Устройство для воспроизведения фазомоментных характеристик вращающихся объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может бытъ использовано для графического контроля характера неравномерности распределения в течение периода вращения крутящего момента активных и тормозящего момента пассивных вращающихся объектов. Устройство содержит торсионный вал, предназначенный для введения в исследуемую кинематическую цепь. На вал насажен диск с кольцом из магнитного материала. Против кольца установлены две универсальные магнитные головки для записи и считывания магнитных меток. По магнитным меткам определяется угловое перемещение вала. На валу закреплена также стакан-гильза, кромка которой выполнена в форме пилообразных зубьев. На вал посажена цилиндрическая ферромагнитная каретка с группой кругосимметричных пальцев-толкателей, контактирующих с торцами зубьев. Момент на валу определяется по осевому перемещению каретки с помощью дифференциального индукционного датчика с Ш-образным магнитопроводом. Зависимость момента на валу от угла поворота вала отображается на экране электронно-лучевой трубки. Преимуществом устройства является неизменность масштаба канала вертикального отклонения луча при изменении силовых режимов и скорости вращения исследуемых объектов и автоматическая градуировка канала горизонтального отклонения луча. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для визуального контроля характера изменения на протяжении каждого текущего периода вращения крутящего момента у активных вращающихся объектов и закономерности изменения тормозящего момента у пассивных вращающихся объектов.

Заявляемое устройство позволяет осуществить оперативный технологический контроль качества регулировки вращающихся элементов и узлов авиационных и других двигательных систем - как при ремонтных и профилактических работах по повышению или восстановлению исходного качества центровки и балансировки двигательных систем в эксплуатационно-полевых условиях, так и в процессе разработки и наладочных первичных испытаний опытных образцов новых двигателей, а также при заводской регулировке серийных изделий.

Известно устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов, защищенное авторским свидетельство СССР N 1384932, МКИ G 01 B 7/16, 1988 г. и содержащее стабилизированный по частоте электромеханический привод, соединенный с ним и с исследуемым объектом муфтами торсионный вал с синусно-косинусным потенциометрическим преобразователем угла поворота вала, соединенный через согласующие усилители с электронно-лучевым индикатором, имеющим дополнительный электрод радиального отклонения луча, преобразователь сигналов с двух магнитных головок, установленных против диамагнитных дисков с кольцами из намагничиваемого материала, закрепленных по торцам торсионного вала, схему, содержащую два импульсных усилителя, соединенных с магнитными головками и с входами триггера через переключатель записи-воспроизведения, ключевой элемент, соединенный со стабилизированным блоком питания, стабилизатор зарядного тока, емкостной накопитель, соединенный с ключевым элементом и оконечным усилителем, выход которого соединен с электродом радиального отклонения луча и входом дифференцирующего блока с инвертирующим усилителем, переключатель режима подсветки на три положения, входы которого соединены с выходами инвертирующего усилителя, а выход - через резистивно-емкостной делитель с модулятором яркости электронно-лучевого индикатора.

Недостатками этого устройства наряду с его структурной сложностью и недостаточной надежностью функционирования являются необходимость применения средств жесткой стабилизации скорости привода в сочетании с потребностью использования системы синусно-косинусного преобразования углового положения вращающегося объекта, а также дорогостоящего электронно-лучевого индикатора усложненного типа с комбинированной радиально-ортогональной системой отклонения луча и временной фиксацией ("запоминанием") изображения.

Указанные факторы наряду с громоздкостью и энергоемкость известного устройства исключают возможность его использования в нестационарных и эксплуатационно-полевых условиях регулировки и контроля вращающихся объектов.

Наиболее близким к заявляемому объекту по совокупности сходных структурных признаков и по своим техническим возможностям является устройство для контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов по авторскому свидетельству СССР N 1763877, G 01 B 7/16, 1992.

Это устройство, являющееся прототипом заявляемого объекта, содержит два диамагнитных диска с закрепленными на их периферии кольцами из намагничиваемого материала, предназначенными для установки соответственно на одном из концов контролируемого вала и на свободной кромке гильзы-стакана, закрепленного своим основанием на втором конце контролируемого вала, две универсальных магнитных головки, предназначенных для установки против колец из намагничиваемого материала, блок питания, два импульсных усилителя, четыре трехпозиционных переключателя записи-воспроизведения, импульсный генератор, дифференцирующий блок, генератор напряжения стирания, генератор линейной горизонтальной развертки, электронно-лучевой индикатор с пластинами вертикального и горизонтального отклонений луча, первый и второй согласующие усилители, выходы которых подключены соответственно к вертикальным и горизонтальным парам пластин электронно-лучевого индикатора, подвижные контакты всех переключателей механически соединены между собой, подвижные контакты первого и второго переключателей электрически соединены соответственно с входом и выходом первого импульсного усилителя, подвижные контакты третьего и четвертого переключателей - соответственно с входом и выходом второго импульсного усилителя, выход генератора напряжения стирания подключен к первым неподвижным контактам первого и третьего переключателей, выход импульсного генератора соединен со вторыми неподвижными контактами первого и третьего переключателей, первая и вторая магнитные головки соединены соответственно с третьими неподвижными контактами первого и третьего переключателей, первый и второй неподвижные контакты второго переключателя соединены с третьим неподвижным контактом третьего переключателя, первый и второй неподвижные контакты четвертого переключателя подключены к третьему неподвижному контакту первого переключателя, при этом устройство снабжено третьей универсальной магнитной головкой, предназначенной для установки рядом с первой напротив первого кольца из намагничивающегося материала, кнопкой коммутации, входной контакт которой подключен к третьей магнитной головке, тремя двухсторонними амплитудными ограничителями, двумя дифференцирующими блоками, стартстопным генератором пилообразного сигнала вертикальной развертки, генератором ступенчатого напряжения, двумя двухпозиционными переключателями вида диаграмм, соответствующие амплитудные ограничители и дифференцирующие блоки соединены попарно последовательно, первая пара включена между третьим неподвижным контактом второго трехпозиционного переключателя и первым входом стартстопного генератора пилообразного сигнала вертикальной развертки, вторая пара - между третьим неподвижным контактом четвертого трехпозиционного переключателя и вторым входом стартстопного генератора, третья пара - между первым выходным контактом кнопки коммутации и подвижным контактом первого двухпозиционного переключателя вида диаграмм, выход стартстопного генератора подключен к первому согласующему усилителю, первый вход генератора ступенчатого напряжения подключен к первому входу стартстопного генератора, второй вход - к первому неподвижному контакту первого переключателя вида диаграмм, выход - к первому неподвижному контакту второго переключателя вида диаграмм, генератор линейной горизонтальной развертки подключен входом ко второму неподвижному контакту первого переключателя вида диаграмм, а выходом - ко второму неподвижному контакту второго переключателя вида диаграмм, подвижные контакты переключателей механически соединены, подвижный контакт первого переключателя подключен к выходу третьего дифференцирующего блока, подвижный контакт второго переключателя - к входу второго согласующего усилителя, а второй выходной контакт кнопки коммутации подключен к первой магнитной головке.

Наряду с преимуществом сохранения фиксированного горизонтального масштаба индикаторных диаграмм в процессе широких изменении скорости вращении контролируемого объекта устройству-прототипу присущ и существенный недостаток, который заключается в неспособности автоматического поддержания и сохранения независимости исходно установленной величины вертикального масштаба формируемых индикаторных диаграмм от неограниченно широких девиаций скорости вращения исследуемых объектов.

Это вместе с повышенной трудоемкостью регулировочного контроля исследуемых объектов значительно ограничивает производительность и технологическое удобство проводимых устройством-прототипом измерений.

Задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является повышение производительности и технологического удобства измерений за счет сохранения устройством в процессе контроля постоянства обоих предварительно установленных оператором ортогональных масштабов индикаторных диаграмм с автоматическим поддержанием независимости ортогональных масштабов диаграмм от изменений силовых режимов и скорости вращения исследуемых объектов.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее предназначенный для последовательного введения в исследуемую кинематическую цепь торсионный вал с прикрепленным к его первому окончанию немагнитным писком, несущим на своей периферии кольцо из намагничивающегося материала, две универсальные магнитные головки, неподвижно установленные рядом против кольца из намагничивающегося материала, стакан-гильзу, жестко закрепленную своим основанием у второго окончания торсионного вала, два импульсных усилителя, два трехпозиционных переключателя записи-воспроизведения, кнопку коммутации, импульсный генератор, две пары из последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока, генератор напряжения стирания, генератор ступенчатого напряжения, электронно-лучевой индикатор с пластинами вертикального и горизонтального отклонения луча, первый и второй согласующие усилители, выходы которых подключены соответственно к вертикальной и горизонтальной парам пластин электронно-лучевого индикатора, подвижные контакты первого и второго трехпозиционных переключателей записи-воспроизведения, механически соединенные между собой, а электрически - связанные соответственно с входом и выходом первого импульсного усилителя, выход генератора напряжения стирания, подключенный к первому неподвижному контакту первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, ко второму неподвижному контакту которого подключен выход импульсного генератора, обмотку первой универсальной магнитной головки, соединенную с третьим неподвижным контактом первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, и обмотку второй универсальной магнитной головки, соединенную с входным контактом кнопки коммутации, первый выходной контакт которой присоединен к первой магнитной головке, а второй выходной контакт которой подключен ко входу первой пары последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока, третий неподвижный контакт второго трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, соединенный через вторую пару последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока с первым функциональным входом генератора ступенчатого напряжения, - в отличие от прототипа введены бесконтактный дифференциальный индукционный преобразователь и линейный детектирующий узел, а свободная кромка стакана-гильзы выполнена в форме круговой последовательности пилообразных зубьев, часть торсионного вала, выходящая за пределы стакана-гильзы, выполнена с прямоугольным сечением, на которую плотно посажена с возможностью скользящего осевого перемещения ферромагнитная цилиндрически каретка, снабженная с одной из своих плоских сторон группой кругосимметрично расположенных пальцев-толкателей, направленных параллельно оси торсионного вала в сторону пилообразных зубьев стакана-гильзы и предназначенных для скользящего механического контактирования своими окончаниями с торцами пилообразных зубьев, а между тыльной, свободной от пальцев-толкателей, плоской стороной ферромагнитной цилиндрической каретки и немагнитным диском с кольцом из намагничивающегося материала на торсионный вал надета цилиндрическая пружина сжатия и против боковой внешней цилиндрической поверхности ферромагнитной каретки в плоскости, проходящей через ось торсионного вала, неподвижно установлен статор бесконтактного дифференциального индукционного преобразователя, выполненный на Ш-образном магнитопроводе, средний керн которого снабжен первичной питающей обмоткой, соединенной с выходом генератора напряжения стирания, а два крайних керна Ш-образного магнитопровода снабжены парой идентичных друг другу выходных повышающих обмоток, включенных встречно-последовательно по наводимым ЭДС и совместно связанных через второй импульсный усилитель со входом линейного детектирующего узла, выход которого соединен со входом первого согласующего усилителя, причем первый и второй неподвижные контакты второго трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения подключены к третьему, неподвижному контакту первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, выход первой пары последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока соединен со вторым функциональным входом генератора ступенчатого напряжения, выход которого связан со входом второго согласующего усилителя.

Функциональная блок-схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1, а на фиг. 2 и фиг. 3 приведены виды формируемых устройством диаграмм.

Как видно из фиг. 1, устройство содержит торсионный вал 1, предназначенный для последовательного введения в исследуемую кинематическую цепь, связывающую, например, двигательную установку с ее нагрузкой. К левому окончанию торсионного вала 1 прикреплен немагнитный диск 2, внешняя боковая цилиндрическая поверхность которого несет на себе кольцо 3 из намагничивающегося материала (в частности, кольцо из магнитной ленты). У второго, правого по чертежу, окончания торсионного вала 1 жестко закреплен своим основанием стакан-гильза 4, свободная кромка открытой части которого выполнена в виде круговой последовательности пилообразных зубьев 5. При этом часть торсионного вала 1, выходящая за пределы радиальной проекции на него стакана-гильзы 4, выполнена с прямоугольным сечением 6, на которое плотно посажена с возможностью скользящего осевого перемещения цилиндрическая каретка 7.

Подвижная цилиндрическая каретка 7 выполнена из ферромагнитного материала и снабжена с одной из своих плоских сторон группой кругосимметрично расположенных пальцев-толкателей 8, которые направлены параллельно оси торсионного вала 1 в сторону пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы 4.

Между тыльной (левой по чертежу) плоской стороной ферромагнитной цилиндрической каретки 7 и немагнитным диском 2, несущим на своей периферии кольцо 3 из намагничивающегося материала, на торсионный вал надета цилиндрическая пружина 9 сжатия, под действием которой происходит скользящее механическое контактирование окончаний пальцев-толкателей 8 ферромагнитной каретки 7 со спиралевидными торцами цилиндрических пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы.

Против боковой внешней цилиндрической поверхности ферромагнитной каретки 7 в плоскости, проходящей через ось торсионного вала 1, неподвижно установлен статор 10 бесконтактного дифференциального индукционного преобразователя, выполненный на Ш-образном магнитопроводе 11, средний керн которого снабжен первичной питающей обмоткой, а два крайних керна которого снабжены парой идентичных друг другу выходных повышающих обмоток, которые включены встречно-последовательно по наводимым ЭДС и совместно связаны с входом импульсного усилителя 12. В бесконтактном дифференциальном индукционном преобразователе, использующем в статорной части 10 Ш-образный магнитопровод 11, роль роторного узла выполняет ферромагнитная цилиндрическая каретка 7, которая в процессе изменения скручивающего усилия на торсион перемещается вдоль оси последнего.

Выход импульсного усилителя 12 через линейный детектирующий узел 13 соединен с входом первого согласующего усилителя 14, симметричные противофазные выходы которого связаны с парой пластин вертикального отклонения электронно-лучевого индикатора 15.

Против кольца 3 из намагничивающегося материала неподвижно рядом установлены две универсальные магнитные головки - 16 и 17, первая из которых параллельно соединена с третьим неподвижным контактом первого трехпозиционного переключателя 18 записи-воспроизведения, с первым и вторым неподвижными контактами второго трехпозиционного переключателя 19 записи-воспроизведения, а также с нижним неподвижным (выходным) контактом кнопки 20 коммутации.

Подвижные контакты первого 18 и второго 19 трехпозиционных переключателей записи-воспроизведения спарены, т.е. механически соединены между собой, будучи раздельно связаны электрически соответственно со входом и выходом импульсного усилителя 21.

Генератор 22 напряжения стирания одним из пары своих выходов соединен с первым неподвижным контактом первого трехпозиционного переключателя 18 записи-воспроизведения, а другим своим выходом генератор 22 связан с первичной питающей обмоткой, расположенной на среднем керне Ш-образного магнитопровода 11, входящего в статорную часть 10 бесконтактного дифференциального индукционного преобразователя, включающего в себя также в качестве ротора ферромагнитную цилиндрическую каретку 7.

Второй неподвижный контакт первого трехпозиционного переключателя 18 записи-воспроизведения подключен к выходу импульсного генератора 23, а третий неподвижный контакт второго трехпозиционного переключателя 19 записи-воспроизведения через пару последовательно включенных амплитудного ограничителя 24 и дифференцирующего блока 25 соединен с первым функциональным входом генератора 26 ступенчатого напряжения, выход которого связан с входом второго согласующего усилителя 27, соединенного своими симметричными противофазными выходами с парой пластин горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора 15.

Вторая универсальная магнитная головка 17 связана с подвижным контактом кнопки 20 коммутации, верхний по схеме неподвижный выходной контакт которой через последовательно включенные амплитудный ограничитель 28 и дифференцирующий блок 29 связан со вторым функциональным входом генератора 26 ступенчатого напряжения.

Устройство функционирует следующим образом.

Перед контролем подлежащих испытанию вращающихся объектов - двигателей или нагружающих их пассивных вращаемых узлов - на первую дорожку кольцевого магнитного носителя 3 с помощью головки 16 наносятся равноинтервальные магнитные метки, для чего спаренные подвижные контакты трехпозиционных переключателей 18 и 19 записи-воспроизведения устанавливают во второе (среднее по схеме) положение, а кнопку 20 коммутации магнитной головки 17 устанавливают в верхнее (показанное на схеме) положение.

Устанавливая ненагруженный торсионный вал 1 - до присоединения его к исследуемому объекту - в ряд фиксированных угловых положений путем последовательного поворота вала 1 на равные угловые интервалы, с выхода импульсного генератора 23 на магнитную головку 16 при каждом фиксированном угловом положении немагнитного диска 2 через импульсный усилитель 21 подают токовый импульс. При установке торсионного вала 1 в оконечное угловое положение для нанесения заключительной из равноинтервальных меток на первую дорожку намагничивающегося кольца 3 кнопка 20 переводится в нижнее по схеме положение, благодаря чему одновременно с нанесением головкой 16 заключительной равноинтервальной метки на первую дорожку кольца 3 на вторую дорожку этого носителя (3) магнитной головкой 17 наносится единичная метка, являющаяся строго синфазной с заключительной меткой, нанесенной головкой 16.

После указанного предварительного нанесения меток на первую и вторую дорожки магнитного носителя 3 производят предварительную настройку бесконтактного дифференциального индукционного преобразователя (элементы 7, 10, 11), для чего при недеформированном состоянии торсионного вала 1, т.е. до приложения к нему скручивающего усилия, магнитопровод 11 устанавливают в такое исходное положение, при котором внешняя боковая цилиндрическая поверхность ферромагнитной каретки 7, противолежащая окончаниям кернов Ш-образного магнитопровода 11, обеспечит симметричное разделение переменного магнитного потока, создаваемого током средней обмотки статора 10, в обеих боковых ветвях магнитопровода 11, - что обусловит полную взаимную компенсацию друг другом встречных ЭДС, наводимых в обеих повышающих вторичных обмотках статора 10, когда на входе импульсного усилителя 12 и соответственно на симметричных выходах согласующего усилителя 14 будут отсутствовать рабочие сигналы.

Задавая затем торсионному валу 1 с помощью статического тарировочного устройства любого типа ряд скручивающих усилий (моментов M), при которых круговое смешение цилиндрических пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы 4 относительно пальцев-толкателей 8 подпружиненной ферромагнитной каретки 7 будет получать серию различных значений, вызывающих определенные осевые перемещения каретки 7 и соответствующие рассогласования встречных ЭДС, наводимых во вторичных повышающих обмотках на крайних кернах магнитопровода 11, производят фиксирование ряда вертикальных отклонений луча индикатора 15, отвечающих серии заданных торсионному валу 1 скручивающих усилий.

При этом существенные преимущества описываемого устройства состоят в том, что указанная градуировка его вертикального канала, произведенная в статическом режиме, остается полностью справедливой для динамических рабочих режимов функционирования устройства, в то время как градуировка горизонтального канала этого устройства обеспечивается автоматически благодаря целочисленному количеству секций, на которые разбивается кольцо 3 из намагничивающегося материала при нанесении на его первую дорожку равноинтервальных магнитных меток.

После указанной предварительной градуировки устройства и нанесения соответствующих масштабных меток на накладную прозрачную шкалу электронно-лучевого индикатора 15 торсионный вал 1 с установленными на нем элементами 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 вводится в подлежащую исследованию кинематическую силовую цепь, связывающую испытуемый активный источник крутящего момента (двигательную установку) и нагружающий его пассивный вращающийся объект (динамомашину, различного вида подшипники, потребляющие энергию агрегаты).

Далее спаренные трехпозиционные переключатели 18 и 19 переводят в нижнее по схеме (третье) положение, кнопку 20 переводят в верхнее положение и приводят во вращение исследуемую систему "двигатель-нагрузка".

В процессе вращения нагруженного исследуемой механической системой торсионного вала 1 крутильные деформации последнего приходят в соответствии с изменениями вращающего момента, действующего со стороны исследуемого двигателя, либо в соответствии с изменениями тормозящего момента, воздействующего со стороны пассивного нагружающего объекта - в случае испытания последнего.

Изменение в течение каждого периода вращения угла скручивания торсионного вала 1 в соответствии с неравномерностью распределения текущего значения крутящего момента в исследуемой кинематической цепи приводит к варьируемому круговому взаимосмещению цилиндрических пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы 4 - с одной стороны, а с другой - пальцев-толкателей 8 ферромагнитной цилиндрической каретки 7, установленной на скользящей посадке на прямоугольном (квадратного сечения) участке 6 торсионного вала 1.

В результате указанного кругового взаимосмещения пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы 4 относительно пальцев-толкателей 8 ферромагнитной каретки 7 контролируемый процесс изменения крутящего момента будет сопровождаться осевым перемещением каретки 7, подпираемой цилиндрической пружиной 9 сжатия. При этом рабочие окончания пальцев-толкателей 8 каретки 6 в соответствии с действующим на торсион в каждый момент времени скручивающим усилием будут скользить по торцевым поверхностям пилообразных зубьев 5 стакана-гильзы 4, обусловливая линейное перемещение каретки 7 вдоль участка 6 торсионного вала 1 в соответствии с абсолютной величиной и полярностью контролируемого крутящего момента.

В зависимости от текущего значения угла скручивания торсионного вала 1 и от соответствующего осевого смещения цилиндрической ферромагнитной каретки 7 будет изменяться соотношение между встречными (противофазными) ЭДС, наводимыми в последовательно соединенных симметричных повышающих обмотках статорной части 10 дифференциального индукционного преобразователя, выполненного на Ш-образном магнитопроводе 11 с использованием периферийной части ферромагнитной цилиндрической каретки 7 в качестве роторного узла дифференциального преобразователя.

При осевом перемещении каретки 7 происходит перераспределение воздушных зазоров между симметричными частями Ш-образного магнитопровода 11 и кареткой-ротором 7, в результате чего изменяются коэффициенты трансформации между первичной питающей обмоткой дифференциального индукционного преобразователя, размещенной на среднем керне магнитопровода 11, и каждой из вторичных повышающих обмоток, посаженных на крайние симметричные керны Ш-образного магнитопровода.

Вследствие этого переменный сигнал на входе усилителя 12, образованный алгебраической суммой противофазных ЭДС, наводимых на вторичных повышающих обмотках статорной части 10 дифференциального индукционного преобразователя (узлы 7, 11), будет изменять свой уровень в строгом соответствии с текущим мгновенным значением действующего крутящего момента контролируемого вращающегося объекта.

Переменный сигнал, поступающий с выхода усилителя 12 на вход узла, 13, после линейного детектирования последним подается на вход согласующего усилителя 14, с симметричных выходов которого на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевого индикатора 15 поступают противополярные напряжения, определяющие высоты ординат формируемой индикаторной диаграммы.

В процессе контроля исследуемого вращающегося объекта равноинтервально расположенные на первой дорожке кольцевого носителя 3 магнитные метки наводят в обмотке магнитной головки 1 б серии импульсных ЭДС, которые после предварительного усиления узлом 21 и прохождение через формирующую цепь, составленную амплитудным ограничителем 24 и дифференцирующим блоком 25, поступают на первый (запускающий) функциональный вход генератора 26 ступенчатого напряжения.

По завершении торсионным валом 1 и соответственно немагнитным диском 2 с кольцом 3 из намагничивающегося материала каждого полного оборота одновременно с наведением в обмотке магнитной головки 16 завершающей из серии равноинтервальных импульсных ЭДС единичной магнитной меткой на второй дорожке кольцевого носителя 3 в обмотке магнитной головки 17 будет индуктироваться импульс ЭДС, который через кнопку 20 коммутации, находящуюся в верхнем положении, а также через формирующую цепь, составленную амплитудным ограничителем 28 и дифференцирующим блоком 29, поступит на второй (сбрасывающий) вход генератора 26 ступенчатого напряжения.

Поступающие с выхода дифференцирующего блока 25 последовательности импульсных сигналов обусловливают скачкообразные приращения выходного сигнала у генератора 26 ступенчатого напряжения. Это в свою очередь определяет формирование на симметричных выходах согласующего усилителя 27 противополоярных ступенчатых напряжений, воздействующих на пластины горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора 15, что обеспечивает равноинтервальный последовательный перенос луча индикатора 15 в горизонтальном направлении на равные, строго фиксированные отрезки (участки) при любых скоростях вращения исследуемых объектов.

Поскольку время горизонтального переноса луча индикатора 15 при воздействии на его горизонтально-отклоняющие пластины ступенчатого напряжения на 2-3 порядка меньше времени сохранения электронным лучом его фиксированных горизонтальных смещений (ординат), то результирующая индикаторная диаграмма, воспроизводимая устройством на экране электронно-лучевого индикатора 15, несмотря на непрерывный характер сигнала, поступающего с симметричных противополярных выходов согласующего усилителя 14 на вертикальные отклоняющие пластины индикатора 15, имеет панорамно-спектральный вид (см. фиг. 2) с фиксированно разнесенными ярко светящимися дискретными столбцами контрольных ординат.

В моменты времени, отвечающие завершению каждого периода вращения торсионного вала 1, единичная метка со второй дорожки магнитного кольцевого носителя 3 считывается магнитной головкой 17, импульсная ЭДС с обмотки которой после прохождения через амплитудный ограничитель 28 и дифференцирующий блок 29 воздействует на второй (сбросовый) вход генератора 26 ступенчатого напряжения, вызывая мгновенное падение выходного потенциала генератора 26 до нуля, - что сопровождается скачкообразным горизонтальным возвратом луча индикатора 15 справа налево - в исходную позицию перед очередным циклом формирования последующей индикаторной диаграммы.

Индикаторная диаграмма панорамно-спектрального вида M=F (ϕ), изображенная на фиг. 2 и иллюстрирующая зависимость мгновенного значения крутящего момента от фазового положения вала исследуемого вращающегося объекта, представляет собой совокупность равноинтервально разнесенных светящихся ординат M₁, M₂, ..., M_n-1, M_n, отвечающих дискретным фазовым положениям ϕ₁,ϕ₂,...,ϕ_n-1,ϕ_n вала контролируемого объекта.

Такая диаграмма соответствует случаям, когда при исходном нанесении на первую дорожку кольца 3 магнитных меток этими метками длина окружности магнитного носителя 3 делится без остатка на целое число равных частей, т.е. когда отрезки носителя между каждой парой соседних магнитных меток равны друг другу.

Степень дискретности индикаторной диаграммы может регулироваться. Так, при необходимости изменения числа светящихся ординат диаграммы спаренные трехпозиционные переключатели 18 и 19 устанавливают в верхнее по схеме фиг. 1 положение, подавая от генератора 22 напряжение стирания через усилитель 21 на магнитную головку 16 и через переведенную для этого в нижнее положение кнопку 20 на магнитную головку 17. Вращая при этом немагнитный диск 2 с кольцом 3 мимо головок 16, 17, добиваются стирания ранее нанесенных магнитных меток. Последующее же нанесение меток на кольцо магнитного носителя с новым шагом осуществляют аналогично описанному выше процессу предварительного нанесения контрольных меток.

Произвольного сближения дискретных светящихся ординат диаграммы можно также добиться, если при исходном нанесении на первую дорожку кольца 3 магнитных меток дистанцию между метками несколько увеличить или уменьшить по сравнению с равноинтервальным вариантом нанесения меток, которому отвечает индикаторная диаграмма по фиг. 2.

При этом степень дискретности воспроизведения заявляемым устройством ортогональных индикаторных диаграмм панорамно-спектрального типа, то есть плотность или коэффициент заполнения светящимися ординатами M собственной площади диаграммы, расположенной между ее огибающей Θ и осью абсцисс ϕ (осью угловых положений торсионного вала), может широко изменяться, обеспечивая непрерывный плавный переход от четко выраженных диаграмм дискретного вида (фиг. 2) и диаграммам с равномерным заполнением и свечением всей их площади (см. фиг. 3).

Существенные преимущества описываемого устройства перед базовым объектом-прототипом состоят в повышенной оперативности и технологическом удобстве графо-аналитического контроля режимов функционирования активных и пассивных вращающихся объектов, что обусловлено полностью автоматизированным поддержанием самим контрольным устройством постоянства обоих ортогональных масштабов воспроизводимых индикаторных диаграмм, формат которых, предварительно задаваемый техником-оператором, в процессе последующей работы устройства сохраняется постоянным и не зависящим от изменений силовых и скоростных режимов функционирования исследуемых двигательных установок и систем.

Это, в отличие от прототипа, вынуждающего оператора непрерывно следить за вертикальным масштабом индикаторной диаграммы, позволяет при использовании заявляемого устройства резко повысить производительность и качество измерений при значительном снижении их трудоемкости и утомляемости операторов.

К важным преимуществам описываемого устройства по сравнению с его прототипом следует, кроме того, отнести и то обстоятельство, что с помощью нового устройства, обеспечивающего автоматическую стабилизацию обоих ортогональных масштабов воспроизводимых индикаторных диаграмм в процессе динамических изменений скоростных и силовых режимов контролируемых вращающихся объектов, открываются качественно новые возможности для взаимного геометрического наложения (совмещения) и непосредственного графического сопоставительного анализа динамических параметров, характеризующих либо эволюцию режима функционирования одного определенного вращающегося объекта, либо сравнительную картину индивидуальных изменений режимов функционирования различных вращающихся объектов.

К существенным преимуществам заявляемого устройства - как перед известными средствами рассматриваемого назначения и класса, так и перед прототипом - необходимо также отнести и то, что динамические масштабы ортогональных отклонений луча индикатора 15 на формируемых диаграммах строго отвечают соответствующим масштабам отклонений луча электронно-лучевого индикатора, полученным при статической градуировке устройства по его обоим ортогональным каналам.

По результатам практических испытаний, проведенных в лабораторных и производственных условиях, заявляемое устройство рекомендовано к использованию на предприятиях авиационной промышленности, турбостроения, транспортного машиностроения и двигателестроения.

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения фазомоментных характеристик вращающихся объектов, содержащее предназначенный для последовательного введения в исследуемую кинематическую цепь торсионный вал с прикрепленным к его первому окончанию немагнитным диском, несущим на своей периферии кольцо из намагничивающегося материала, две универсальные магнитные головки, неподвижно установленные рядом против кольца из намагничивающегося материала, стакан-гильзу, жестко закрепленную своим основанием у второго окончания торсионного вала, два импульсных усилителя, два трехпозиционных переключателя записи-воспроизведения, кнопку коммутации, импульсный генератор, две пары из последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока, генератор напряжения стирания, генератор ступенчатого напряжения, электронно-лучевой индикатор с пластинами вертикального и горизонтального отклонения луча, первый и второй согласующие усилители, выходы которых подключены соответственно к вертикальной и горизонтальной парам пластин электронно-лучевого индикатора, подвижные контакты первого и второго трехпозиционных переключателей записи-воспроизведения, механически соединенные между собой, а электрически связанные соответственно с входом и выходом первого импульсного усилителя, выход генератора напряжения стирания, подключенный к первому неподвижному контакту первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, ко второму неподвижному контакту которого подключен выход импульсного генератора, обмотку первой универсальной магнитной головки, соединенную с третьим неподвижным контактом первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, и обмотку второй универсальной магнитной головки, соединенную с входным контактом кнопки коммутации, первый выходной контакт которой присоединен к первой магнитной головке, а второй выходной контакт которой подключен к входу первой пары последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока, третий неподвижный контакт второго трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, соединенный через вторую пару последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока с первым функциональным входом генератора ступенчатого напряжения, отличающееся тем, что в устройство введены бесконтактный дифференциальный индукционный преобразователь и линейный детектирующий узел, а свободная кромка стакана-гильзы выполнена в форме круговой последовательности пилообразных зубьев, часть торсионного вала, выходящая за пределы стакана-гильзы, выполнена с прямоугольным сечением, на которое плотно посажена с возможностью скользящего осевого перемещения ферромагнитная цилиндрическая каретка, снабженная с одной из своих плоских сторон группой кругосимметрично расположенных пальцев-толкателей, направленных параллельно оси торсионного вала в сторону пилообразных зубьев и предназначенных для скользящего механического контактирования своими окончаниями с торцами пилообразных зубьев, а между тыльной, свободной от пальцев-толкателей, плоской стороной ферромагнитной цилиндрической каретки и немагнитным диском с кольцом из намагничивающегося материала на торсионный вал надета цилиндрическая пружина сжатия и против боковой внешней цилиндрической поверхности ферромагнитной каретки в плоскости, проходящей через ось торсионного вала, неподвижно установлен статор бесконтактного дифференциального индукционного преобразователя, выполненный на Ш-образном магнитопроводе, средний керн которого снабжен первичной питающей обмоткой, соединенной с выходом генератора напряжения стирания, а два крайних керна Ш-образного магнитопровода снабжены парой идентичных друг другу выходных повышающих обмоток, включенных встречно-последовательно по наводимым ЭДС и совместно связанных через второй импульсный усилитель с входом линейного детектирующего узла, выход которого соединен с входом первого согласующего усилителя, причем первый и второй неподвижные контакты второго трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения подключены к третьему неподвижному контакту первого трехпозиционного переключателя записи-воспроизведения, вход первой пары последовательно включенных амплитудного ограничителя и дифференцирующего блока соединен с вторым функциональным входом генератора ступенчатого напряжения, выход которого связан с входом второго согласующего усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3