Устройство для определения координат центра масс изделия Советский патент 1992 года по МПК G01M1/12 

Известно устройство для определения координат центра тяжести изделия, содержащее основание, раму, узел связи рамы и основания, блок крепления изделия, шар- нирно связанный с рамой и чувствительные элементы, расположенные между основанием и рамой, причем узел связи выполнен в виде шарнирно связанных с основанием и углами рамы стержней, расположенных под углом к плоскости рамы, блок крепления в виде стола, привода для его поворота в вертикальной плоскости и фиксатора поворота, а чувствительные элементы расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, Устройство обеспечивает определение трех координат центра масс благодаря возможности поворота стола (вместе с изделием) относительно двух взаимно- перпендикулярных осей и измерения горизонтальных составляющих реакций в наклонных стержнях (тягах подвеса),

Известен стенд, принятый за прототип, для определения момента инерции и координат центра тяжести моделей судов, содержащий опорную ферму и закрепленную на ней с возможностью качания вокруг горизонтальной оси раму с механизмом перемещения, позволяющим перемещать ее е вертикальной плоскости, стол для крепления модели с грузом, перемещающимся вдоль стола перпендикулярно плоскости рамы, и противовесы, закрепленные на раме с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, причем механизм перемещения выполнен в виде двух ходовых винтов с резьбой различного шага и направления, обеспечивающих перемещение противовесов и рамы относительно фермы в противоположных направлениях, а противовесы перемещаются по резьбе большего шага. Стенд обеспечивает центровку изделия (модели) относительно заданной оси, т.е. определение центра масс путем перемещения изделия по платформе в горизонтальном направлении и перемещения вместе с платформой в вертикальном направлении. При этом платформа постоянно уравновешена относительно оси качания посредством подвижных противовесов. Разбалансировка платформы регистрируется силоизмерительным устройством, распо- ложенным между опорной фермой и связанной с платформой рамой стенда.

Недостатками прототипа являются ма- лай точность и ограниченные эксплуатационные возможности вследствие того, что крепление изделия осуществляется посредством установки на платформу. В результате положение изделия (и, как следствие, - положение его центра масс) определяется с

точностью до величин относительной линейной погрешности установки изделия на платформе и относительно наружных выступающих частей изделия (а не относительно

штатных или нештатных центров креплений, положение которых определено с заданной точностью). Изделие должно иметь по крайней мере две установочные поверхности (платформа имеет плоскую площадку), положение которых также влияет на точность измерений. Указанные недостатки не позволяют повысить точность измерений и ограничивают применение стенда в части определения координат центра масс изделий произвольной формы.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерений и расширение эксплуатационных возможностей в части определения координат центра

масс изделий сложной формы.

С этой целью в известном устройстве, содержащем основзниес шарнирными опорами, установленную на них платформу с направляющими для закрепления изделия,

каретку и уравновешивающий ее противовес, установленные на направляющих с возможностью перемещения вдоль них и весоизмерительный инструмент, размещенный под одной из опор, платформа еыполнена в виде горизонтальной балки с двумя вертикальными штангами, одна из которых фиксирована относительно основания неподвижно, а вторая закреплена шарнирно на каретке, штанги на свободных

концах снабжены шарнирно закрепленными с возможностью поворота относительно трех взаимно-перпендикулярных осей захватами, предназначенными для крепления изделия, причем центр поворота каждого

захвата совмещен с центром его масс осью штанги. Устройство может иметь усовершенствования для дополнительного повышения точности измерений. Центр масс второй штанги может быть выведен в точку

пересечения оси этой штанги с осью ее поворота на шарнире каретки. Одна или обе штанги устройства могут быть выполнены регулируемыми по длине. Вторая штанга, центрированная относительно оси поворота на шарнире каретки и регулируемая по длине может быть снабжена противовесом, установленным на ней подвижно е осевом направлении.

На фиг Л изображена одна из возможных конструкций устройства; на фиг.2 - его плоское схематичное изображение с обозначениями параметров и геометрической схемой.

Устройство (фиг. 1,2} имеет основание t,

на котором закреплены шарнирные опоры 2

и 3 с осями поворота X и Y соответственно, причем между основанием 1 и опорой 3 установлен весоизмерительный инструмент 4. На опорах установлена платформа (балка) 5 устройства, выполненная в виде призматической балки.- На внешней поверхности балки 5 как на направляющей расположены каретка 6 и противовес 7 с возможностью перемещения в1 разные стороны посредством, например, двойного ходового винта 8. Штанга 9 устройства закреплена вертикально и неподвижно относительно опоры 2. Вторая штанга 10 закреплена на каретке б посредством шарнирной опоры 11 : осью поворота z. На свободных концах штанги снабжены захватами 12 и 13. например, резьбовыми, с винтами 14 и 15, установленными с возможностью поворота относительно трех взаимно-перпендикулярных осей вокруг своих центров А и В, лежащих на осях штанг. Посредством захватов 12 и 13 на устройстве закрепляется изделие 16 с центром масс О, положение которого надо определить. Центр масс штанги 10 выведен на ось ее поворота z посредством противовеса 17. Штанги 9 и 10 могут регулироваться по длине с помощью ходовых винтов 18 и 19. Штанга 10 может быть снабжена подвижным противовесом 20. Для контроля и регулировки устройство может быть снабжено регулировочным винтом 21. противовесом 22, линейной мерой 23, угломером 24 иуров- нем 25.

Устройство на фиг. 1,2 работает следующим образом. Изделие 16 закрепляется на устройстве посредством винтов 14 и 15 на концах штанг 9 и 10. При этом каждый из захватов 12, 13 поворачивается вокруг своего центра на требуемый угол для обеспечения соосности резьбового гнезда изделия и винта захвата, Балка 5 устанавливается в горизонтальное положение регулировочным винтом 21 с контролем уровнем 25. Посредством двойного ходового винта 8 каретка 6 перемещается до установки штанги 10 в вертикальное положение с контролем по линейной мере 23 и угломером 24. Противовес 7 движется в направлении, обратном перемещению каретки 6, поэтому разбалансирования балки устройства относительно оси поворота X опоры 2 не происходит. Относительная длина штанг 9 и 10 изменяется посредством винтов 18 и 19, при этом противовес 20 перемещается винтом 19 в направлении, обратном перемещению выдвижной части штанги 10 и обеспечивает сохранение ее центровки относительно оси ее поворота z. Весоизмерительным инструментом 4 измеряют весовую реакцию FI изделия на известном плече S .

(расстояние между опорами 2 и 3), по которой определяется проекция ai центра масс О на ось балки с отсчетом от оси X поворота опоры 2:

ai FiS

mg

где mg - вес изделия с массой т;

i - номер измерений.

Координаты центра масс как составляющие радиус-вектора г0 относительно системы координат изделия с началом в полюсе С определяются из системы линейных

уравнений вида

е r0 ai + ei ГА ,

где ei - орт горизонтальной оси балки в системе координат изделия (например, когда центры захватов лежат на одной горизонтали):

25

- гв - гд

ei ,

I гв - ГА I

ГА, гв - радиус-векторы центров захватов 12 и 13 (точек А и В) относительно полюса С (С - произвольная точка, связанная с изделием, относительно которой заданы радиус-векторы центров захватов). Для определения трех координат необходимы как минимум три измерения с различными расположениями изделия относительно горизонтальной оси балки устройства.

Погрешность 6 3 определения величины ai вследствие неточности установки изделия на устройстве определяется по формуле

5а, х

L+6L

v Гд, L+OL / Д 2

х 61(ттгг) ,

где Л - погрешность установки каретки (ошибка в определении расстояния R - проекции расстояния между опорами 2 и 11 на горизонтальную ось балки устройства; отно- шение Ак c,L,R является величиной первого порядка малости);

L - длина штанги 10 (от центра захвата до оси балки);

д L - погрешность определения L, у - угол между горизонтальной осью

балки и линией, соединяющей центр захвата 12 (точка А) с центром масс изделия;

с - расстояние между центром захвата 12 (точка А) и центром масс изделия.

Относительно погрешности установки каретки А величина д В является величиной второго порядка малости, - этим обеспечена более высокая точность измерений, чем на известных устройствах. Точность также увеличивается при уменьшении величины у посредством регулировки дяин штанг {с выводом центра масс на одоу горизонтально с точкой А) и повторных измерений. Возможность изменения длин метен г позволяет также сократить количество переустановок изделия на устройстве с трех до двух. Благодаря универсальной конструкции захватов устройство имеет расширенные эксплуатационные возможности и позволяет определять координаты центра масс изделий сложной формы. Устройство имеет небольшой поперечный гвбарит (плоскую форму) и небольшую массу.

Формула изобретения 1. Устройство для определения коор- динат центра масс изделия, содержащее основание с шарнирными опорами, установленную на них платформу с направляющими для закрепления изделия, каретку и уравновешивающий ее противовес, установленные на направляющих с возможностью перемещения вдоль них, и весоизмерительный инструмент, размещенный под одной из опор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения эксплуатационных возможностей, оно снабжено двумя вертикальными штангами, одна из которых неподвижно закреплена на платформе, а другая - подвижно на каретке, захватами, шарнирно закрепленными на свободных концах штанг с возмож- ностью поворота относительно трех взаимно-перпендикулярных осей и предназначенными для закрепления изделия, а центр поворота каждого захвата совмещен

с его центром масс и с продольной осью штанги, а платформа выполнена в виде горизонтальной балки,

2.Устройство по п.1, отличающее- с я тем, что вторая штанга установлена так,

что ее центр масс расположен в плоскости, параллельной плоскости платформы и проходящей через ось шарнира каретки.

3.Устройство поп.1,отяичающее- с я тем. что штанги регулируемы по длине.

4. Устройство по пп,1 и 3, отличающее с я тем, что оно снабжено противовесом, установленным на второй штанге подвижно в осевом направлении.

Использование: средство измерительной техники для машиностроительного производства и исследований в области точной механики, преимущественно для изделий сложной формы. Цель - повышение точности и эксплуатационных свойств. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем основание с шарнирными опорами, установленную на них платформу с направляющими для закрепления изделия, каретку и уравновешивающий ее противовес установленные на направляющих с возможностью перемещения вдоль них и Изобретение относится к машиностроению, точной механике, измерительной технике и преимущественно может быть использовано для определения координат центра масс изделий сложной формы. Известно устройство для определения центра тяжести тел сложной конфигурации, содержащее раму, укрепленную на горизонтально расположенном валу, вращающемся в опорах, ось которого лежит в-плоскости весоизмерительный инструмент, размещенный под одной из опор, платформа выполнена в виде горизонтальной балки с двумя вертикальными штангами, одна из которых фиксирована относительно основания неподвижно, а вторая закреплена шарнирно на каретке, штанги на свободных концах снабжены шарнирно закрепленными с возможностью поворота относительно трех взаимно перпендикулярных осей захватами, предназначенными для закрепления изделия, причем центр поворота каждого захваУа совмещен с центром его масс и с продольной осью штанги. С целью дополнительного увеличения точности центр масс второй штанги выведен в точку пересечения ее продольной оси с осью ее на шарнире каретки, вводится возможность регулировки длины штанг, установка подвижного противовеса на второй штанге. Положительный эффект: снижение влияния неточности установки изделия и параметров устройства «а результаты измерений до величины второго порядка малости, возможность измерения координат центра масс изделий сложной формы, небольшой поперечный габарит и относительно небольшая масса устройства. 3 з.п.ф-лы, 2 ил. рамы, причем на противоположных поверхностях рамы параллельно одна другой укреплены плиты одинакового веса, связанные со средством, обеспечивающим их синхронное перемещение в противоположные стороны в направлении, перпендикулярном оси вала. Устройство постоянно центрировано относительно опор благодаря применению подвижных противовесов (плит) и позволяет перемещать тело (изделие) относительно опор. VI VI Ю о со ел

.

(О