Устройство крепления подвижной части электромеханического прибора Советский патент 1983 года по МПК G01R1/00 

(54) УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ПОДВИЖНОЙ

ЧАСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИБОРА

Изобретение относится к электронзмерительной технике, и может быть использовано при производстве электро измерительных приборов.

Известно устройство крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащее две амортизационные пружины, на свободных концах которых закреплены растяжки, к которым крепится подвижная часть 13.

Недостатком известного устройства крепления подвижной части электроизмерительного прибора является низкая УСТОЙЧИВОСТЬ к механическим воздействиям, так как вследствие малых поперечных размеров растяжек и большой силы натяжения собственные частоты поперечных колебаний подвижной части .на растяжках практически равны, что приводит к сильной связанности поперечных колебаний. В этом случае при частотах возмущений, близких к резонансным, подвижная часть совершает интенсивные колебания, имеющие в поперечной плоскости форму окружности. При наличии ограничителей это приводит к косым ударам букс об ограничители и соответствующим уводам подвижной части.

Кроме того, данное крепление не позволяет регуллиррвать прибор после сборки, что затрудняет тарирбвку прибора.

Известно также устройство крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащее упругий подвес, выполненный в виде двух нитей, на которых закреплены подвижная часть,

10 в нижней части которой соосно с ней установлен цилиндрический ферромагнитный сердечник с коническим основанием, и постоянный магнит цилиндрической формы, закрепленный на непод15вижном основании прибора с возможностью перемещения вдоль оси вращения подвижной части и намагниченный вдоль этой оси, причем вершина постоjf. яннрго магнита выполнена конической ,

формы 21.

Недостатком данного устройства также является низкая виброустойчивость, обусловленная выполнением подвеса/ не обладающего достаточной

25 упругостью, и близостью собственных частот поперечных колебаний подвижной части, так как проекции восстанавливающей силы на оси координат, расположенные в плоскости основания

30 прибора, равны между собой. Цель изобретения - повышение виб роустойчивости. Поставленная цельдостигается тем что в устройстве крепления подвижно части электромеханического прибора, содержащем упругий подвес, закрепле в обойме прибора, на свободном конце которого закреплены подвижная часть прибора, ё нижней части которой соосно с ней размещен цилиндрический ферромагнитный сердечник с коническим основанием, и постоянный магнит, закрепленный на обойме прибора с возможностью перемещения вдоль оси вращения подвижной части, подвес выполнен в виде амортизацион ной пружины и растяжки, один конец растяжки закреплен на свободном кон це амортизационной пружины, а к дру гому ее концу крепится подв.ижная часть прибора, основание постоянног магнита выполнено в виде прямоуголь ного параллелепипеда, а вершина в виде четырехугольной пирамиды, при этом длина меньшей стороны осно вания параллелепипеда и пирамиды pa на диаметру ферромагнитного сердечника, а длина большей стороны опред ляется из выражения .где С - длина большей стороны основания параллелепипеда; К - длина его меньшей стороны. На фиг..1 изображен измерительны механизм с предпагаемым уст5)ойством крепления подвижной части/ йа фиг. 2 подвижная часть в положении равнове сия; на фиг. 3 - то же, в отклоненном положении; на фиг. 4 - обращенные друг к другу части постоянного магнита и ферромагнитного сердечник на фиг. 5 - постоянный магнит, попе речное сечение. Устройство крепления подвижной части 1 ,электромеханического прибора содержит растяжку 2, один конец которой крепится к амортизационной пружине 3, установленной в обойме 4 прибора, а другой конец растяжки 2 крепится к подвижной части 1. Постоянный магнит 5 установлен в обойме. 4 с помощью винта б (фиг. 1). Ось намагниченности магнита 5 ориентирована вдоль оси вращения под вижной- части 1, на которой соосно с магнитом 5 закреплен ферромагнитный сердечник 7 из магнитомягкого материала. Дпя ограничения перемещений подвижной части 1 использованы ограничители 8 и 9, установленные на обойме 4 прибора. Таким образом, в предлагаемом устройстве крепления с одной стороны подвижная часть 1 удерживается в равновесии упругой силой растяж.ки 2, а с другой - силой вз имодействия (притяжения) магнита 5 с ферромагнитным сердечником 7. Для подвода измеряемого тока к подвижной части 1 кроме растяжки 2 используется безмоментный токоподвод 10. Подвиж ая часть 1 установлена в рабочем зазоре магнитной системы 11 и содержит указатель 12. На обойме 4 закреплена шкала 13 прибора. Устройство работает следующим образом. В положении равновесия усилие натяжения TO растяжки 2 (фиг. 2) равно усилию F притяжения магнитом 5 ферромагнитного сердечника. Сила притяжения зависит от геометрических и физических параметров магнита 5 и ферромагнитного сердечника 7 и величины зазора г между ними и равна . pbSj; / 2N VtsMV s24(H -fej2J3/2 (ъД,) s24(z,-fo} 3/2 ( - -, .b+z ; , ..(2) где 2b, 2S - высота и площадь постоянного магнита 5; 2а - дпина ферромагнитного сердечника 7/ ,„ - намагниченность магнита 5 в нейтральном сечении;N - коэффициент размагничивания;lip - магнитная проницаемость ракуума; Z - величина зазора между магнитом 5 и ферромагнитным сердечником 7; : к - длина основания постоянного магнита/ С - его ширина. При этом жесткость амортизационной пружины 3 -выбрана такой, чтобы при продолыном смещении подвижной части 1 до соприкосновения с ограничителем 9 усилие, создаваемое амортизационной пружиной 3, было больше силы притяжения F, а при продольном смещении подвижной части 1 до соприкосновения с ограничителем 8 усилие, создаваемое амортизационной пружиной 3, было меньше силы притяжения F. При отклонении подвижной части 1 в поперечном направлении на величину X (фиг, 3) к подвижной части приклаываются восстанавливающие силы от астяжки Р и от магнита Р, равные F ToCo9ot ; F Fcosotj - (3) Для малых перемещений, когда Х«е ; x«r(c(+b+r), (4) .где Z - длина растяжки 2, . соэо,#|-1 соэ«А2 зГ; - f) Подставляя выражения (5) и-формулы (3), получим выражения для восстанавливающих сил, прикладываемых к подвижной части 1 при ее отклонении в поперечном направлении: с 7 Co + b-fZ где Ср и CM - поперечные жесткости растяжки 2 и магнита 5 соответствей- но, т.е. 1. с 1 лм a+b+z Расчеты по приведенным формулам показали, что в предложенном устройстве подвижная часть удерживается в положении равновесия с помощью . упругих сил, создаваемых растяжкой, и сил взаимодействия между постоянным магнитом и ферромагнитным телом причем восстанавливающая сила от маг нита больше восстанавливающей силы от растяжки. Так, для серийного прибора 4204, у которого TQ 50 Г, 7, и вес подвижной части равен 0,7 г при 2Ь 2 мм, z 1 мм С 3 мм, К 6 мм, IM 19 , N 0,45, 2а 2 мм, d - диаметр фер ромагнитного сердечника - равен получено-Ср 0,7-1о - ; С„ 1,66-102В результате экспериментов установлено, что для получения максимал ной восстанавливающей силы размер меньшей стороны магнита 5 должен быть равен диаметру d ферромагнитно го сердечника 7. В этом случае восстанавливающая сила F вычисляется по формуле (1). При К С и в диапазоне перемещений, меньших величи ны диаметра d, восстанавливающая си ла F меньше силы F, причем эксперименты показали, что с увеличением размера К магнита 5, величина F,, уменьшается по сравнению с величино F примерно пропорциональнс) отношению W , т.е. Р « F Fx«fPx Поэтому, учитывая формулы (6) и (7), можно записать следр ющие выражения для поперечных жесткостей магнита вдоль осей X и Y соответственно с. -с р . мv- м-я4Ъ г (9) (7) где F - усилие притяжения ферромагнитного тела к дополнительному постоянному магниту, вычисляемое по формуле (1), Собственные частоты поперечных колебаний подвижной части в этом случае равны: -L.bl где m - Масса подвижной части , Ср- поперечная жесткость растяжки. Из выражений (11) следует, что с увеличением К при условии, что d С, собственные поперечных колебанийподвижной части разносятся между собой , что обеспечивает виброустойчивооть прибора за счет исключения связанности колебаний подвижной части вдоль осей X и Y. В серийных приборах разнос собственных частот поперечных колебаний менее 10 Гц, что обуславливает сильную связанность поперечных колебаний и низкую виброустойчивость приборов. Расчеты позволили установить, что . связанность поперечных колебаний пренебрежимо мала при величине разноса частот 20 Гц и более 3 . Определим теперь из выражений (11) величину отношения тт , при которой разнос частот 20 Гц или более: 2F(l VS:-VVT M)- (12)Как показали расчеты 2 Ср(13) Тогда . . V ( -т 5fc ( (14, парциальная частота поперечных колебаний, величина которой для извест- ных приборов лежит в диапа.зоне (60100) Гц. При наихудшем стечении обртоятельств , 60 Гц. Поэтому перепишем формулу (14) в виде откуда (-f ГПри л 20 Гц из выражения (16) имеем:

Таким образом, при К 2d разнос частот больше 20;Гц даже в самом наихудшем случае, и для исключения связанности поперечных колебаний подвижной части и повышения виброустой-If

чивости прибора отношение -т должно

быть более двух единиц, но менее трех, чтобы провисание подвижной части не превышало нормы,

В технологическом процессе сборки прибора намагничивание магнитной системы 11 проводят в окончательно собранном измерительном механизме внеш.ним магнитным полем, перпендикулярным оси вращения подвижной части, а значит, и оси намагниченности постоянного магнита 5. Поэтому, если коэрцитивная сила постоянного магнита 5 сравнивма с коэрцитивной силой магнитной системы 11, то ось намагниченности .магнита 5 может отклониться от оси вращения подвижной части, что повлечет за собой возникновение погрешности прибора. Аналогичное явление может произойти также при регулировании прибора методом раз- . магничивания магнитной системы 11.

Таким образом, для устранения возможности перемагничивания магнита 5 при намагничивании или размагничивании магнитной системы 11 прибора внешним полем коэрцитивная .сила дополнительного магнита выбрана больше коэрцитивной силы основногомагнита.

Предложенное устройство Крепления подвижной части прибора позволяет изготавливать электроиэмерительные приборы в виброустойчивом исполнении за счет введения разноса собственных частот поперечных колебаний, а за счет возможности плавного регулирования величины натяжения растяжки в процессе сборки позволяет одновременно устанавливать натяг и проводить тарировку прибора в заданном классе точности, что дает возможность использовать полную энергию магнитной системы и исключить тем самым глубокое размагничи вание -магнитной системы при проведении регулировки.

По сравнению с известным устройством предлагаемое устройство упрощает сборку и регулировку прибора, так

как за счет возможности оперативного управления натяжением растяжки объединяются технологическая операция создания натяжения и регулировочная операция тарировки прибора,Формула изобретения

Устройство крепления подвижной , части электромеханического прибора, содержащее упругий подвес, закрепленный в обойме прибора, на свободном конце которого закреплены подвижная часть прибора, в нижней части которой соосно с ней размещен цилиндрический ферромагнитный, сердечник с коническим основанием, и постоянный магнит, закрепленный на обойме прибора с возможностью перемещения вдол оси вращения подвижной части, о тличающееся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, подвес выполнен в виде амортизационной пружины и растяжки, один конец растяжки закреплен на свободном конце амортизационной пружины, а к другому ее концу крепится подвижная часть прибора, основание постоянного магнита выполнено в виде прямоугольного параллелепипеда, а вершина в виде чет.нрехугольной пирамиды, при этом длина меньшей стороны основания параллелепипеда и пирамиды равна диаметру ферромагнитного сердёчт ника, а длина большей стороныоснования определяется из выражения

2

3,

г ,&

где С - длина большей стороны основания параллелепипеда;

К - длина его меньшей стороны,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Электрические измерения. Под ред. А, Б. Фремке, Л,, Энергия, 1973, с, 63-64,

2,Патент США № 2871449, кл. 324/40, 1959,

3,МиишН; В, А, Исследование увода и расчет дополнительной погрешности электроизмерительных приборов с ограничением перемещения подвижной части. - Известия ВУЗов, СССР. ПриёЬростроение, 1979, № 11, с, 69-75.