Двойная центрифуга Советский патент 1983 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к приборо строению и может быть использовано устройствах для воспроизведения га монических линейных ускорений при поверке, градуировке и исследовани низкочастотных линейных акселерометров . Известны двойные центрифуги, со держащие ротор с приводом, установ ленный на роторе в аэростатических подшипниках поворотной стол с приводом и закрепленный на поворот ном столе жестко исследуемый акселерометр Cl При больших значениях амплитуд воспроизводимых гармонических линейных ускорений на этих центрифу гах происходит смятие зазоров в аэ статических подшипниках поворотног стола из-за возникающих при этом больших центробежных усилий. Это приводит к потере работоспособност аэростатических подшипников поворотного стола и, следовательно, к ограничению верхнего предела значений воспроизводимых гармонических линейных ускорений указанными центрифугами. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является двойная центрифуга, содержащая ротор вала с приводом, установленный в аэростатических подцшпниках пово ротный стол с приводом, выполненный в виде вала, установленного на роторе в аэростатическом подшипник и источник регулируемого давления 2. В конструкции известной центрифуги для компенсации центробежной силы, приложенной к поворотному столу, применено последовательное соединение звеньев преобразования измеренных значений центростремите ного ускорения или скорости вращения ротора в давление сжатого воздуха, поступающего в камеру поворотного стола. При этом погрешност компенсации центробежной силы скла дывается из погреашостей всех звен данной разомкнутой цепи. Это -ведет к большой погрешности сохранения постоянным при работе значения R - радиуса вращения оси поворотного стола и, следовательно амплитуды воспроизводимого центрифугой гармонического линейного ускорения , где - угловая ско рость вращения ротора. Причем при возрастании значений амплитуд восп изводимых гармонических линейных ускорений данной двойной центрифуг гой погрешность сохранения постоян ным радиуса R может сравняться или превысить величину зазора аэростатических подшипников поворотного стола, что приводит к потере работоспособности центрифуги. Кроме этого, в воспроизводимых значениях гармонических линейных ускорений присутствуют составляющие ускорения силы тяжести, возникающие вследствие упругих статических деформаций плеча ротора и из-за негоризонтальности поворотного стола, возникающей вследствие неточности уравновешивания пpiилoжeннoй j нему центробежной силы. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения гармонических линейных ускорений центрифугой в широких пределах. достигается тем, что в двойной центрифуге, содержащей ротор в виде вала с приводом, установленный в аэростатических подшипниках, поворотный стол с приводом, выполненный в виде вала, установленного на роторе в аэростатическом под; шипнике, и источник регулируемого давления, боковая поверхность ротора установлена в аэростатическом подшипнике, нижний торец - в аэростатическом подпятнике, боковая поверхность поворотного стола, являющаяся частью аэростатического подшипника установлена в теле ротора, а нижний торец стола является подвижной частью аэростатического подпятника, при этом источник регулируемого давления в виде полого цилиндрического корпуса установлен неподвижно на роторе ось вращения которого совпадает с осью симметрии корпуса, содержащего чувствительньой элемент, образующий в корпусе две измерительные камеры, канал питания низкого давления с двумя распределительными камерами , расположенными в корпусе симметрично Относительно чувствительного элемента, два измерительных сопла, сообщенных с измеритель-, ными камерами и закрепленных жестко на роторе навстречу друг другу в плоскости, проходящей через оси вращения ротора и поворотного стола, две регулируемого давления поддува аэростатического подшипника поворотного стола, расположенные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента, канал питания высокого давления с двумя распределительными камерами, размещенными в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента, две аэростатические направляющие, расположенные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента и разделяющее распределительные камеры каналов питания низкого и вы-, сокого давления, два штока, скрепленные жестко с чувствительным элементом и перемещающиеся в аэростатических направляющих вместе с расположенными на каждом из них двумя коническими участками, два отверстия поддува аэростатического подшипника поворотного стола, сообщенные каждый с соответствующей камерой регулируемого давления и расположенные на роторе неподвижно и согласованно с измерительными соплс№1И, на входах и измерительные камеры два переменных дросселя, в которых размещены конические участки штоков, большие диаметры которых расположены с BHetu них сторон этих камер, на входах в камеры регулируемого, давления два переменных дросселя, в которых боль шие диаметры конических участков шт ков размещены с внешних сторон этих камер. На чертеже изображена двойная центрифуга, разрез. Центрифуга содержит ротор 1, установленный в аэростатических подшипниках и подпятнике 2 и проводимый во вращение приводом 3. Поворотный стол 4 установлен на роторе в аэростатических подшипнике и подпятнике 5. Источник регулируемого давления вкгаочает: полый цилиндрический корпус 6, установленный неподвижно на роторе так, что его ось симметрии совпадает с осью вращения ротора, чувствительный элемент 7, представляющий собой мембрану с жестким центром и образующий в корпусе две измерительные камеры А и. Б, канал 8 питания низкого давления устройства с двумя распределительными ка мерами В и С, расположенньо14и в кор пусе симметрично относительно чувствительного элемента, два измерительных сопла 9, сообщенных с изме рительными камерами и закрепленных жестко на роторе навстречу друг др в плоскости, проходящей через оси вращения ротора и. поворотного стол две камеры регулируемого давления д и Е поддува аэростатического под шипника поворотного стола, располо женные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента, канал 10 питания высокого давления с двумя распределительными камерами К и М, размещёнными в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента, две аэростатические направляющие 11, расположен ные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента и разделяющие распределительные ка. меры В и К, С и М (подвод пневмопитания к аэростатическим направ-. ляющим дляупрощения не показан), два штока 12, скрепленных жестко с чувствительным элементом и перемещающихся в аэростатических направляющих вместе с расположенными на каждом из них двумя коническими участкагии 13,два отверстия 14 подд ва аэростатического подшипника поворотного стола, сообщенных с соответствующими камерами регулируемого давления и расположенных на роторе неподвижно и согласованно с измерительными соплами, на входах в измерительные камеры два переменных дросселя 15, в которых размещены конические участки штоков так, что их большие диаметры расположены с внеш них сторон этих камер, а на входах в камеры регулируемого давления расг положены два перемен1}ых дросселя 16, в которых конические участки Штоков размещены так, что их большие диаг метры расположены с внешних сторон этих камер. Сжатый воздух к аэростатическим подшипнику и подпятнику ротора подается через станину 17, а к подпятнику поворотного стола через круговую канавку подпятника ротора. Приводом ротора может служить электродвигатель или реактивный воздушный двигатель. Питание сжатым воздухом источника регулируемого давления осуществляться аналогично питанию подпятника поворотного стола или через коллектор (не показано, причем в канал питания низкого давления устройства подается воздух под малым давлением а в канал питания высокого давления - под большим давле- нием. Исследуемый акселерометр 18 устанавливается жестко на поворотном столе, который может приводиться во вращение электродвигателем или реактивным воздушным двигателем 19. Предлагаемая двойная центрифуга работает следующим образом. Значения воспроизводимых центрифугой гармонических линейных ускорений строго соответствуют определенным скоростям вращения ротора и поворотного стола, а также расстоянию между осью вращения ротора и осью вращения поворотного стола R . При одновременном вра1 |ении ротора 1 и поворотного стола 4 центробежное усилие перемещает последний во втулке его аэростатического подшипника по радиусу от оси вращения ротора, что приводит к отклонению -значений .воспроизводимых центрифугой амплитуд гармонических линейных ускорений. Однако это перемещение вызывает уменьшение зазора перед измерительным соплом, расположенным на pojrope перед боковой цилиндрической поверхностью поворотного стола с внешней, относительно оси вращения ротора, стороиы что приводит к увеличению давления в измерительной.камере А , и увеличение за:йора перед измерительныгл соплом, расположенньи на роторе перед боковой цилиндрической поверхностью поворотногостола с внутренней, относительно оси вращения ротора, стороны, что в свою очередь приводит к уменьшению давления в измерительной камере В. Получающайся в результате этого разность давлений в измерительных камерах А и Б приводит в движение чувствительный элемент 7 (мембрану с жестким центром ) и скрепленные с ним жестко штоки 12 с расположенньпйи на них коническими участками 13 вниз. При этом, проходное сечение входного дросселя измерительной камеры А уменьшается, а проходное сечение входного дросселя измерительной камеры Б увеличивается, что способствует поддержанию постоянным давления воздуха в этих камерах ив совокупности с низким давлением питания этой части источника регулируемого давления обеспечивает высокие его динамические характеристики, а следовательно, и высокую динамическую точность.

Перемещение штоков 12 вызывает увеличение проходного сечения входного дросселя камеры регулируемого давления Д, что ведет к увеличению давления в этой камере и, следовательно, к увеличению давления воздуха ПОДВОДИМОГ9 к отверстию поддува, расположенному в электростатическом подшипнике поворотного стола с внешней относительно оси вращения ротора стороны. В то же время происходит уменьшение проходного сечения входного дросселя камеры регулируемого давления Е,.что ведет к уменьшению давления в этой камере и, следовательно, к уменьшению давления воздуха, подводимого к отверстию подцува аэростатического подшипника поворотного стола, расположенного с внутр енней относительно оси вращения ротора стороны. В результате получается, что в зазоре аэростатического подшипника поворотного стола источником регулируемого давления создается более высокое давление подводимого воздуха там, где зазор меньше, и более низкое давление там, где зазор больше. При этом создающаяся разность давлений в аэростатическом

подшипнике поворотного стола стремится возвратить его в начальное положение.

Таким образом, для повьошения точности воспроизведения гармонических линейных ускорений в предложенной двойной центрифуге введена отрицательная обратная связь по положению поворотного стола относительно ро-. тора, осуществляемая источником регулируемого давления в совокупности с аэростатическим подишпником стола. При этом, если измерительная часть (звено ) этих устройств , преобразующая величину изменения зазоров перед измерительными соплами в величину перемещения измерительных штоков, имеет большую чувствительность, что легко достигается применением малых углов конусов конических участков измерительных штоков, расположенных во входных дросселях измерительных камер,то компенсация центробежной силы, приложенной к поворотному столу, компенсирующей частью (звеном отрицательной обратной связи) , осуществляющей преобразование величины перемещения измерительных штоков в величину перемещения поворотного стола относительно ротора, выполняется с высокой точностью и может быть повышена теоретически неограниченно при уменьшении углов конусов указанных выше конических участков измерительных штоков.

Следовательно, в предлагаемой двойной центрифуге можно,, практически, исключить влияние центробежной силы на ее работу, а в совокупности с выполнением ротора и поворотного стола каждого в виде вала, снабженного аэростатическим подпятником, устранить присутствие в воспроизводимых гармонических линейных ускорениях составляющих ускорения силы тяжести и достичь значительного повышения точности воспроизведения гармонических линейных ускорений. Предлагаемая центрифуга позволяет это осуществлять в широких пределах, так как измерение поожения поворотного стола относительно ротора и компенсация центробежной силы осуществляется здесь ифференциальными методами.

ДВОЙНАЯ ЦЕНТРИФУГА, содержащая ротор в виде вала с приводом, установленный в аэростатических подшипниках , поворотный стол с приводом, выполненный в виде вала установленного на роторе в аэростатическом подшипнике, и источник регулируемого давления,отличают ая с я тем, что, с целью повышения точности воспроизведения гармонических линейных ускорений в широких пределах, в ней боковая поверхность ротора установлена в аэростатическом подшипнике, нижний торец - в аэростатическом подпятнике, -боковая поверхность поворотного стола, являющаяся частью аэростатического подшипника, установлена-в теле ротора, а нижний торец стола .является подвижной частью аэростатического подпятника, при этом источник регулируемого давления в виде полого цилиндрического корпуса установлен неподвижно на роторе, ось вращения которого совпадает с осью симметрии корпуса, содержащего чувствительный элемент, образующий в корпусе две измерите Jib ные камеры, канал питания низкого давления с двумя распределительными камерами, расположенньами симметрично относительно чувствительнопо элемента, два измерительных сопла, сообщенных с измерительными камерами и закрепленных жестко на роторе навстречу друг другу в плоскости, проходящей через оси вращения ротора и поворотного стола, две камеры регулируемого давления поддува аэростатического подшипника поворотного стола, расположенные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента, канал питания высокого давления с двумя распределительньдш камерами, разме)денными в корпусе симметрично относительно i чувствительного элемента;, две аэро(Л статические направляющие, расположенные в корпусе симметрично относительно чувствительного элемента и разделяющие распределительные камеры каналов питания низкого и высокого : давления,два штока,.скрепленные жестко с чувствительным элементом и перемещающиеся в аэростатических направляющих вместе с расположенными йа каждом из них двумя коническими участками, два отверстия поддува аэ ростатического подшипника поворотног го стола, сообщенные каждый с соотtc ветствующей камерой регулируемого давления и расположенные на роторе .. неподвижно и согласованно с измерительными соплами« на входах в измерительные камеры два переменных дрос селя, в которых размещены конические участки штоков, большие диаметры которых расположены с внешних сторон этих камер, на входах в камеры регулируемого давления два переменных дросселя, в которых большие диаметры конических участков штоков расположены с внзиних сторон этих ка-, мер.