Устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов Российский патент 2023 года по МПК G01M1/10 

Изобретение относится к области статической или динамической балансировки машин и конструкций, в частности может быть использовано для определения моментов инерции и положения центра масс объектов.

Известно устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов (Патент №2698536, РФ. Устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов. Белоконов И.В., Баринова Е.В., Ивлиев А.А., Ключник В.Н., Тимбай И.А.), содержащее станину с соосными подшипниками качения, шпиндель с рабочим столом, имеющий соосные шипы для установки в подшипники станины, и торсион, закрепленный верхним концом к станине, а нижним к шпинделю. Работа устройства основана на измерении периода колебаний рабочего стола с установленным на нем объектом.

Недостатком такого устройства является то, что шипы шпинделя, установленные с возможностью осевого перемещения в подшипниках станины, могут проворачиваться во внутренних кольцах подшипников станины. Нестабильность вращения внутренних колец подшипников, а также тел качения приводит к изменению момента инерции шпинделя в процессе измерений и, соответственно, к снижению точности измерений.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет обеспечения стабильного вращения внутренних колец подшипников вместе с шипами и обеспечения постоянства контакта тел качения с кольцами подшипников.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения положения центра масс и моментов инерции объектов, содержащем станину с двумя соосными радиальными подшипниками, шпиндель, установленный в подшипниках станины посредством двух соосных шипов, входящих во внутренние кольца подшипников станины, и торсион, прикрепленный верхним концом к станине, а нижним к шпинделю, между шипами шпинделя и подшипниками станины установлены пружины сжатия, опирающиеся одним концом в заплечики шипов, а другим во внутренние кольца подшипников.

Устройство показано на фиг. 1. На фиг. 2 показан местный вид А с фиг. 1.

На станине 1 установлены верхний 2 и нижний 3 подшипники качения, расположенные соосно. Под подшипником 2 установлен узел 4 крепления торсиона 5. На шпинделе 6 установлены верхний 7 и нижний 8 шипы для установки шпинделя 6 в подшипники 2 и 3 станины 1. В верхней части шип 8 имеет узел крепления 9 торсиона 5. В верхней части шпиндель 6 имеет рабочий стол для установки объекта. Станина 1 имеет датчик 10 положения равновесия шпинделя 6.

Между шипом 7 и подшипником 2, а также, между шипом 8 и подшипником 3 установлены пружины 11. Пружины 11 опираются на заплечики шипов 7 и 8 посредством опорных тарелок 12, а на внутренние кольца подшипников 2 и 3 - посредством тарелок 13. Вращающий момент от шипов 7 и 8 передается за счет сил трения через пружины и тарелки на внутренние кольца подшипников 2 и 3. Осевая сила, действующая на внутренние кольца подшипников 2 и 3, составляющая величину порядка нескольких процентов веса шпинделя 6, обеспечивает постоянство контакта тел качения с кольцами подшипников и момент трения между наружными кольцами подшипников и станиной 1.

Таким образом, пружины, опорные тарелки и внутренние кольца всегда вращаются с угловой скоростью шпинделя. Наружные кольца подшипников всегда неподвижны. Вращение тел качения подшипников вокруг оси шпинделя и собственных осей, в силу постоянства их контакта с кольцами подшипников, стабильно и учитывается при определении момента инерции пустого шпинделя.

Вал 6 висит на торсионе 5, а подшипники 2 и 3, задающие ось вращения вала 6, воспринимают радиальную нагрузку, обусловленную несовпадением общего центра масс шпинделя 6, рабочего стола и объекта с осью вращения шпинделя 6, и небольшую осевую нагрузку от пружин 11.

Поскольку радиальная нагрузка на подшипники 2 и 3 влияет на момент сопротивления вращению вала 6, для ее уменьшения расстояние (Н) между подшипниками 2 и 3 задано существенно большим отклонения (R) общего центра масс от оси вращения вала 6.

С целью уменьшения сопротивления вращению в устройстве используются коррозионно-стойкие подшипники без смазки.

Устройство работает следующим образом.

Шпиндель 6 отклоняется от положения равновесия и отпускается. Под воздействием торсиона 5 шпиндель 6 с рабочим столом и объектом совершает крутильные колебания. Момент прохождения шпинделя 6 через положение равновесия фиксируется датчиком.

Через период колебаний и крутильную жесткость вычисляется момент инерции колебательной системы. При смещении объекта по осям координат рабочего стола момент инерции колебательной системы изменяется и, соответственно, изменится период колебаний. Измерением периода колебаний шпинделя для различных положений объекта на рабочем столе и его различных ориентаций вычисляются координаты центра масс объекта, а затем и моменты инерции (с использованием теоремы Штейнера). Крутильная жесткость колебательной системы определяется путем проведения измерений для объекта (эталона) с известной массой и координатами центра масс, например, диска.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность устройства для определения положения центра масс и моментов инерции объектов.

Изобретение относится к области статической или динамической балансировки машин и конструкций, в частности, может быть использовано для определения моментов инерции и положения центра масс объектов. Устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов содержит станину с установленными на ней соосными радиальными подшипниками качения и узлом крепления торсиона, шпиндель с рабочим столом, двумя шипами и узлом крепления торсиона, торсион. Станина имеет датчик положения равновесия шпинделя. Шпиндель выполнен в виде вала с консольными шипами, установленными во внутренних кольцах подшипников станины с возможностью осевого перемещения. Торсион выполнен в виде стержня, закрепленного верхним концом к станине, а нижним к валу. Торсион, шипы вала и подшипники станины расположены соосно. Между шипами шпинделя и подшипниками установлены пружины сжатия, опирающиеся одним концом в заплечики шипов, а другим - во внутренние кольца подшипников, а между пружинами и опорными поверхностями установлены опорные тарелки. Технический результат заключается в обеспечении гарантированного вращения, в процессе измерений, внутреннего кольца подшипника и тел качения и, соответственно, повышении точности измерений. 2 ил.

Устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов, содержащее торсион, станину с установленными на ней соосными радиальными подшипниками качения и узлом крепления торсиона и шпиндель с рабочим столом, двумя шипами и узлом крепления торсиона, установленный на станине таким образом, что шипы шпинделя установлены во внутренних кольцах подшипников станины с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что станина имеет датчик положения равновесия шпинделя, между шипами шпинделя и подшипниками станины установлены пружины сжатия, опирающиеся одним концом в заплечики шипов, а другим - во внутренние кольца подшипников, а между пружинами и опорными поверхностями установлены опорные тарелки.