Устройство для измерения углов наклона объекта

 

Использование: измерительная техника . Сущность изобретенияустройство содержит корпус 1, а также измеритепьиый 3 и дополнительный 4 мачтники и преобразователь 2 угловых перемещений кинематически связанные меч.Т совой В измерительном маятнике Т вымолено п верстие в котором р.кчнрны патьцы бифИЛЯрИОГО ПОДЬТ ПСЫНИГСШ h.. маятника 4 Dpi- этом образующая | ность отверстия измерительного мз° |М ка, контактирующая с пальцами портл эквидистантна эпициклоиде, описывч мой центром тяжести дополнигелкно о маятника За счет перемещение пальцев бифилярного подвеса по эгш циклоиде происходит ускоренное демпсц. рование колебаний измерительного маятника 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s<)s G 01 С 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 9 (Д

:О

» (21) 4836138/10 (22) 21.03.90 (46) 07,09.92. Бюл. N 33 (71) Государственный союзный сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А.Чаплыгина (72) А.С.Ковалюк (56) 1. Патент СССР N. 319146, кл. G 01 С 9/12, 26.02,67.

Авторское свидетельство СССР

М 1377583, кл. 6 01 С 9/12, 15,07,85.

Авторское свидетельство СССР

% 491030, кл. G 01 С 9/16, 23.07.73. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА ОБЪЕКТА (57) Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: устройство соИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения объекта в пространстве.

Известно маятниковое устройство (1), выполненное как двойной маятник, в котором измерительный маятник подвешен на другом, несущем маятнике, совершающем колебательные движения в той же плоскости, что и измерительный, при этом как измерительный. так и несущий маятники связаны с демпферами, Взаимное демпфирование двух маятников между собой является одной из основных причин малого декремента затухания колебаний измерительного маятника, приводящего к снижению точности всего устройства.

Известно также устройство для измерения угла наклона (2), содержащее основной

„„. Ж„„1760319 А1 держит корпус 1, а также измерительный 3 и дополнительный 4 маятники и преобразователь 2 угловых перемещений, кине;латически связаннь е между собой, В измерительном маятнике 3 выпо:.«- ео о3ВЕРСтИЕ, В КОТОРОМ Р 3::К t!(r.«!Û НаЛЬЦЫ ..: бифилярнога подвое, 1ополнигель "," ллаятника 4, При этом . бразующая по« ««-. . ность отверстия измерительного маят ка, контактирующая с пальцами падвес::«, эквидистантна эпициклоиде, описыьммой центром тяжести дополнител«н . 3 маятника. За счет перемеще,.ич пальцев бифилярного подвеса по э iuциклоиде происходит ускоренное дамгф рование колебаний измерительного маятника. 3 ил. маятник, подвешенный на оси в заполненной демпфирующей жидкостью цилиндрической полости корпуса. узел слежения за положением корпуса относительно л аятника и пластины, закрепленные на нем с двух сторон. Это устройство снабжено дополнительным маятником с жесткими стойками, ось вращения которого расположена ниже

его центра тяжести на основном маятнике. ниже и параллельно оси вращения основного маятника, выше которой расположены пластины, выполненные в виде упругих изогнутых лопастей, повернутых одна к другой выпуклыми сторонами, причем вогнутая сторона каждой лопасти контактирует с соответствующей стойкой, на ког ще каждой из которых установлен подшипник ка «3íÿÿ.

Использование в ус1ройстве в качестве демпфирующих элементов двух пластин, выполненных в виде унруп . и о н;":ых ло1760319

30 выполнен в виде двух пальцев, симметрично расположенных относительно его верти- 40

55 пастей, повернутых одна к другой выпуклыми сторонами, является причиной малого декремента затухания колебаний основного маятника, приводящего к снижению точности всего устройства.

Известно устройство для определения углов наклона подвижных объектов (3), содержащее корпус, два маятника, кинематически соединенных между собой, демпфер и преобразователь, причем маятники имеют независимые соосно расположенные подвески. Один из маятников выполнен в виде уравновешенного маховика и соединен с измерительным маятником посредством упругого элемента связи.

Однако данное устройство имеет малый декремент затухания вследствие наличия упругого элемента связи между маятниками в виде пружины, что приводит к снижению точности всего устройства.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния внешних возмущающих воздействий путем увеличения декремента затухания маятника, Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения углов наклона объекта. содержащем корпус, измерительный маятник, плоскость которого совмещена с плоскостью измерений, дополнительный маятник с узлом его подвеса и преобразователь угловых перемещений, измерительный маятник выполнен с профилированным отверстием, нижняя часть которого эквидистантна эпициклоиде, начальная точка которой совмещена с центром тяжести измерительного маятника, узел подвеса дополнительного маятника кальной оси и введенных в контакт с нижней частью профилированного отверстия. причем точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

Установка дополнительного маятника в профилированном отверстии измерительного маятника посредством узла подвеса. выполненного в виде двух пальцев, симметрично расположенных относительно вертикальной оси и введенных в контакт с нижней частью профилированного отверстия, позволяет сократить время успокоения измерительного маятника за счет перемещения пальцев подвеса в отверстии, образующая поверхность которого, контактирующая с пальцами подвеса; имеет форму эпициклоиды, эквивалентной перемещению центра тяжести дополнительного маятника, а точка проекции продольной оси каждого из паль5

15 цев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

Отличительные признаки предлагаемого устройства, а именно. дополнительный маятник и подвес, выполненный в виде двух пальцев, порознь известны в технике. Однако взаимодействие этих элементов посредством указанных выше связей и их взаимное расположение между собой придают устройству в целом новое свойство: повышается точность за счет уменьшения влияния внешних возмущающих воздействий путем увеличения декремента затухания маятника. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показана кинематическая схема устройства для измерения углов наклона объекта, где приняты следующие обозначения: 1 — корпус, 2- преобразователь угловых перемещений, 3 — измерительный маятник.

4 — дополнительный маятник, 5 — пальцы узла подвеса.

На фиг.2 приведена расчетная схема узла подвеса устройства для измерения углов наклона обьекта и приняты следующие обозначения; 1 — линия движения центра тяжести массы измерительного маятника, II— линия движения центра тяжести массы дополнительного маятника без угла подвеса, 1И вЂ” эпициклоида движения центра тяжести массы дополнительного маятника с узлом подвеса из двух пальцев, А1В1 — участок образующей поверхности отверстия измерительного маятника, эквидистантный участку АВ зпициклоиды, OR — расстояние от точки подвеса до центра тяжести измерительного маятника, RR< — расстояние между центрами тяжести измерительного и дополнительного маятников, На фиг.3 приведены сравнительные графики переходного процесса устройства для измерения узлов наклона с различными вариантами установки дополнительного маятника относительно измерительного, где приняты следующие обозначения: А — график переходного процесса устройства для измерения углов наклона объекта с дополнительным маятником. подвешенным в центре тяжести измерительного маятника, В— график переходного процесса устройства с дополнительным маятником, имеющим узел подвеса, пальцы которого контактируют с поверхностью отверстия измерительного маятника, образующая которой эквидистанта эпициклоиде, описываемой центром тяжести дополнительного маятника, а точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой.

1760319 рительным маятником 3 посредством паль- 10

20

Устройство для измерения углов наклона объекта (фиг.1) содержит корпус 1, внутри которого закреплен измерительный маятник 3 на оси, общей с осью вращения преобразователя 2 угловых перемещений. В качестве преобразователя угловых перемещений может быть использован синусно-косинусный трансформатор типа СКТ-265Д, Дополнительный маятник 4 связан с измецев 5 узла подвеса. При этом пальцы узла подвеса размещены в отверстии, выполненном в измерительном маятнике 3, так, что образующая поверхность отверстия, контактирующая с пальцами узла подвеса, эквидистэнта эпициклоиде, описываемой уравнением (при R = 3,6 мм, r = 1,8 мм — см. фиг.2):

X = 1,8 (3 Cos р — Cos 3 p);

Y = 1,8 (3 Sin p — Sin 3 p ).

Устройство для измерения углов наклона объекта работает следующим образом.

Контролируемый объект, непосредственно связанный с корпусом 1; вызывает изменение положения корпуса в пространстве относительно вертикали силы земного тяготения. Направление вертикали выдерживается измерительным маятником 3. Ось подвеса измерительного маятника совмещена с осью вращения преобразователя 2 угловых перемещений, основание которого, как и корпуса 1, связано с обьектом контроля. В результате такого взаимодействия нэ выходе преобразователя 2 угловых перемещений появляется изменяющийся электрический сигнал, характеризующий наклон объекта в пространстве, При угловом повороте объекта в пространстве относительно первоначального положения на измерительный маятник 3 устройства действует возмущающий момент опор подвеса оси вращения, после воздействия которого установившееся положение маятника достигает не сразу, а через некоторое время окончания переходного процесса. Сокращению этого времени способствует дополнительный маятник с узлом подвеса из двух пальцев.

Особенностью устройства для измерения углов наклона объекта является использование дополнительного маятника, подвешенного на двух пальцах, которые перемещаются по поверхности, эквидистантной эпициклоиде, описываемой центром тяжести дополнительного маятника. Расчетная траектория движения пальцев под25

55 веса дополнительного маятника показана на фиг.2. Данный расчетный случай рассматривался в связи с установлением тех видов собственных колебаний измерительного маятника, на которые дополнительный маятник должен эффективно воздействовать, Известно, что маятники, применяемые в различных преобразователях углов наклона объекта, обладают собственными гармоническими колебаниями с частотой 1 — 5 Гц.

Такие колебания наиболее просто демпфируют уравновешивающие массы, влияющие на маятник с такой же частотой, но находящейсяЪ противофазе по отношению к колебаниям измерительного маятника. В данном расчетном случае принято отношение массы дополнительного маятника к массе измерительного маятника равным единице, так как такое отношение обеспечивает демпфирование измерительного маятника дополнительным маятником с частотой, равной частоте измерительного маятника, но находящейся в противофазе по отношению к колебаниям измерительного маятника. Такому требованию наиболее полно удовлетворяет перемещение дополнительного маятника в том случае, если поверхность, по которой перемещаются пальцы узла подвеса, выполнена по кривой, образуемой эпициклоидой, описываемой центром тяжести дополнительного маятника, и эквидистантной, т.е. равноотстоящей. от нее на расстояние, равное радиусу пальцев бифилярного подвеса. При этом сохраняется собственная частота колебаний измерительного маятника, а дополнительный маятник колеблется с такой же частотой, как и измерительный, но в противофазе, Графики переходных процессов устройств для определения углов наклона объекта с различной установкой дополнительного маятника изображены на фиг.3.

Запись переходных процессов осуществлялась на самописце типа Н338-6П с применением стандартных устройств.

Основной. характеристикой представленных на графиках процессов является декремент затухания, определяемый соотношением

In—

A)

А2 у где Аъ Az — амплитуды начальных колебаний измерительного маятника,. укомплектованного дополнительным маятником различной.конструкции, 1760319 л= 3,1415 — постоянная величина.

Из графиков видно, что измерительный маятник 3 устройства для определения.углов наклона объекта скачкообразно отклонялся от вертикали. Приход измерительного 5 маятника в равновесное состояние характеризуется декрементом затухания g . Поскольку соотношение А1/Аг является величиной безразмерной, то нахождение их численных значений производится непос- 10 родственно из соответствующего графика.

Для графика А.

In—

16

15 — 0,019 .

In — +3, 16

Для графика В

18,9 20 — — 0,052, Ь вЂ” + 3,1415

16

Как видно из анализа графиков переходных процессов, использование предла- 25 гаемого устройства позволяет повысить декремент затухания измерительного маятника устройства в несколько раз.

Предлагаемое устройство для измерения углов наклона объекта по сравнению с 30 прототипом имеет большую точность за счет уменьшения влияния внешних возмущающих воздействий путем сокращения времени успокоения измерительного маятника. При этом при использовании устрой- 35 ства в испытательных стендах уменьшается продолжительность, а следовательно, и стоимость испытаний конструкций. Кроме того, сокращение времени отсчета позволяет производить контроль углового перемещения объекта в процессе испытаний, оперативно влияя на программу нагружения при приближении к критическим режимам, что в конечном итоге повышает безопасность испытаний.

Формула изобретения

Устройство для измерения углов наклона объекта, содержащее корпус, измерительный маятник, плоскость которого совмещена с плоскостью измерений, дополнительный маятник с узлом его подвеса и преобразователь угловых перемещений, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния внешних воздействий путем увеличениядекремента затухания маятника, измерительный маятник выполнен с профилированным отверстием, нижняя часть которого эквидистанта эпициклоиде. начальная точка которой совмещена с центром тяжести измерительного маятника. узел подвеса дополнительного маятника выполнен в виде двух пальцев, симметрично расположенных относительно его вертикальной оси и введенных в контакт с нижней частью профилирова нного отверстия, причем точка проекции продольной оси каждого из пальцев на плоскость измерений совмещена с эпициклоидой, 1760319

ФигЯ

Составитель А. Ковал юк

Редактор Т,Юрчикова Техред М,Моргентал Корректор Т. Вашкович

Заказ 3177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101