепленную в корпусе с возможностью поворота ось, на которой выполнены выступы, контактирующие с ними инерционные элементы, каждый из которых выполнен в виде закрепленного в корпусе с возможностью поворота на дополнительной оси несбалансированного рычага, точка контактирования которого с соответствующим выступом расположена в плоскости, проходящей через центр оси, скрепленных с осью тягу исполнительного механизма и якорь, расположенный в пазах полюсов постоянного магнита, при этом три выступа выполнены с одного конца оси, а три - симметрично с другого, причем выступы расположены равномерно вокруг оси и на равном расстоянии от нее и друг от друга, а каждый несбалансированный рычаг расположен параллельно оси между соответствующими симметричными выступами, при этом центр масс каждого несбалансированного рычага расположен в плоскости, наклоненной к плоскости, проходящей через центр оси и точку контактирования, под углом 31°-37°.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая, а на фиг.2 - конструктивная схема датчика.

Датчик ударных ускорений (см. фиг.1 и фиг.2) содержит ось 1, установленную в корпусе 2 на подшипниках 3, закрепленных в корпусе 2. По концам оси 1 равномерно вокруг нее расположены выступы 4, а параллельно оси 1 и вокруг нее на равном расстоянии размещены несбалансированные рычаги 5, представляющие собой инерционные элементы с центром массы m. Точки контактирования несбалансированных рычагов 5 с выступами 4 расположены в плоскости, проходящей через центр оси 1 (на фиг.1 заштриховано). Каждый несбалансированный рычаг 5 размещен на дополнительной оси 6 в корпусе 2 с возможностью поворота. На оси 1 закреплены якорь 7, размещенный в пазах полюсов 8 постоянного магнита 9, и тяга 10 исполнительного механизма 11.

В качестве исполнительного механизма могут быть использованы, например, индикатор или контакты электрической цепи.

Работает датчик ударных ускорений следующим образом.

Под воздействием ударного ускорения несбалансированные рычаги 5 развивают силы, воздействующие через точки контактирования на выступы 4, при этом независимо от направления вектора ускорения на оси 1 развивается момент силы в одном направлении и одной величины в допустимых пределах.

Инерционным силам, развивающим момент сил М_а на оси, противодействуют силы притяжения якоря 7 к магнитным полюсам 8 постоянного магнита 9, развивающие эталонный момент сил М_эт на оси 1. При этом момент сил от воздействия ускорения сравнивается с эталонным моментом сил от магнитной системы (М_а=М_эт).

После того, как инерционные силы, воздействующие на рычаг 5, преодолевают силы магнитного притяжения якоря 7 к магнитным полюсам 8, несбалансированные рычаги 5 поворачиваются на дополнительных осях 6, вызывая поворот оси 1. Ось 1 поворачивается и через тягу 10 вызывает срабатывание исполнительного механизма 11. Исполнительный механизм 11 замыкает электрическую цепь, либо вызывает отклонение стрелки индикатора.

Как следует из расчета, проведенного при проектировании, расположение центра масс m инерционных грузов в плоскости, наклоненной к оси под углом 31°-37°, обеспечивает минимальную методическую, а следовательно, и суммарную погрешность датчика ударных ускорений, т.е. момент сил от воздействующих ускорений одинаков в пределах допустимой погрешности независимо от направления вектора ускорения.

Расчеты показывают, что в предложенном датчике дополнительная погрешность от сил трения снижена в два раза, что определяется уменьшением количества дополнительных осей. При этом суммарная погрешность (с учетом методической погрешности) уменьшается примерно в 1,5 раза по сравнению с прототипом.

Дополнительным преимуществом предложенного датчика является то, что за счет расположения несбалансированных рычагов 5 параллельно оси 1 значительно уменьшаются габариты датчика (~ в 1,5 раза).

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения ударного ускорения. Датчик содержит корпус 2, закрепленную в корпусе с возможностью поворота ось 1, на которой выполнены выступы 4, контактирующие с ними инерционные элементы, каждый из которых выполнен в виде закрепленного в корпусе с возможностью поворота на дополнительной оси несбалансированного рычага 5, точка контактирования которого с соответствующим выступом расположена в плоскости, проходящей через центр оси, скрепленные с осью тягу 10 исполнительного механизма 11 и якорь 7, расположенный в пазах полюсов постоянного магнита, при этом три выступа выполнены с одного конца оси, а три - симметрично с другого. Выступы расположены равномерно вокруг оси и на равном расстоянии от нее и друг от друга, а каждый несбалансированный рычаг расположен параллельно оси между соответствующими симметричными выступами, при этом центр масс каждого несбалансированного рычага расположен в плоскости, наклоненной к плоскости, проходящей через центр оси и точку контактирования, под углом 31°-37°. Техническим результатом является повышение точности срабатывания при одновременном упрощении конструкции и уменьшении габаритов. 2 ил.

Датчик ударных ускорений, содержащий корпус, закрепленную в корпусе с возможностью поворота ось, на которой выполнены выступы, контактирующие с ними инерционные элементы, каждый из которых выполнен в виде закрепленного в корпусе с возможностью поворота на дополнительной оси несбалансированного рычага, точка контактирования которого с соответствующим выступом расположена в плоскости, проходящей через центр оси, скрепленные с осью тягу исполнительного механизма и якорь, расположенный в пазах полюсов постоянного магнита, отличающийся тем, что три выступа выполнены с одного конца оси, а три - симметрично с другого, причем выступы расположены равномерно вокруг оси и на равном расстоянии от нее и друг от друга, а каждый несбалансированный рычаг расположен параллельно оси между соответствующими симметричными выступами, при этом центр масс каждого несбалансированного рычага расположен в плоскости, наклоненной к плоскости, проходящей через центр оси и точку контактирования под углом 31-37°.