Устройство для определения жесткости упругих элементов Советский патент 1986 года по МПК G01M5/00 

.Изобретение относится к технике контроля качества упругих чувстви- тельных элементов и механических манометров .

Цель изобретения - повьшение точности и расширение диапазона измерений .

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. . .

Основой устройства для измерения коэффициента жесткости упругих элементов является гироскон 1, кото12

рый установлен в кожухе 2, а кожух 2, в свою очередь, с помощью цапф 3 в скобе 4. Ввиду такой установки гироскопу обеспечивается две степени свободы. Первая степень свободы обеспечивается вращением гирос о а 1 вокруг оси собственного вращения, вследствие чего формируется кинетический момент Н , равный произведению момента инерции ротора гироско-i па на угловую скоростью собственного вращения. Вторая степень свободы гироскопу обеспечивается поворотом относительно цапф .3. Скоба 4 через редуктор 5 механически связана С днигатёлем 6, имеющим электрическую связь с интегратором 7. На цапфе 3 гироскопа установлено приспособление 8 для установки испытуемого упругого элемента 9. Приспособление 8 имеет механическую связь с устройством 10

сравнения, которое механически связа- jr ругого элемента.

Принцип работы предлагаемого,устно с задатчиком 11 выходной координаты гироскопа.. Задатчик 11 выходной координаты выполнен в виде микрометрического винта с нониусной шкалой, проградуированной в угловых единицах. 40 Устройство 10 сравнения электрически связано через исполнительный орган 12 с первым входом интегратора 7 и фиксатором 13 времени деформации, выход которого имеет электрическую связь 45 с вычислителем 14 коэффициента жесткости. На второй вход интегратора 7 подается входное напряжение с задатчика 15 входной величины интегратора. Задатчик 15 выполнен в виде потен- JQ циометра и предназначен для задания входного напряжения на входе интегратора 7, зависящего от диапазона измерения.

Устройство работает следующим об- 55 разом.

На гироскоп 1 подается напряжение питания, а в приспособление 8 устаройства обосновьгеается следующими математическими зависимостями.

В установившемся движении упругая сила деформации испытуемого упругого элемента уравновешивается силой гироскопического происхождения, т.е.

K-ol H aJ-sin/a, (1) где К - коэффициент жесткости упругого элемента;

oL координата деформации упругого элемента;

Н - кинетический момент гироскопа;

угловая скорость вынужденного вращения двухстепенного гироскопа вокруг вертикальной оси;

угол между векторами Н HoJ. Дпя углов (что обеспечивается соответствующим выбором параметров ) получают из уравнения (1)

4J -

Э Н 1

(2;

47704-2

навливается калибруемый упругий элемент 9. С помощью задатчика 11 устанавливается строго определенная координата деформации о( , а с помощью

5 задатчика 15 на вход интегратора 7 подается постоянный по амплитуде сигнал Ugy , после чего подается команда на включение устройства. С выхода интегратора 7 сигнал, нарастаю10 щий по линейному закону, поступает на обмотку управления двигателя 6, который приводит во вращательное движение через редуктор 5,скобу 4 с двухстепенным гироскопом 1 с угло- 15 вой скоростью д. Одновременно включается фиксатор .13 времени деформации. Нарастающий, с постоянной скоростью гироскопический момент М в- соответствии с правилом Жуковского

20 поворачивает гироскоп 1 вокруг цапф 3, деформируя упругий калибруемый элемент 9, закрепленный в приспособлении 8. .

При повороте гироскопа Г на велй25 чину заданной выходной координаты с устройства 10 сравнения через исполнительный орган 12 выдается команда на выключение фиксатора 13 времени и на отклонение интегратора 7.

30 Время, в течение которого упругий элемент деформируется на постоянную величину, определяется фиксатором 13 времени, с помощью вычислителя 14 вычисляется коэффициент жесткости упройства обосновьгеается следующими математическими зависимостями.

В установившемся движении упругая сила деформации испытуемого упругого элемента уравновешивается силой гироскопического происхождения, т.е.

K-ol H aJ-sin/a, (1) где К - коэффициент жесткости упругого элемента;

oL координата деформации упругого элемента;

Н - кинетический момент гироскопа;

угловая скорость вынужденного вращения двухстепенного гироскопа вокруг вертикальной оси;

угол между векторами Н HoJ. Дпя углов (что обеспечивается соответствующим выбором параметров ) получают из уравнения (1)

4J -

Э Н 1

(2;

К

Н dt

М dt

Если обеспечить постоянство -углового ускорения вращения скобы 4 гироскопа 1 (в предлагаемом устройстве это реализуется применением интегратора 7 и двигателя 6 с редуктором 5), то из выражения (3) получают

K do(c-d t, где

dbJ

(4)

dt

к- - t к- t.

Проинтегрировав левую и.правую части выражения (4), получают

(5)

При постоянных сны. коэффициент жесткости и упруго го элемента пропорционален времени деформации t. Значения постоянных с и 0 хранятся в памяти вычислителя 14 и используются для вычисления К по информации, полученной от фиксатора 13 времени. Параметры гироскопа, интегратора и двига- |теля. с редуктором рассчитываются по 1известным расчетным формулам.

Применение предлагаемого устройст- 1ва позволяет.увеличить точность измерения коэффициента жесткости упругих элементов в широком диапазоне. Выбирая параметры замкнутой динамической системы известными методами, можно добиться осуществления процесса измерения коэффициента жесткости

Редактор С. Лисина

Составитель А. Соколовский

Техред О.Гортвай КорректЪр С. Шекмар

Заказ 4114/40 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

. Производственно-полиграфическре предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7704

при малых координатах деформации упругого элемента, чем обеспечивается повышение точности измерения.

Расширение диапазона измерения коэффициента жесткости достигается .путем изменения параметров системы: кинетического .момента гироскопа, коэффициента передачи интегратора, величины входного напряжения интег

10

ратора, а также выбором фиксированного угла деформации.

Формула изобретения

Устройство для определения жесткости упругих элементов, содержащее нагружающий механизм, стабилизатор параметров нагружения, датчик жесткости подключенный к измерителю времени, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности и расширения диапазона измерений, в него введен вычислитель коэффициента жесткости, нагружающий механизм выполнен в виде двухстепенного гироскопа с электроприводом, стабилизатор параметров нагружения вьшолнен в виде стабилизатора напряжения питания электропривода, датчик жесткости выполнен в виде реле перемещения упругого элемента, причем измеритель времени соединен с вычислителем коэффициента жесткости и подключен к входу стабилизатора градиента напряжения питания электропривода, причем к этому же входу подключено реле перемещения ./