Устройство для измерения момента инерции изделия

Авторы патента:

Кочкин Евгений Васильевич (RU)

Матвеева Елена Николаевна (RU)

Матвеев Евгений Владимирович (RU)

G01M1/10 - Проверка статической и динамической балансировки машин; испытания различных конструкций или устройств, не отнесенные к другим подклассам

Владельцы патента RU 2506552:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Техномаш" (RU)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий. Устройство содержит подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства. Эталонное тело выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, расположенными симметрично относительно основных элементов. При этом центр масс эталонного тела расположен асимметрично относительно основных и дополнительных элементов базирования эталонного тела. Элементы технологического базирования выполнены в виде базовых отверстий на подвижной части устройства, которые совмещаются с базовыми отверстиями на эталонном теле и изделии посредством штифтов, служащих и для закрепления эталонного тела и изделия на подвижной части. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении их проведения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий.

Известно устройство для измерения момента инерции изделия, содержащее подвижную часть, имеющую возможность колебаний под действием сил гравитации вокруг оси, неподвижной относительно основания, и эталонное тело с известным положением центра масс (см. Гернет М.М., Ратобыльский В.Ф. «Определение моментов инерции». - М.: Машиностроение, 1969, §9, стр.37).

Недостатками этого известного устройства является необходимость выполнения дополнительных элементов технологического базирования для закрепления эталонного тела на подвижной части устройства, которой является собственно изделие, что существенно ограничивает область применения известного устройства.

Известно устройство для измерения момента инерции изделия, содержащее подвижную часть, имеющую возможность крутильных колебаний относительно неподвижного основания под действием упругого элемента, эталонное тело с известным моментом инерции, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства (см. Гернет М.М., Ратобыльский В.Ф. «Определение моментов инерции». - М.: Машиностроение, 1969. Стр.70, п.1. Применение эталона) - наиболее близкий аналог.

Недостатком этого устройства является необходимость предварительного определения момента инерции эталонного тела относительно оси, совпадающей с осью колебаний подвижной части колебательного устройства. Определение момента инерции эталонного тела является технически сложной задачей, так как требует точных измерений всех геометрических параметров и характеристик пространственного распределения плотности материала эталонного тела, неоднородность которого приводит к ошибкам в расчетах момента инерции эталонного тела по геометрическим параметрам. Ошибки в расчетах момента инерции эталонного тела в свою очередь приводят к ошибкам определения моментов инерции измеряемых изделий.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений и упрощение их проведения за счет исключения необходимости решения сложной технической задачи по определению момента инерции эталонного тела и за счет исключения ошибок в расчетах момента инерции эталонного тела, возникающих из-за неоднородности плотности его материала.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для измерения момента инерции, содержащем подвижную часть, имеющую возможность крутильных колебаний относительно неподвижного основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства, эталонное тело выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, расположенными симметрично относительно основных, причем центр масс эталонного тела расположен ассиметрично относительно основных и дополнительных элементов базирования эталонного тела, которые выполнены, например, в виде базовых отверстий на подвижной части устройства, которые совмещаются с базовыми отверстиями на эталонного теле и изделии посредством штифтов, служащих и для закрепления эталонного тела и изделия на подвижной части.

При использовании предложенного устройства, в котором эталонное тело выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, расположенными симметрично относительно основных, имеется возможность при установке эталонного тела на дополнительные элементы технологического базирования развернуть эталонное тело на 180° не изменяя его собственного момента инерции относительно оси колебаний. Центр масс эталонного тела расположен ассиметрично относительно основных и дополнительных элементов базирования, поэтому при развороте на 180° изменяется переносный момент инерциии, соответственно, изменяется период колебаний в дополнительном положении эталонного тела. (Переносный момент инерции равен произведению массы эталонного тела на разность квадратов расстояний от центра масс эталонного тела до оси колебаний перед перемещением и после перемещения (см. Гернет М.М., Ратобыльский В.Ф. Определение моментов инерции. - М.: Машиностроение, 1969. Стр.8, §4).

Переносный момент инерции рассчитывается по известным значениям массы и расстояниям центра масс эталонного тела от оси колебаний. Использование переносного момента инерции вместо собственного момента инерции эталонного тела в алгоритме определения момента инерции изделия позволяет избежать необходимости точных измерений всех геометрических параметров и пространственного распределения плотности материала для определения собственного момента инерции эталонного тела.

Совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства обуславливает более простое и более точное определение момента инерции изделия по сравнению с известными аналогами.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 показана подвижная часть устройства;

- на фиг.2 показана подвижная часть устройства с закрепленным на ней изделием;

- на фиг.3 показана подвижная часть устройства с закрепленным на ней эталонным телом с помощью основных элементов технологического базирования;

- на фиг.4 показана подвижная часть устройства с закрепленным на ней эталонным телом с помощью дополнительных элементов технологического базирования.

Устройство для измерения момента инерции изделия содержит подвижную часть 1, имеющую возможность колебаний вокруг оси подшипников 2, которая неподвижна относительно основания 3. Подвижная часть устройства имеет возможность совершения малых колебаний, при которых возникающий возвращающий момент практически пропорционален углу φ отклонения подвижной части от положения равновесия.

Элементы технологического базирования выполнены в виде базовых отверстий 4 на подвижной части 1 устройства, которые совмещаются с базовыми отверстиями 5 на изделии 6 и базовыми отверстиями 7 на эталонном теле 8 посредством штифтов 9, служащих одновременно и для закрепления эталонного тела и изделия на подвижной части. Назначение элементов технологического базирования состоит в обеспечении однозначной определенности расстояний от оси колебаний до центров масс изделия и эталонного тела. Техническое выполнение элементов технологического базирования может быть различным, в зависимости от конструктивных особенностей изделия.

Эталонное тело 8 выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, выполненными в виде базовых отверстий 10, расположенных симметрично относительно основных элементов 7, причем центр масс ЦМ_Э эталонного тела расположен асимметрично относительно основных 7 и дополнительных элементов 10 базирования эталонного тела. Асимметричность выражается разностью расстояний x₁ и x₂ центра масс ЦМ_Э эталонного тела от элементов базирования 7 и 10.

Устройство для измерения момента инерции изделия работает следующим образом.

Измеряют периоды малых колебаний: Т_o- подвижной части устройства, как показано на фиг.1, Т₁ - подвижной части устройства с эталонным телом, закрепленным на подвижной части устройства посредством основных элементов технологического базирования, как показано на фиг.3,Т₂- подвижной части устройства с эталонным телом, закрепленным на подвижной части устройства посредством дополнительных элементов технологического базирования, как показано на фиг.4, и Т_и - подвижной части устройства с изделием.

Затем эталонное тело переворачивают на 180°, закрепляют на подвижной части устройства посредством дополнительных элементов технологического базирования, как показано на фиг.4, и измеряют период Т₂ малых колебаний подвижной части устройства с эталонным телом в перевернутом положении. Так как основные и дополнительные элементы технологического базирования выполнены симметричными, то после переворота собственный момент инерции J_э эталонного тела относительно оси, параллельной оси 2 колебаний и проходящей через его центр масс ЦМ_Э, остается неизменным, а переносный момент инерции относительно оси колебаний изменится из-за изменения расстояния от центра масс до оси колебаний. Выражения моментов инерции подвижной системы для указанных выше четырех измерений периодов колебаний имеют вид:

J_о=m_оc_оgT_о ²/4π²;

J_о+J_э+m_эC₁ ²=(m_оc_о+m_эс₁)gT₁ ²/4π²;

J_о+J_э+m_эc₂ ²=(m_оc_о+m_эc₂)gT₂ ²/4π²;

J_о+J_и+m_иc_и ²=(m_оc_о+m_иc_и)gT_и ²/4π²,

где J_ои m_о - момент инерции и масса подвижной части, J_э и m_э - собственный момент инерции и масса эталонного тела, J_о и m_o - момент инерции и масса подвижной части устройства, c_o, c₁, c₂, c_и- расстояния от ЦМ до оси колебаний соответственно подвижной части, эталонного тела до и после переворота на 180° и изделия, Т_о, Т₁, Т₂ и Т_и - периоды колебаний соответственно подвижной части, эталонного тела до и после переворота на 180° и изделия, g - ускорение свободного падения.

Из приведенных уравнений получим выражение для вычисления момента инерции изделия J_и, не содержащее момента инерции эталона J_э:

J_и=m_оc_оg(T_и ²-T_о ²)/4π²+m_иc_и(gT_и ²/4π²-с_и),

где статический момент подвижной части устройства равен:

m_oс_o=m_э[с₁ ²-с₂ ²-g(c₁T₁ ²-c₂T₂ ²)/4π²].

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает новой совокупностью отличительных признаков, обеспечивающих по сравнению с аналогами упрощение определения момента инерции изделия, так как исключает необходимость решения сложной технической задачи по определению момента инерции эталонного тела, и повышение точности за счет исключения ошибок в расчетах момента инерции эталонного тела, возникающих из-за неоднородности плотности материала эталонного тела, которые присущи известным близким аналогам.

1. Устройство для измерения момента инерции изделия, содержащее подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное тело, имеющее элементы технологического базирования для закрепления его на подвижной части устройства, отличающееся тем, что эталонное тело выполнено с дополнительными элементами технологического базирования, расположенными симметрично относительно основных, причем центр масс эталонного тела расположен асимметрично относительно основных и дополнительных элементов базирования эталонного тела.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы технологического базирования выполнены в виде базовых отверстий на подвижной части устройства, имеющих возможность совмещения с базовыми отверстиями на эталонном теле и изделии посредством штифтов, служащих и для закрепления эталонного тела и изделия на подвижной части.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению массы, координат центра масс и моментов инерции изделий, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Способ балансировки ротора турбины // 2503935

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для балансировки роторов турбин. Способ заключается в следующем.

Способ профилактики работы двигателя автомобиля // 2502070

Группа изобретений относится к автомобильной технике. Способ профилактики работы двигателя автомобиля включает оценку соответствия топлива по его устойчивости к окислению на основании определения процентного содержания ВНТ в топливе питания двигателя посредством спектроскопии в ближней инфракрасной области с возможностью изменения указанного содержания и уведомление пользователя о качестве топлива на основании результатов вышеуказанного определения.

Способ балансировки ротора в одной плоскости коррекции // 2499985

Изобретение относится к области балансировочной техники, в частности к динамической балансировке роторов. Способ заключается в следующем.

Устройство для автоматической балансировки тел вращения // 2498253

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для балансировки вращающихся тел. В состав устройства входят станок для закрепления и вращения детали, два технологических лазера, лучи от которых, при их включении, падают на торцевые поверхности вращающегося тела и испаряют материал в точке падения, два пьезодатчика, установленные в нижних точках обеих опор при закреплении тела вращения на станке, которые вырабатывают электрический сигнал, в зависимости от величины силы, действующей на них, два усилителя электрического напряжения, усиливающие электрические сигналы с пьезодатчиков, каждый со своего, и компьютер, в котором установлен драйвер, управляющий лазерами.

Способ, устройство и система для анализа колеса транспортного средства // 2497092

Способ анализа колеса транспортного средства включает шину заранее определенной конфигурации и тиксотропное балансировочное вещество. Способ включает вращение колеса транспортного средства с заранее определенным количеством оборотов за некоторый период времени.

Способ проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну и устройство для его осуществления // 2493547

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну.

Способ балансировки вала гибкого ротора // 2492364

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке и балансировке гибких роторов компрессоров, турбоагрегатов и валопроводов газоперекачивающих агрегатов.

Стенд для испытаний гидравлических ясов // 2491528

Изобретение относится к области нефтяного машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических ясов. .

Способ тяговых испытаний транспортных машин при трогании с места под нагрузкой // 2490610

Изобретение относится к испытанию и техническому диагностированию машин, в частности к способу тяговых испытаний транспортных машин (преимущественно трактора) при трогании с места под нагрузкой.

Способ определения момента инерции ременных и цепных передач // 2507492

Изобретение относится к способам инерционных испытаний ременных и цепных передач и позволяет определить момент инерции ременных и цепных передач. Способ заключается в том, что ко входному валу ременной (цепной) передачи через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя. При этом момент инерции ременной (цепной) передачи определяется как отношение произведения разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, ременная (цепная) передача» на сумму момента инерции электрического двигателя и момента инерции соединительной муфты к угловому ускорению системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, ременная (цепная) передача». Технический результат - обеспечение возможности определения момента инерции ременных и цепных передач с учетом действия сил трения в опорах валов, износа основных элементов, двигающихся поступательно и вращательно. 1 ил.

Способ измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения // 2507493

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам измерения мощности потерь энергии в подшипниках качения. Сущность способа измерения мощности потерь на трение в подшипниках качения заключается в том, что мощность потерь энергии в подшипнике качения определяется как произведение суммы моментов инерции системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения» на сумму угловой скорости и половины приращения угловой скорости за период, в течение которого определено угловое ускорение системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению на разность углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», определенного с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению. Технический результат заключается в возможности измерения мощности потерь энергии в отдельном подшипнике качения с высокой частотой. 1 ил.

Полуавтоматический балансировочный станок // 2515102

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для выполнения прецизионной динамической балансировки роторов гироскопов. Устройство содержит измерительную систему, приспособление для установки балансируемого изделия и датчик контрастной метки, размещенные на основании измерительной системы, расположенном в вакуумируемой камере, систему охлаждения и откачки-закачки воздуха, лазер, предназначенный для удаления материала с поверхности балансируемого изделия, систему защиты узлов, деталей и поверхности балансируемого изделия от загрязнения продуктами лазерной обработки, пневматически связанную с системой охлаждения и откачки-закачки воздуха, источник питания привода балансируемого изделия, а также модули электроники, электрически связанные с датчиками для измерения дисбаланса и с информационно-управляющей системой на базе ПЭВМ и предназначенные для управления балансировкой изделия. В станок введены излучатели первой и второй плоскостей коррекции, связанные оптически с системой ввода лазерного излучения в вакуумную камеру и электрически - с модулями электроники, система ввода лазерного излучения в вакуумную камеру связана оптически с излучателями первой и второй плоскостей коррекции и с системой переключения направления лазерного излучения между плоскостями коррекции. Технический результат заключается в возможности проведения процесса балансировки в автоматическом режиме при повышении точности процесса балансировки и упрощении его проведения, а также упрощении процесса перехода на балансировку других объектов балансировки. 5 ил.

Способ определения момента инерции червячного редуктора // 2515172

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам инерционных испытаний червячных редукторов, и может быть использовано для их исследования на энергоэффективность. Сущность изобретения заключается в том, что ко входному валу червячного редуктора через соединительную муфту подсоединяется выходной вал электрического двигателя, а момент инерции червячного редуктора определяется как отношение произведения разности углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, червячный редуктор» на сумму момента инерции электрического двигателя и момента инерции соединительной муфты к угловому ускорению системы вращающихся масс «электрический двигатель, соединительная муфта, червячный редуктор». Технический результат заключается в возможности определения момента инерции червячного редуктора с учетом сил трения и износа элементов редуктора. 1 ил.

Ротор с компенсатором дисбаланса // 2516722

Ротор с компенсатором дисбаланса содержит рабочее колесо ступени турбомашины и компенсатор дисбаланса колеса в виде балансировочного груза, выполненного в форме сегмента с круговыми внешней и внутренней поверхностями и стопорным элементом. Ротор имеет, по меньшей мере, с одной стороны в теле колеса выемку с кольцевыми внешним и внутренним поднутрениями. Снаружи по торцу колеса напротив внешнего поднутрения выполнен кольцевой выступ с пазами, а напротив внутреннего поднутрения - наружный бурт. Сегмент внешней конической и внутренней поверхностями установлен в поднутрениях выемки колеса и зафиксирован отгибом стопорного элемента в паз выступа. Ось паза расположена в плоскости продольной оси колеса под углом к последней. При работе турбомашины балансировочный груз своей конической поверхностью контактирует со скольжением с конической поверхностью внешнего поднутрения выемки диска и надежно поджимается центробежными силами своей торцевой поверхностью к торцевой поверхности колеса. Изобретение позволяет упростить балансировку ротора, например рабочего колеса ступени турбомашины, за счет исключения его снятия со станка при балансировке, уменьшить нагрузки на подшипники ротора и увеличить быстроходность турбомашины за счет повышения точности и стабильности балансировки колеса, повысить надежность крепления балансировочного груза в колесе и срока службы колеса турбомашины. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Центрифуга // 2522625

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов. Центрифуга содержит платформу в виде консольной балки с площадкой для изделия на свободном конце, смонтированной другим концом на вращаемом шпинделе. Консольная балка выполнена телескопической. Подвижная часть консольной балки, несущая площадку, связана с другой частью посредством гибкой связи. Достигается разделение радиальных и поперечных нагрузок, воспринимаемых платформой, между двумя ее элементами: гибкой связью и телескопической балкой. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Стенд для измерения массы и координат центра масс изделий // 2525629

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для электрических измерений механических величин в космической технике, судостроении и авиастроении. Стенд содержит раму, к которой крепится изделие, динамометрическую платформу с установленным на ней узлом поворота рамы, динамометры, пружины, датчик угла поворота и станину, пластину, закрепленную на динамометрической платформе и установленную в центре тяжести платформы, которая опирается на центральный динамометр с полусферическим шарниром, установленным на станине при помощи стойки, два динамометра, а также четыре динамометрические цепочки, содержащие пружины. Технический результат заключается в защите от перегрузки динамометров и повышении точности измерений координат центра масс. 4 ил.

Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа // 2526217

Изобретение может быть использовано при производстве навигационных приборов. Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа заключается в том, что измеряют параметры неуравновешенной массы, рассчитывают массу, подлежащую удалению с каждого балансировочного зубца, и удаляют неуравновешенную массу с поверхности балансировочных зубцов путем электрохимического растворения, при этом каждый зубец погружают в отдельную ванну с электролитом и через поверхность каждого зубца пропускают заранее рассчитанный электрический заряд, величину которого регулируют временем пропускания постоянного тока. Изобретение позволяет довести точность удаления массы с балансировочного зубца до 0.01-0.1%. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Стенд для испытания форсунок // 2526597

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытания форсунок, предназначенных для распыления огнетушащего вещества при тушении пожара. Устройство содержит две вертикальные направляющие, верхние концы которых жестко связаны перекладиной, горизонтальную раму, размещенную между двумя вертикальными направляющими с возможностью перемещения в вертикальном направлении и выполненную в виде двух угольников, вертикальные полки которых расположены в вертикальных направляющих, а на горизонтальных полках закреплена поперечная балка, три узла для крепления форсунки, насос высокого давления, лебедку с тросом, на котором подвешена горизонтальная рама, блок для троса лебедки, закрепленный в центральной части упомянутой перекладины, регистратор, модельный очаг пожара. Один из узлов для крепления форсунки закреплен на поперечной балке, а два других - закреплены на вертикальных полках, которые имеют высоту много больше критического значения, соответствующего заклиниванию рамы при ее перемещении и определяемого по формуле. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для испытаний форсунок. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ балансировки рабочего колеса гидравлической турбины // 2530428

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат центра масс и балансировки изделий сложной формы. Способ включает центрирование колеса с установлением точек отсчета координат местонахождения силоизмерительных датчиков, размещенных на поверхности платформ, используемых для взвешивания рабочего колеса. При этом обеспечивают приложение нагрузки к центру каждой платформы с помощью силовводящего узла для каждого диапазона веса рабочего колеса. После этого выбирают по методу суперпозиции на поверхности колеса характеристические точки, соответствующие проекциям центров весоизмерительных платформ и осуществляют поворот рабочего колеса по часовой стрелке относительно упомянутых платформ на заданный угол. Затем выполняют после каждого поворота колеса измерение веса на каждой платформе с каждой выбранной одноименной характеристической точкой с последующим арифметическим усреднением результатов измерений по всем платформам в каждой одноименной характеристической точке. Затем определяют известным образом расчетным путем с использованием системы измерений и обработки результатов дисбаланс и точно устанавливают балансировочные грузы. Технический результат заключается в повышении точности балансировки рабочего колеса гидравлической турбины с одновременным упрощением расчета процесса ее балансировки. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.