Устройство для определения центрального момента инерции и координат центра масс изделия

 

Использование: в машиностроении и приборостроении для определения момента инерции изделия вокруг любой оси, центральных моментов инерции и центров масс изделий. Сущность: упругая опора платформы для установки изделия набрана, как минимум, из шести жестко связанных между собой элементов, каждый из которых состоит из наружного с мембраной и внутреннего колец, соединенных между собой упругой лентой через мембрану, наружное кольцо снабжено устройством предварительного нагружения ленты в виде дифференциального винтового механизма, ленты элементов расположены равномерно в плоскости, перпендикулярной оси опоры, причем, наружные кольца элементов жестко закреплены на основании, а на торце внутреннего кольца одного из крайних элементов опоры укреплена платформа для изделия. 3 ил.

Изобретение относится к измерениям в теоретической механике, машиностроении, приборостроении, и может быть использовано для определения момента инерции изделия вокруг любой оси, центральных моментов инерции и координат центров масс изделий.

Известно устройство для измерения момента инерции, которое содержит раму, установленную на основании, к которой прикреплен верхний конец стержня. К нижнему концу стержня прикреплен нижний конец втулки. В результате втулка подвешена вертикально с помощью стержня. Длину втулки выбирают так, чтобы верхний конец втулки выступал над рамой. На верхнем конце втулки укреплена платформа, на которой помещают изделие. С помощью цапф, прикрепленных к втулке сверху и снизу подшипников, в которых установлены цапфы, втулке обеспечивается возможность совершать колебательные движения только в направлении вращения. Момент инерции измеряют методом крутильных колебаний. Известное решение принято за прототип.

Данное устройство просто по конструкции, не требует дополнительных устройств в процессе эксплуатации. Недостатком устройства является наличие цилиндрических подшипников с трением скольжения. И хотя подшипники воспринимают только незначительные радиальные нагрузки, трение скольжения вносит погрешность в результаты измерений. Другим недостатком устройства является невозможность регулирования крутильной жесткости стержня, что может быть необходимо в процессе настройки.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 показан главный вид устройства; на фиг. 2 разрез А- А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Устройство для определения центрального момента инерции и координат центра масс изделия содержит основание 1, установленное на регулируемых опорах 2. На основании 1 посредством переходной шайбы 3 жестко закреплена неподвижная часть упругой опоры с вертикальным расположением оси. Опора набрана из шести элементов (фиг. 1, фиг. 2, разрез А-А), каждый из которых выполнен в виде наружного 4 с мембраной 5 и внутреннего 6 колец, соединенных между собой упругой лентой 7 через мембрану 5. Центр мембраны 5 кольца 4 совпадает с продольной осью упругой ленты 7 и винта 8 устройства предварительного нагружения ленты 7, являющегося продолжением ленты и мембраны. Элементы, состоящие из наружного кольца 4 с мембраной 5, внутреннего кольца 6 ленты 7 и винта 8 выполнены из однородного материала без применения сборочных операций, например, с использованием токарной, фрезерной или электроискровой обработки с последующим шлифованием ленты 7. Дифференциальная гайка 9 устройства предварительного нагружения ленты 7 имеет внутреннюю и наружную резьбы с разным шагом. Наружный резьбой гайка ввинчена в наружное кольцо 4, а внутренней резьбой навинчена на винт 8. На наружном кольце 4 выполнены центрирующие проточки 10 и 11, а на внутреннем кольце 6 -проточки 12 и 13, необходимые для обеспечения соосности элементов опоры при сборке. Упругие ленты 7 элементов при сборке располагаются равномерно в плоскости (фиг. 2, разрез А-А), перпендикулярной оси опоры. Для обеспечения более высокой точности центрирования оси упругой опоры группы из трех элементов разнесены друг от друга вдоль оси посредством дистанционных втулок 14 и 15. Наружные 4 и внутренние 6 кольца элементов и дистанционные втулки 14 и 15 жестко соединены с помощью запрессованных с натягом шпилек 16 и 17 соответственно. На торце внутреннего кольца 6 крайнего элемента опоры укреплена платформа 18 для размещения изделия. На дистанционных втулках 14 и 15 (фиг. 1, фиг. 3, разрез Б-Б) укреплены элементы датчика колебаний 19 платформы с изделиями и элементы спускового механизма 20.

Устройство работает следующим образом. Основание 1 выставляют в плоскость горизонта с помощью регулируемых опор 2. Вращая гайки 9 устройств предварительного нагружения лент, настраивают опору на требуемую крутильную жесткость. На платформу 18 устанавливают изделие. Поворачивают платформу 18 на определенный угол и фиксируют ее в этом положении спусковым механизмом 20. Нажатием кнопки спускового механизма 20 предоставляют платформе с изделием свободные колебания вокруг оси упругой опоры. Импульсы с датчика колебаний 19 поступают через преобразователь на микроЭВМ ( не показаны), которая вычисляет и выдает на печать значение момента инерции. Момент инерции изделия определяется методом крутильных колебаний. Моменты инерции эталонов, платформы и подвижных частей опоры определяются заранее и вводятся в программу расчета момента инерции изделия. Перемещают изделие по платформе 18 и, измеряя момент инерции, определяют положение оси изделия, вокруг которой момент инерции будет иметь минимальное значение. Эта ось будет одной из центральных осей инерции изделия. При необходимости могут быть определены центральные оси инерции в других плоскостях. Центр масс будет лежать в точке пересечения центральных осей изделия.

Формула изобретения

Устройство для определения центрального момента инерции и координат центра масс изделия, содержащее основание, упругое средство, опору с продольной осью, перпендикулярной основанию и состоящую из неподвижной части, жестко закрепленной на основании, и подвижной части, на которой закреплена платформа для изделия, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере шестью узлами предварительного нагружения, каждый из которых выполнен в виде дифференциального винтового механизма, при этом опора состоит по меньшей мере из шести узлов, каждый из которых состоит из наружного с мембраной и внутреннего колец, наружные и внутренние кольца упомянутых узлов соответственно жестко соединены между собой с образованием соответственно неподвижной и подвижной части опоры, упругое средство выполнено составным из по меньшей мере шести упругих лент, проекции которых на перпендикулярную оси опоры плоскость образуют пересекающиеся под равными центральными углами линии, и один конец каждой из которых закреплен во внутреннем кольце, а другой конец в мембране наружного кольца соответствующего узла опоры, центр каждой мембраны расположен на продольной оси соответствующей упругой ленты, каждый узел предварительного нагружения установлен в соответствующем наружном кольце соосно продольной оси упругой ленты с возможностью контакта с мембраной соответствующего наружного кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3