Магнитный компас

 

ОП ИСАНИЕ «i<561942

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сенналисткчеси на

Респубики (6l ) Дополиительиое к авт. свид-ву— (5l)N. Кл. (22) Завалено 14.01.80 (21) 2869431/18-10

G 01 С 17/04 с присоединением заявки рй (23) Приоритет

9тсуд»ратааевй кем»тат

СССР. ао левам аз»брате»ай в атармт»Я

Опубликовано 07.09.81. Ьтоллетень М 33

Дата опубликования описании 07.09.81 (53) УДК 538.74 (088.8) (72) Автор изобретения

H. Д. Дегтерев (7l) Заявитель (54) МАГНИТНЫЙ КОМПАС

3 . Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в магнитных компасах.

Известен магнитный компас с устройствами защиты от ударных перегрузок опоры магнитного чувствительного элемента (МЧЭ), причем

МЧЭ в корпусе с жидкостью устанавливается на ось, которая расположена между спаренными эластичными диафрагмами, ось и опорный элемент МЧЭ подпружинены (l l. .Недостатком этого компаса является низкая то их надежность нри работе в условиях ударттых перегрузок.

Кроме того, известен компас, содержащий корпус (котелок), заполненный жидкостью, н

МЧЭ as опоре внутри котелка. Опор» выпол-. т5 непа в виде подпружиненной шпильки,. скользящей в направляющей 12).

Недостатком этого компаса является низкая его надвкность, обусловленная нетнтлтюй защитой опоры МЧЭ от износа при ударах.

Увеличение износа опоры при ударах объясняется следующей причиной, При ударах опора и.. МЧЭ находятся в постоянном, соприкосновении. Усилие удара воспринимается пружиной, которая сжимается перемещающимся при ударе МЧЭ. В результате контактная нагрузка на шпильку возрастает на величину, определяемую произведением перемещения МЧЭ на жесткость пружины. При многократных ударах, имеющих место в условиях эксплуатации, шпилька в связи с повышенными напряжениями изнашивается интенсивнее, чем в статике.

Целью изобретения является повышение надежности компаса путем увеличения его удароустойчивости.

Для достижения этой цели в компас, содержащий корпус, заполненный жидкостью, и МЧЭ на опоре, введено пороговое устройство ударных перегрузок, включающее поршень с опорой и сквозными каналами, симметричными относительно егЬ.вертикальной оси, направляющий цилиндр с жидкостью, ограничитель перемещения поршня, упорную пружину и круговой козырек, расположенный н" нижней поверх« ности МЧЭ симметрично оси его вращения, при. чем верхние срезы каналов поршня расположены под круговым козырьком.

861942

На чертеже изображен предлагаемый магнитный комлас, разрез.

Магнитный компас имеет котелок 1, МЧЭ 2 в жидкости 3 на опоре 4, закрепленной в подвижном поршне 5 с вертикальными симметричными относительно его оси сквозными каналами 6, направляющий цилиндр 7, заполненный жидкостью 3, в котором установлен поршень

5, и упорную пружину 8, прижимающую в верхнем положении поршень 5. 1О

Ограничитель перемацения поршня 5 выполнен в виде винта 9, закрепленного на направляющем цилиндре 7, входящего со скольжением s вертикальную прорезь 10 на цишшдричесIcos поверхнрсти .поршня 5. Пружина 8 Закрепляется и регулируется до необходимого усилия гайкой ll; ввернутой снизу в направляющий цилиндр 7. Стенками цилиндра 7, дном поршня

5 и дном котелка 1 образована полость 12, заполненная жидкостью 3, сообщающаяся с внут- 2О ренней полостью котелка 1 через каналы 6. 8 нижней части МЧЭ напротив выходных отверстий каналов 6 на расстоянии 2-4 мм от пих установлен круговой козырек 13, например ко. нусный, который является одновременно ловуш-э5 кой, предохраняющей МЧЭ 2 от соскока с опоры 4 при переворачивании котелка 1.

Магнитный компас работает следующим образом.

В статике МЧЭ 2 опирается на опору 4, ко- gp торая находится в верхнем положении, так как поршень 5 нижним срезом прорези 10 прижат пружиной 8 к ограничительному винту 9.

Для достижения этого устойчивого в статике состояния порогового устройства необходи- 35 мо, чтобы усилие Епр пружины 8 было выбрано в соответствии с формулой тпр (тп+"цз)" где тц=(вп p Ч )g — вес поршня в жидкости; 40 т =(и -оЧ )g — вес МЧЭ в жидкости; цэ чэг чэ

1т .йьи — массы поршня и МЧЭ сои чэ ответственно;

Ч и Ч вЂ” объемы поршня и МЧЭ союз ответственно; 45

9 — плотность жидкости;

g — ускорение свободного падения

К вЂ” коэффициент превышения пружины 50 над суммарным весом в жидкости поршня и Mq3.

Например, при тчв30 мН; гп=90 мН н

К= 1,25 имеем Рпр =150 мН.

При ударах поршень 5 под действием вызванной ударным ускорением%сипы FYA, равной

" д= (гп п-РЧп )(ц.+а), при таад> т Пр сжимает пружину 8.

В МЧЭ 2 аналогично возникает сила ад, равная таад=(N цэ-pЧцз )(д+1и) °

Но поскольку движение МЧЭ 2 тормозится силами сопротивления его большой поверхности о жидкость 3 н силами, затрачиваемыми на перемещения значительных присоединенных масс жидкости 3, то поршень 5 при ударе начинает отходить от МЧЭ 2,. разрывая контактную связь между МЧЭ 2 и опорой 4. Этот разрыв легче обеспечивается при условии Рч + Гп, которое, как показано ниже, обязательно выполняется.

Итак, ускорение %ср, прн котором контактная связь опора — МЧЭ разрывается (порог срабатывания), определяется неравенством

ГЪА) тпр из которого с учетом приведенных выше выражений слепнет чсловне:

w а. > у Йю,:2Лиз-.

Для выбранного лримера%ср 0,67 о; т.е. порог срабатывания порогового устройства равен 0,67-g (перегрузка — не более 67% при любой силе ударов).

При действии ускорений больших порога срабатывания движение поршня 5 вызывает выбрасывание жидкости из полости 12 через каналы 6 навстречу движущимся под действием силы т,, МЧЭ 2 с круговым козырьком 13.

Скорость истекающей из каналов 6 жидкости на выходном срезе этих каналов может быть определена выражением

Sll 1 =Ч

П .Зк где Ч, и Чп — скорости истекающей иэ каналов жидкости и перемещения поршня соответственно; и 5п — сечения каналов и поршня соответственно.

Истекающая с большой скоростью из каналов 6 жидкость имеет форму острых вытянутых факелов, упирающихся в круговой козырек 13 МЧЭ 2. Кинетическая энергия струй жидкости, которая больше кинетической энергии МЧЭ, в значительной своей части расходуется на погашение кинетической энергии МЧЭ (остановку движения МЧЭ). Соотношение весов в жидкости поршня 5 и МЧЭ 2, а также расстояние между выходными срезами каналов 6 и круговым козырьком 13 выбраны такими, чтобы полностью остановить движение МЧЭ 2 в направлении удара или даже изменить направление его движения (подбросить МЧЭ).

Этот эффект проявляется, например, при

Я 7 1,ЧФ чзМц у

5 86194 где т ж — масса выбрасываемой из каналов

6 жидкости;

Ч э — скорость .перемещения МЧЗ, возникшего в результате удара, что приводит к условию 5

Магнитный компас, содержащий корпус, заполненный жидкостью, и магнитный чувствительный элемент на опоре, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности компаса путем увеличения его удароустойчивости, в него введено пороговое устройство ударных перегрузок, включающее поршень с опорой и сквозными каналами, симметричными относительно его вертикальной осн, направляющий цилиндр с жидкостью, ограничитель перемещения поршня, упорную пружину и круговой козырек, расположенный на нижней поверхности магнитного чувствительного элемента сньаметрично оси его вращения, причем верхние срезы каналов поршня расположены под круговым козырьком.

Источники информацшц принятые во внимание при экспертизе

1. rlateHI СЩА М 3481044, 02.12.69, кл. 33-223.

2. Патент Великобритании 11Ф 821719,,03.12.57, кл. GtF 97(2Кпрототиф

Ftl > 2ячв для случая, когда жесткость пружины:С = 10—

20 мН/мм, расстояние между выходными срезами каналов 6 и круговым, козырьком 13 10

2-4 AM, a%cp= 2,5 .

По окончании действия удара пружина 8 . апериодически подает поршень 5 в исходное положение. При этом сравнительно медленном обратном движении поршня всасывающие ф»- 1S келы жидкости на выходных срезах каналов 6 имеют сферическую форму и сравнительно малы ио объему. Поэтому втекающая под поршень 5 жидкость практически не оказывает силового затягивающего воздействия на МЧЭ 2, который ( медленно опускается под действием силы Ечв.

В момент, когда поршень возвращается в исходное положение на упор, МЧЭ еще не достигает статического положения и продолжает медленно опускаться. При его соприкосновении с опорой 1э жесткого удара не происходит, а контактные напрюкения соизмеримы с напряжением при опускаичи МЧЭ на опору при сборке компаса.

В случае, если повторный внешний удар возникает до окончания переходного процесса, то 3о

МЧЭ будет подброшен на меньшую высоту, т.е. осуществляется автоматическое регулирование работы порогового устройства

Устройство может иметь варианты исполнения отдельных элементов. 35

Каналы в поршне могут быль выполнены в виде прорезей на.цилиндрической поверхности поршня или в виде равномерного зазора вокруг закрепленной в центре опоры.

Ограничитель перемещеии» может быть вы1толнен в виде выступа или штифта на направляющем цилиндре, либо гайки на хвостовшсе поршня.

Установочная гайка может быть заменена регулировочными прокладками. 55

Круговой козырек на МЧЭ может быть плоским или обратным коиусиым и совмещаться с одной иэ деталей МЧЭ.

Шпилька может быть закреплен» на МЧЭ, а подпятник s поршне. са состоят в повышении иаделспости путем увеличения удароустойчивости, т.е. уменьшапш . износа опоры МЧЭ компаса при транспортиров- ке и эксплуатации по прямому назначению, что приводит к повышению срока службы компаса беэ замены опоры и повышает безопасность судовождения. Укаэанные преимущества достигаются введением в компас порогового устройства ударных перегрузок, которое позволяет на время действия даже сравнительно слабого удара не только разорвать контактную связь между опорой и МЧЭ, чем предохранить опору от ударных перегрузок, но и направлять часть кинетической энергии, приобретенной при ударе поршнем, для остановки движения МЧЭ. Это осуществляется эа счет фонтанирунлцей через каналы в поршне жидкости, выбрасываемой навстречу движущемуся в направлении удара круговому козырьку МЧЭ.

Работа устройства проверена нри действии ударов с ускорением 150 м/c — 3000 ударов.

После испытаний погрешность от трения МЧЭ, зависящая от состояния опоры МЧЭ (степени износа керна), находилась в пределах допуска.

Параметра устройства, с которым проводились испытания иа опытных образцах компаса

КМ 100:

ГЧа=30 мН Гп 75 мН

g> = 50 мм, к=8,5 мм 6=3 мм, ,р=2,5

g = 15 мН/мм..

Формула изобретения

861942

Составитель В. Васильев

Техред 3. Фанта

Корректор M. немчик

Редактор О. Филиппова

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6527/34 Тираж 642

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5