SU1760319A1 - Устройство дл измерени углов наклона объекта - Google Patents

Abstract

Использование: измерительна  техника . Сущность изобретени - устройство содержит корпус 1, а также измеритепьиый 3 и дополнительный 4 мачтники и преобразователь 2 угловых перемещений кинематически св занные меч.Т совой В измерительном ма тнике Т вымолено п верстие в котором р.кчнрны патьцы бифИЛЯрИОГО ПОДЬТ ПСЫНИГСШ h.. ма тника 4 Dpi- этом образующа  | ность отверсти  измерительного мз° |М ка, контактирующа  с пальцами портл эквидистантна эпициклоиде, описывч мой центром т жести дополнигелкно о ма тника За счет перемещение пальцев бифил рного подвеса по эгш циклоиде происходит ускоренное демпсц. рование колебаний измерительного ма тника 3 ил

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  углового положени  объекта в пространстве.

Известно ма тниковое устройство 1, выполненное как двойной ма тник, в котором измерительный ма тник подвешен на другом, несущем ма тнике, совершающем колебательные движени  в той же плоскости , что и измерительный, при этом как измерительный , так и несущий ма тники св заны с демпферами,

Взаимное демпфирование двух ма тников между собой  вл етс  одной из основных причин малого декремента затухани  колебаний измерительного ма тника, привод щего к снижению точности всего устройства .

Известно также устройство дл  измерени  угла наклона 2, содержащее основной

ма тник, подвешенный на оси в заполнен ной демпфирующей жидкостью цилиндрической полости корпуса узел спежени  за положением корпуса относительно ма тника и пластины, закрепленные на нем г двух сторон. Это устройство снабжено дополнительным ма тником с жесткими стойками ось вращени  которого расположена ниже его центра т жести на основном ма тнике ниже и параллельно оси вращени  осноено- го ма тника, выше которой расположены пластины, выполненные в виде упругих изо гнутых лопастей, повернутых одна к другой выпуклыми сторонами причем вогнута  сторона каждой лопасти контактирует с соответствующей стойкой на конце каждой из которых установлен подшипнт КЗЧРН/Р

Использование в устройстве в качестве демпфирующих элементов двух п тетин выполненных в виде i 00 /ю

О

о со

ю

пастей, повернутых одна к другой выпуклыми сторонами,  вл етс  причиной малого декремента затухани  колебаний основного ма тника, привод щего к снижению точности всего устройства.

Известно устройство дл  определени  углов наклона подвижных объектов 3, содержащее корпус, два ма тника, кинематически соединенных между собой, демпфер и преобразователь, причем ма тники имеют независимые соосно расположенные подвески . Один из ма тников выполнен в виде уравновешенного маховика и соединен с измерительным ма тником посредством упругого элемента св зи.

Однако данное устройство имеет малый декремент затухани  вследствие наличи  упругого элемента св зи между ма тниками в виде пружины, что приводит к снижению точности всего устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет уменьшени  вли ни  внешних возмущающих воздействий путем увеличени  декремента затухани  ма тника .

Цель достигаетс  тем, что в предлагаемом устройстве дл  измерени  углов наклона объекта, содержащем корпус, измерительный ма тник, плоскость которого совмещена с плоскостью измерений, дополнительный ма тник с узлом его подвеса и преобразователь угловых перемещений, измерительный ма тник выполнен с профили- рованным отверстием,- нижн   часть которого эквидистантна эпициклоиде, начальна  точка которой совмещена с центром т жести измерительного ма тника, узел подвеса дополнительного ма тника выполнен в виде двух пальцев, симметрично расположенных относительно его вертикальной оси и введенных в контакт с нижней частью профилированного отверсти , причем точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

Установка дополнительного ма тника в профилированном отверстии измерительного ма тника посредством узла подвеса, выполненного в виде двух пальцев, симметрично расположенных относительно вертикальной оси и введенных в контакт с нижней частью профилированного отверсти , позвол ет сократить врем  успокоени  измерительного ма тника за счет перемещени  пальцев подвеса в отверстии, образующа  поверхность которого, контактирующа  с пальцами подвеса, имеет форму эпициклоиды , эквивалентной перемещению центра т жести дополнительного ма тника, а точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

Отличительные признаки предлагаемого устройства, а именно дополнительный

ма тник и подвес..выполненный в виде двух пальцев, порознь известны в технике. Однако взаимодействие этих элементов посредством указанных выше св зей и их взаимное расположение между собой придают уст0 ройству в целом новое свойство: повышаетс  точность за счет уменьшени  вли ни  внешних возмущающих воздействий путем увеличени  декремента затухани  ма тника. Поэтому предлагаемое техниче5 ское решение соответствует критерию существенные отличи .

На фиг. 1 показана кинематическа  схема устройства дл  измерени  углов наклона объекта, где прин ты следующие обознэче0 ни : 1 - корпус, 2 - преобразователь угловых перемещений. 3 - измерительный ма тник. 4 - дополнительный ма тник. 5 - пальцы узла подвеса.

На фиг.2 приведена расчетна  схема уз5 ла подвеса устройства дл  измерени  углов наклона объекта и прин ты следующие обозначени : I - лини  движени  центра т жести массы измерительного ма тника, II - лини  движени  центра т жести массы до0 полнительного ма тника без угла подвеса , IH - эпициклоида движени  центра т жести массы дополнительного ма тника с узлом подвеса из двух пальцев, AiBi - участок образующей поверхности отверсти  изме5 рительного ма тника, эквидистантный участку АВ эпициклоиды, OR - рассто ние от точки подвеса до центра т жести измерительного ма тника, RRi - рассто ние между центрами т жести измерительного и допол0 нительного ма тников.

На фиг.З приведены сравнительные графики переходного процесса устройства дл  измерени  узлов наклона с различными вариантами установки дополнительного ма т5 ника относительно измерительного, где прин ты следующие обозначени : А - график переходного процесса устройства дл  измерени  углов наклона объекта с дополнительным ма тником, подвешенным в цен0 тре т жести измерительного ма тника, В - график переходного процесса устройства с дополнительным ма тником, имеющим узел подвеса, пальцы которого контактируют с поверхностью отверсти  измерительного

5 ма тника, образующа  которой эквидистан- та эпициклоиде, описываемой центром т жести дополнительного ма тника, а точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

Устройство дл  измерени  углов наклона объекта (фиг. 1) содержит корпус 1,внутри которого закреплен измерительный ма тник 3 на оси, общей с осью вращени  преобразовател  2 угловых перемещений. В качестве преобразовател  угловых перемещений может быть использован синусно-ко- синусный трансформатор типа СКТ-265Д. Дополнительный ма тник 4 св зан с измерительным ма тником 3 посредством пальцев 5 узла подвеса. При этом пальцы узла подвеса размещены в отверстии, выполненном в измерительном ма тнике 3, так, что образующа  поверхность отверсти , контактирующа  с пальцами узла подвеса, эк- видистанта эпициклоиде, описываемой уравнением (при R 3.6 мм, г 1,8 мм - см. фиг.2):

X 1,8 (3 Cos р - Cos 3 (р); Y 1,8(3- (р - Sin 3 (р }.

Устройство дл  измерени  углов наклона объекта работает следующим образом.

Контролируемый объект, непосредственно св занный с корпусом 1. вызывает изменение положени  корпуса в пространстве относительно вертикали силы земного т готени . Направление вертикали выдерживаетс  измерительным ма тником 3. Ось подвеса измерительного ма тника совмещена с осью вращени  преобразовател  2 угловых перемещений, основание которого, как и корпуса 1, св зано с объектом контрол . В результате такого взаимодействи  на выходе преобразовател  2 угловых перемещений по вл етс  измен ющийс  электрический сигнал, характеризующий наклон объекта в пространстве.. При угловом повороте объекта в пространстве относительно первоначального положени  на измерительный ма тник 3 устройства действует возмущающий момент опор подвеса оси вращени , после воздействи  которого установившеес  положение ма тника достигает не сразу, а через некоторое врем  окончани  переходного процесса. Сокращению этого времени способствует дополнительный ма тник с узлом подвеса из двух пальцев.

Особенностью устройства дл  измерени  углов наклона объекта  вл етс  использование дополнительного ма тника, подвешенного на двух пальцах, которые перемещаютс  по поверхности, эквидистантной эпициклоиде, описываемой центром т жести дополнительного ма тника. Расчетна  траектори  движени  пальцев подвеса дополнительного ма тника показана на фиг.2. Данный расчетный случай рассматривалс  в св зи с установлением тех видов собственных колебаний измерительного ма тника, на которые дополнительный ма тник должен эффективно воздействовать . Известно, что ма тники, примен емые в различных преобразовател х углов наклона объекта, обладают собственными гармоническими колебани ми с частотой 1-5 Гц; Такие колебани  наиболее просто демпфируют уравновешивающие массы, вли ющие на ма тник с такой же частотой, но наход - щейс и противофазе по отношению к колебани м измерительного ма тника. В данном расчетном случае прин то отношение массы дополнительного ма тника к массе измерительного ма тника равным единице, так как такое отношение обеспечивает демпфирование измерительного ма т- ника дополнительным ма тником с частотой, равной частоте измерительного ма тника, но наход щейс  в противофазе по отношению к колебани м измерительного ма тника. Такому требованию наиболее полно удовлетвор ет перемещение дополнительного ма тника в том случае, если поверхность , по кото.рои перемещаютс  пальцы узла подвеса, выполнена по кривой,

образуемой эпициклоидой,-описываемой центром т жести дополнительного ма тника , и эквидистантной, т.е. равноотсто щей , от нее на рассто ние, равное радиусу пальцев бифил рного подвеса. При этом

сохран етс  собственна  частота колебаний измерительного ма тника, а дополнительный ма тник колеблетс  с такой же частотой, как и измерительный, но в противофазе .

Графики переходных-процессов устройств дл  определени  углов наклона объекта с различной установкой дополнительного ма тника изображены на фиг.З. Запись переходных процессов осуществл лась на самописце типа Н338-6П с применением стандартных устройств: Основной характеристикой представленных на графиках процессов  вл етс  декремент затухани , определ емый соотношением

1

А2

1 Аа

где AI, Аг- амплитуды начальных колебаний измерительного ма тника,- укомплектованного дополнительным- ма тником различной конструкции;

 г 3,1415 - посто нна  величина Из графиков видно, что измерительный ма тник 3 устройства дл  определени  углов наклона объекта скачкообразно отклон лс  от вертикали. Приход измерительного ма тника в равновесное состо ние характеризуетс  декрементом затухани  Ј . Поскольку соотношение А1/А2  вл етс  величиной безразмерной, то нахождение их численных значений производитс  непосредственно из соответствующего графика. Дл  графика А

S

Ј --V1n2T-U3 ,14152

10 Дл  графика В

1в -

In

18.9 16

0,052

V|n2 +314152

Как видно из анализа графиков переходных процессов, использование предлагаемого устройства позвол ет повысить декремент затухани  измерительного ма тника устройства в несколько раз.

Предлагаемое устройство дл  измерени  углов наклона объекта по сравнению с прототипом имеет большую точность за счет уменьшени  вли ни  внешних возмущающих воздействий путем сокращени  времени успокоени  измерительного ма тника . При этом при использовании устройства в испытательных стендах уменьшаетс  продолжительность, а следовательно, и стоимость испытаний конструкций. Кроме того, сокращение времени отсчета позвол ет

производить контроль углового перемещени  объекта в процессе испытаний, оперативно вли   на программу нагружени  пр« приближении к критическим режимам, что в конечном итоге повышает безопасность испытаний .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  углов наклона объекта, содержащее корпус, измерительный ма тник, плоскость которого совмещена с плоскостью измерений, дополнительный ма тник с узлом его подвеса и преобразователь угловых перемещений, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  внешних воздействий путем увеличени  декремента затухани  ма тника, измерительный ма тник выполнен с профилированным отверстием, нижн   часть которого эквидистанта эпициклоиде, начальна  точка которой совмещена с центром т жести измерительного ма тника, узел подвеса дополнительного ма тника выполнен в виде двух пальцев, симметрично расположенных

   относительно его вертикальной оси и введенных в контакт с нижней частью профили- рованного отверсти , причем точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с

   эпициклоидой.

   /

   У

   х

   фиг.2

   Редактор Т.Юрчикова

   ®иг.З

   Составитель А.Ковалюк

   Техред М.МоргенталКорректор Т.Вашкович

   чллллллЛЛЛЛЛ ллл ллл,

   ЛОЛЛЛЛЛЛаллл