Устройство для полунатурного моделирования виброударных механических систем

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматизированного динамического синтеза плоских пру- :жиннь Х элементов коммутирующих управляемых устройств. Целью изобретения является расширение функпиональных возможностей за счет учета характеристик соударяюшдхся плоских пружинных элементов. Цель достигается путем введения рамы с консольно прикрепленным пружинным элементом , к свободному концу которого прикреплен датчик силы, блока имитации электромагнитной силы и дополнительного оптического проекционного блока измерения положения пружинного элемента. 1 з - п. ф - лы, 1 ил. СО 1C ел 0 L-PcSJ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 6 06 G 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3614149/24-24 (22) 06,07.83 (46) 15.08.86, Бюл. N - 30 (71) Каунасский политехнический институт им,Антанаса Снечкуса (72) B.Â.Îñòàíÿâè÷þñ, К.M.Ðàãóëüñкис и И,!О.Скучас (53) 681.333 088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1"- 714420, кл. ц 06 6 7/48, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 562836, кл. Q 06 g 7/48, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ ВИБРОУДАРНЫХ NEXAHHЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть ис„„SU„„1251116 А1 пользовано для автоматизированного динамического синтеза плоских пружинных элементов коммутирующих управляемых устройств. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет учета характеристик соударяющихся плоских пружинных элементов. Цель достигается путем введения рамы с консольно прикрепленным пружинным элементом, к свободному концу которого прикреплен датчик силы, блока имитации электромагнитной силы и дополнительного оптического проекционного блока измерения положения пружинного элемента..1 s — и, ф — лы, 1 ил.

12511!6

1О

30

40 — — = 0; оу (2)

Эх у = 0

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизированного. динамического синтеза плоских пружинных элементов коммутирующих управляем»х устройств.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет учета характеристик соударяющихся плоских пружинных элемен— тов.

На чертеже представлена блок-схема.устройства.

Устройство содержит раму 1, на которой консольно закреплен пружин— ный элемент 2, к свободному концу которого прикреплен датчик 3 силы, Над пружинным элементом 2 размещен электромеханический преобразователь

4 блока имитации удара, на оптической оси ортогонально плоскости колебаний пружинного элемента 2 размеще ны источник 5 света, цилиндрический объектив 6, экран 7 и фоторегистрирующий элемент 8, соединенный с индикатором 9. Первый блок 10 модели рования передаточных функций состоит из последовательно соединенных первого усилителя 11, умножителя 12, первого !3 и второго 14 интеграторов и второго усилителя 15, при этом выход второго усилителя 15 подключен к второму входу первого интегратора

13. Второй блок 16 моделирования пе редаточных функций состоит из последовательно соединенных первого усилителя 17, умножителя 18„ первого 19 и второго 20 интеграторов, второго усилителя 21 и сумматора 22, при этом выход второго усилителя 21 подключен к второму входу первого интегратора 19. Третий 23 и четвертый 24 блоки моделирования передаточных функций состоят из соответствующих усилителей ?5 и 26, входы которых подключеньr к выходу генератора 27 электрических колебаний блока 28 имитации электромагнитной силы, а выходы подключены к третьему и четвертому входам сумматора 29 блока 30 определения положения ударного элемента. К первому входу сумматора 29 подключен выход второго усилителя первого блока 10 моделирования передаточных функций,а к второму входу сумматора 29 — выход сумматора 22 второго блока 16 моделирования передаточных функций. Выход генератора 27 подключен также к второму входу умножителя 18 второго блока моделирования передаточных функций, выход источника

31 напряжения подключен к входам первых усилителей 11 и 17 первого и второго блоков моделирования передаточных функций, а также к второму входу сумматора 22 второго блока моделирования передаточных функций. Выход датчика 3 силы через усилитель 32 подключен к второму входу умножителя

12 первого блока моделирования передаточных функций, а выход сумматора

29 подключен к входу электромеханического преобразователя 4 блока имитации удара.

Устройство работает следующим образом.

При соударении плоского пружинного элемента 2 с подвижной частью электромеханического преобразователя

4 элемент 2 начинает совершать изгибные колебания, Преобразователь 4 предназначен для имитации положения конца моделируемого плоского пружинно— го элемента виброударной системы. С целью осуществления указанной имитации движение моделируемого пружинного элемента (элемент также рассматривается как стержень с защемленным началом и свободным концом) опишем дифференциальным управлением вида. а (,ы а >, )

EJ +rn с (х,,) =0 (< j а Э1 где х — пространственная координата; у (х,f}- прогиб упругой оси пружинного элемента;

E3 — жесткость при изгибе;

Ф вЂ” прогонная масса;

0 (x,t) — внешняя возмущающая сила на единицу длины модулируемого пружинного элемента °

Цтобы построить структурную схему моделируемого пружинного элемента, рассматриваются следующие граничные условия: дпя защемленного конца для свободного конца с учетом ударного взаимодействия моделируемого пружинного элемента и реального пружинного элемента 2 а

0 -- — =Р(9 1) у 2 (3) Уа, д Уо

Дх 1х ния е

Р(Р—, ° Р) g (1 +FnP

6 х g,Р

3(х И=

2 Е3 (Ю P) ? +

1+ tnP ——

2 х

20 э х

1 4

1 +РРР

6 (,(Р) х

24Е3

uebbllXX

"ьк

I+K P

1 +W(P ) 30 г

1+ Fn Р

6 х I=(R P) ?

2 f4

1+ Р—

1 х — — — — — az f

1+ вР

3 х

e(S Р) ?

1+ вР

2 х (х

2Е3 1(3

I25I гдк Г (2,() — сила взаимодействия во время контактирования пружинных элементов; у — координата прогиба кон0 ца моделируемого пружинного элемента; e — координата удара на пру. жинном элементе 2.

Используя преобразование Лапласа для приведенного уравнения, прогиб любой точки моделируемот пружинного элемента определяется из уравнеa,(Р) (2 12 5 о Р + Р F(IF Р)

Ej (12 где P — оператор преобразования

Лапласа; и (Р) — интенсивность распреде о ленной электромагнитной силы на элемент;

2 — длина моделируемого упругого элемента.

Таким образом, чтобы получить прогиб моделируемого пружинного элемента в точке соударения с элементом 2, с помощью датчика 3, выполненного, например, в виде пьезокерамической пластинки, измеряется сила удара. 40

Сигнал с датчика 3, пропорциональный этой силе, через усилитель 32 поступает на второй вход умножителя 12 первого блока моделирования передаточной функции. С помощью бло- 45 ков моделирования передаточных функций 10, 16,23 и 24 на выходе сумматора 29 формируется сигнал, пропорциональныи положению соударяющейся точки моделируемого пружинного элемента, представляющий правую часть равенства (4).

Формирование осуществляется следующим образом. С выхода источника

31 напряжения на вход усилителя 11 хг! х 1 с весовым коэффициентом 2 1 3 )

l l- — -) поступает постоянное напряжение, где х — величина, пропорциональная координате точки удара; 3 — длина моделируемого пружинного элемента.

Сигнал с выхода усилителя 11 поступает на вход умножителя 12, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика 3, пропорциональный силе соударения. На выходе умножителя 12, таким образом, формируется сигнал, пропорциональный х (х — I1 — — -1, Г(У Р1

Этот сигнал поступает на вход интегратора 13 с весовым коэффициентом

1 1 где К = — — — . К второму вхоК у 4 °

6 ду интегратора 13 подключен его выход через последовательно соединенные интегратор 14 и усилитель 15.Интеграторы 13,14 и усилитель 15 вместе формируют передаточную функцию

A(Il)xx †-- а вместе с обратной

КР< связью — передаточную функцию вида

Общая передаточная функция 10 моделирования передаточных функций равна

xz х

-- RF(F F) — — - F (F .)) x

2 э

Сигнал с выхода генератора 27, пропорциональный электромагнитной силе, действующей на моделируемьй пружинный элемент, поступает на второй вход умножителя 18, на первый вход которого поступает постоянное напряжение от источника 31 через усилитель 17 с весовым коэффициентом,l25lll6

15

= m--r 6

Так как — — у—

2 где совпадает с пеyP — — + 4

1 + Р

P шР— — + х ф,Р

6 Ej х g.iP7

2 Ej

p+

1 +щР б

55 х

На

24Е1 соответственно

На выходе умножителя 18, таким образом, формируется сигиац, пропорциональный

1 Р

2Е3 1, 3 j 1о

Остальная часть второго блока 16 моделирования передаточных функций должна моделировать передаточную функцию 5

mP — — + Г

12 1

1 + — —-г У4 2 КРЪ1

6 редаточной функцией блоков 13, 14 и 15, то схема также должна включать интеграторы 19, 20 и усилитель

21 с сумматором 22, который первым входом соединен с выходом усилитеE пя 21 с весовым коэффициентом а вторым входом с весовым коэффициентом

Р

2 — с выходом источника 31 постоянного напряжения. Таким образом, на выходе второго блока 16 моделирования передаточных функций моделируется передаточная функция

Блоки 23 и 24 выполнены в виде усилителей 25 и 26 с весовыми коэффирг хг циентами соответственно — — — и

4ЕЭ их выходах формируются

Р х

g() () Суммирование в бло е 29 выходов блоков 10, 16, 23 и 24 позволяет сформировать необходимый сигнал, представляющий правую часть уравнения (,4) .

35 Щ

Контроль над процессом движения точек соударяющихся пружинных элементов, т.е. моделируемого элемента 2, осуществляется следующим образом. Свет из источника 5 падает на пружинный элемент 2, совершающий виброударные колебания. Теневое изображение пружинного элемента 2 увеличивается в поперечном направлении объективами 6 и проектируется на светорассеивающий экран 7. На обратной стороне экрана установлен фоторегистрирующий элемент 8. Колебания теневого изображения пружинного элемента

2 вызывает соответствующие колебания интенсивности света, падающего на элемент 8. Колебания интенсивности света превращаются в фототоки и подаются в индикатор 9. Применение цилиндрического объектива 6 позволяет увеличить изображение пружинного элемента 2 в поперечном направлении до

50 раз при незначительном увеличении его в продольном направлении, Таким образом, изменяя коэффициент В в блоках моделирования передаточных функций и контролируя ударное взаимодействие пружинных элементов с помощью системы измерения, можно моделировать виброударную систему, состоящую из двух плоских пружинных элементов, а также определять оптимальные соотношения их длин обеспеФ чивающих заданное качество контактирования. Изменяя также форму и амплитуду сигнала на выходе блока 27, можно определять параметры электромагнитной управляющей цепи, обеспечивающие заданное качество работы рассматриваемого ударного механизма.

Формулаизобретения

1. Устройство для полунатурного моделирования виброударных механических систем, содержащее четыре блока моделирования передаточных функций, блок определения положения ударного элемента, блок имитации удара, выполненный в виде электромеханического преобразователя, и датчик силы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета характеристик соударяющихся плоских пружинных элементов, в него введеныблок имитации электромагнитной силы, выполненный в виде генератора элект1251 1

ТО катаром.

Составитель Г.Зелинский

Техред О. Сопка

Редактор И.Рыбчедка

Корректор В.Бутяга

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

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

Заказ.4414/48

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, рических колебаний, усилитель, источник напряжения, рама, на которой консольно закреплен пружинный элемент, и оптический проекционный блок измерения положения гружинного эле- 5 мента, оптическая ось которого ориентирована ортогонально плоскости колебаний пружинного элемента,причем первый блок моделирования передаточных функций содержит первый усилитель, умножитель, первый и второй интеграторы и второй усилитель, второй блок моделирования передаточньтх функций содержит первый усилитель, умножитель, первый и второй интеграторы, второй усилитель и сумматор, третий и четвертый блоки моделирования передаточных функций выполнены в виде усилителей, блок огределения положения ударного элемента выполнен в виде сумматора, электромеханический преобразователь блока имитации удара размещен над пружинным элементом, а датчик силы прикреплен к свободному концу пружинного элемента, при этом выход первого усилителя первого блока моделирования передаточных функций под— ключен к первому входу умножителя этогс блока, выход умножителя под- 30 ключен к первому входу первого HHTBI ратара первого блока моделирования передаточных функций, выход которого через второй интегратор и вто— рай усилитель этого блока подключен к первому входу сумматора блока апрецеления положения ударного элемента и к второму входу первого интегра тора первого блока моделирования передаточных функций, выход первого 4С усилителя второго блока моделирования передаточных функций подключен к первому входу умножителя этого блока, выход умнажителя подключен к первому входу первого интеграто- 4

16 8 ра второго блока моделирования передаточных функций, выход которого че. рез второй интегратор и второй усилитель этого блока подключен к второму входу первого интегратора второго блока моделирования передаточных функций и к первому входу сумматора этого блока, выход которого под— ключен к второму входу сумттатора бло— ка определения положения ударнога элемента, выход которого соединен с входом электромеханического преобразователя блока имитации удара, выход датчика силы через усилитель подключен к второму входу умножителя первого блока моделирования передаточных функций, выход генератора электрических колебаний блока имитации электромагнитной силы подключен к входам усилителей третьего и четвертого блоков моделирования передаточных функций и к второму входу умножителя второго блока моделирования передаточных функций, выход источника напряжения подключен к входам первых усилителей первого и второго блоков моделирования передаточных функпии и к второму входу сумматора второго блока моделирования передаточных функций, а выходы усилителей третьего и четвертого блоков моделирования передаточных функций подключены соответственно к третьему и четвертому входам сумматора блока определения положения ударного элемента.

2. Устройства па п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, оптический проекционный блок измерения положения пружинного элемента содержит последовательно размещенные на оптической аси источник света, цилиндрический объектив, экран и фоторегистрирующий элемент, соединенный с инди