Способ определения замедлений вращающихся тел

Изобретение относится к области испытания механических систем, у которых главными деталями являются вращающиеся тела, о сопротивлениях движению которых судят по замедлению при выбеге, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей. Вращающуюся деталь снабжают датчиком оборотов с одной меткой, что исключает неточность угловой разметки, которая появилась бы при большом количестве меток. Реагирующий на одиночную метку датчик оборотов соединяют с регистрирующим прибором и компьютером. Регистрируют, например, в дискретной форме, зависимость числа оборотов, а при известном радиусе вращающейся детали - пути в функции времени на определенном отрезке временного интервала, аппроксимируют эту зависимость детерминированной, непрерывной, дифференцируемой функцией, вторая производная которой по времени дает зависимость замедления тела в функции времени. Изобретение обеспечивает повышение точности и эффективности определения замедлений вращающихся тел. 7 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению. Оно касается измерения замедления вращающихся тел для определения сопротивлений их движению с целью оценки потерь энергии. По величине этих потерь судят об энергетическом совершенстве механизмов, у которых вращающееся тело является составной частью. При этом сопротивления движению определяют как произведения величины замедления на приведенные моменты инерции.

Известны способы определения отрицательных ускорений (замедлений) механических систем методом выбега [1], [2], [3], при которых на вращающиеся детали системы устанавливают датчик оборотов и его сигналы используют для регистрации времени получения каждого сигнала, после чего замедление j определяют по формуле малых приращений скорости ΔV и времени Δt (фиг.1).

где V1 - скорость некоторой точки вращающейся детали радиуса R в начале интервала Δt, V2 - скорость в конце интервала Δt.

В свою очередь скорости V1 и V2 определяют по формулам малых приращений пути Δl1 и Δl2 и времени Δt1 и Δt2 (фиг.2):

;

В результате измерений получают:

Таким образом, алгоритм измерений замедления содержит пять источников погрешностей, входящих в формулу 2, и дополнительно три источника погрешностей в результате спрямления участков кривых V1-V2 (см. фиг.1) и l1-l2, l3-l4 (см. фиг.2). Это является основным недостатком указанных способов определения замедлений вращающихся тел.

Известны также способы определения замедлений валов двигателей внутреннего сгорания с помощью комбинации специальных приборов [4], [5]. Однако в описании этих способов нет сведений, касающихся вычислительных действий для определения замедлений.

Решаемой задачей является достижение высокой точности и эффективности определения замедлений вращающихся тел, в особенности малых по величине, сопротивление движению которых P описывается двучленом второй степени скорости вида:

P=a+cω2

где a и c - константы,

ω - угловая скорость.

Указанная задача решается за счет:

- исключения необходимости измерения величин непрямого измерения, таких как скорость,

- применения специальной формулы функции "путь-время" для аппроксимации результатов измерений, обеспечивающей минимальные расхождения между экспериментальными и аналитическими данными,

- придания способу универсальности применения для измерений замедлений как во всем диапазоне скоростей, так и для локальных значений скорости.

Вращающееся тело снабжают датчиком оборотов с одной меткой, что исключает неточность угловой разметки, которая появилась бы при большом количестве меток. Реагирующий на одиночную метку датчик оборотов соединяют с регистрирующим прибором и компьютером. Регистрируют, например, в дискретной форме, зависимость числа оборотов, а при известном радиусе вращающейся детали - пути в функции времени на определенном отрезке временного интервала, аппроксимируют эту зависимость детерминированной, непрерывной, дифференцируемой функцией, вторая производная которой по времени дает зависимость замедления тела в функции времени. Поскольку преобразование функции «путь-время» в функцию «замедление-время» выполняется на основе положений дифференциального исчисления высшей математики с абсолютной математической точностью, точность определения замедления зависит только от точности измерений периода оборотов и параметра движения наблюдаемой точки и качества аппроксимации экспериментальной кривой «путь-время». Этим достигается простота, высокая точность получаемых результатов и сокращение времени каждого измерения.

Определение замедлений поступательно движущихся систем с вращающимися элементами выполняют, установив кинематическую связь между окружной и поступательной скоростями.

На фиг.3 показан принцип измерения времени выбега как нарастающей суммы периодов вращения тела радиуса R с единственной меткой для датчика.

На фиг.4 показан фрагмент примера реальной записи времени выбега вращающегося тела для каждого его оборота. При этом порядковый номер строки записи тождествен количеству оборотов z, совершенных телом.

На фиг.5 показана графическая зависимость дискретных значений "путь-время" выбега в виде функции l(z)=f(t) на основе данных, подобных показанным на фиг.4.

На фиг.6 показана аппроксимация экспериментальной зависимости "путь-время" специальной функцией S=f(T). На этой же фигуре поясняется связь между текущими и ретроспективными параметрами выбега.

На фиг.7 показан переход от зависимости "путь-время" S=f(T) к зависимости "замедление-время" j=f(T) по правилу дифференциального исчисления.

Заявляемый способ реализуется следующим образом: на вращающемся теле устанавливают, по меньшей мере, одну метку, а на неподвижном относительно вращающегося тела основании - реагирующий на нее датчик, например индуктивный, по сигналам которого, с точностью не менее ±50 мкс, производят регистрацию прибором значений времени t каждого оборота тела, как показано на фиг.4 и 5. В результате получают дискретное выражение "путь-время" в виде зависимости числа оборотов z и пути l=2πRz от времени t. Эту дискретную зависимость передают на компьютер и аппроксимируют (фиг.6) формулой:

где S и T - ретроспективные путь и время соответственно, т.е. путь и время до остановки вращающегося тела.

Для связи между величинами S и l используют соотношение, которое поясняет фиг.6:

S=SΣ-l,

где SΣ - полный путь выбега.

Для связи между величинами T и t используют соотношение (см. фиг.6):

T=TΣ-t,

где TΣ - полное время выбега.

Константы A и B, входящие в формулу (3), а также параметры SΣ и TΣ находят из системы 4-х уравнений вида:

,

где li и ti - координаты выбранной i-й точки функции l=f(t). Значения i=1, 2, 3, 4 выбирают из значений количества оборотов z, например, с одинаковыми интервалами Δ:

Δ=z1=z2-z1=z4-z3

Например, барабан шиноиспытательного стенда с R=1 м при выбеге со скорости 90 км/ч до 70 км/ч совершил 1341 оборот. Принимают за z4 ближайшее значение z, кратное 4-м, т.е. z4=1340. Тогда Δ=z4/4=z1=335, z2=710, z3=1065.

Замедление j получают, взяв вторую производную от функции (3) (фиг.7):

Многочисленные эксперименты показали, что применение формулы (3) для аппроксимации экспериментальных данных обеспечивает среднеквадратическое отклонение аппроксимирующей кривой, не превышающее 0,02%, и коэффициент корреляции R2, превышающий 0,9999.

Таким образом, способ обеспечивает:

- получение данных о величинах отрицательных ускорений (замедлений) вращающегося тела без необходимости измерения скорости как источника значительных погрешностей,

- минимальные расхождения между экспериментальными данными и аналитическим выражением их результатов,

- универсальность применения способа для измерения замедлений для различных диапазонов скоростей выбега.

Этим решается поставленная заявителем задача.

Способ может применяться для измерения замедлений механических систем с целью последующего определения:

- сопротивлений качению пневматических шин на барабанных стендах заводов-изготовителей,

- диагностики механизмов и агрегатов, использующих в качестве основных элементов вращающиеся роторы (турбины, электродвигатели и т.п.),

- особенно полезным способ оказывается для высокоточных измерений замедлений систем, у которых сопротивление движению описывается уравнениями 2-й степени скорости при малых значениях j≤0.02g, где другие способы неэффективны.

Источники информации

1. А. Янте. Механика движения автомобиля. Часть 1, Машгиз, 1958, стр.118-124.

2. Б.С. Фалькевич. Дорожные испытания автомобилей, Гострансиздат, 1936, стр.19-20.

3. И.В. Новопольский. Измерение потерь на качение - один из видов лабораторных испытаний автомобильных шин. Труды НИИШП, сборник 3, Москва, Госхимиздат, 1957, стр.122-138.

4. Патент РФ №2250469. Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. МПК: G01P 15/00.

5. Патент РФ №2329510. Устройство для измерения ускорения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на всем диапазоне скоростей. МПК: G01P 15/00.

Способ определения замедлений вращающихся тел, заключающийся в том, что на вращающееся тело устанавливают метку, сигналы от которой принимают посредством датчика, при этом используют только одну метку, создающую один сигнал во время одного оборота вращающейся детали, регистрируют число оборотов вращающейся детали в функции времени, аппроксимируют дискретную зависимость «путь-время» на основе зависимости числа оборотов от времени непрерывной дифференцируемой функцией вида:
,
где S и T - ретроспективные путь и время соответственно, т.е. путь и время до остановки вращающегося тела,
A и B - константы,
после чего получают замедление j в виде второй производной этой функции по времени:
.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит положительный и отрицательный источники опорных напряжений, ключевую схему для переключения полярности источников опорных напряжений, генератор синхронизирующих импульсов, сумматор обратной связи, дифференциальные измерительные емкости, первый синхронный детектор.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах ориентации и навигации. Линейный микроакселерометр содержит основание, крышку, рамку с инерционной массой, выполненной из кремния, установленную с возможностью линейного перемещения на упругих подвесах вдоль продольной оси, датчик положения и источник напряжения, при этом в устройство дополнительно введены два компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим, и состоит из излучателя и фотоприемников, при этом излучатель подключен к источнику напряжения, а между излучателем и фотоприемниками расположена оптическая щель.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения углового ускорения. Для измерения углового ускорения объекта производят измерение длительности интервалов времени между фронтами всех импульсов импульсным датчиком углового положения, определяют среднюю скорость на каждом интервале времени, создавая обращенное относительное движение частей импульсного датчика углового положения, различно связанных с контролируемым объектом, обеспечивая генерирование импульсным датчиком максимального количества импульсов на конечном участке торможения контролируемого объекта, и производят измерение значений углового ускорения при торможении.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных акселерометров. Чувствительный элемент интегрального акселерометра выполнен из проводящего монокристаллического кремния и содержит маятник 3, соединенный с помощью упругих подвесов 2 с каркасной рамкой 1, обкладки 4, соединенные с каркасной рамкой 1 через площадки 6, расположенные на каркасной рамке 1.
Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений.

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорения и может быть использовано в качестве первичного преобразователя в системах инерциальной навигации и сейсмометрии.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микромеханических датчиках линейных ускорений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический демпфер содержит демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования, при этом в устройстве выполнено следующее соотношение между параметрами: Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего); m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами. Технический результат - оптимизация режима работы микромеханического демпфера. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент микроэлектромеханического гироскопа выполнен из монокристаллического кремния, представляющий конструкцию «рамка в рамке». При этом во внешней рамке выполнен электростатический силовой преобразователь, компенсирующий в ней кориолисов момент, возникающий в ней при вторичных колебаниях, передаваемых от внутренней рамки. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит две дифференциальные измерительные емкости, источник опорного напряжения, пару ключей зарядки измерительных емкостей, генератор тактовых импульсов, инвертор напряжения, пару ключей для съема сигнала с измерительных емкостей и фильтр нижних частот. Полный цикл работы устройства осуществляется за два такта синхронизирующих импульсов: в первый такт обе измерительные емкости заряжаются от источника опорного напряжения через первую пару ключей. Во второй такт обе измерительные емкости одновременно разряжаются, через вторую пару ключей, на фильтр нижних частот, который формирует сигнал соответствующей величины и полярности. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Изобретение относится к навигационным устройствам, в частности может быть использовано для определения направления на географический север. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения направления на географический север. Технический результат достигается за счет того, что устройство для определения направления на географический север, содержит помимо датчика углового движения также датчик, чувствительный к изменению угла наклона. Обработка сигналов производится путем исключения из сигнала датчика угловых движений сигналов, вызванных наклонами оси вращения, с использованием показаний установленного на ту же платформу датчика, чувствительного к изменениям угла наклона. Момент начала вращения платформы определяют из условия стабилизации электродных токов неподвижного молекулярно-электронного датчика. Для уменьшения времени стабилизации электродных токов предварительно механически перемешивают жидкость в канале датчика угловой скорости путем вибраций платформы или помещают в жидкости вне области расположения преобразующего элемента датчика угловой скорости дополнительные электроды, находящиеся при одинаковом электрическом потенциале. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в МЭМС акселерометрах и гироскопах. Емкостный датчик перемещений содержит широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, при этом неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода. Технический результат - повышение чувствительности и точности преобразователя перемещений. 3 ил.

Устройство относится к измерительной технике, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции. Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором содержит чувствительный элемент и тороидальный корпус, заполненный жидкостью. Чувствительный элемент 1 представляет собой цилиндр 3, выполненный из диэлектрического материала в виде сужающего устройства с конфузором и диффузором, в котором диаметрально противоположно установлены металлические электроды Э1, Э2. В плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, установлены сверху и снизу обмотки возбуждения OB1, ОВ2, запитываемые двухполярным стабилизированным током. Тороидальный корпус присоединяется соосно к цилиндру 3. Образованная кольцевая полость заполняется рабочей жидкостью с определенной электропроводностью и вязкостью, например водой. Электрический сигнал, пропорциональный ускорению, снимается с электродов Э1 и Э2 и подается на измерительное устройство ИУ. С выхода измерительного устройства выдается сигнал, пропорциональный угловому ускорению. Технический результат заключается в повышении чувствительности датчика и расширении диапазона измерения угловых ускорений. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсатор с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восемь дополнительных опор, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке, восемь дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости и линейного ускорения вдоль осей Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки гироскопа-акселерометра, и X, Y, расположенных в плоскости подложки устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, восемь дополнительных неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют с дополнительными подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений конденсаторы в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных подвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, девять дополнительных неподвижных электродов электростатических приводов, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют электростатическое взаимодействие с подвижными электродами электростатических приводов в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, шестнадцать «П»-образных систем упругих балок, выполненные в виде пластин из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, и двадцать одна дополнительная опора, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке, причем две инерционные массы выполнены с перфорацией, а подложка и неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений выполнены из полупроводникового материала. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости вдоль осей Y, расположенной в плоскости подложки, и Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки, и величин линейных ускорений вдоль осей Χ, Y, Z. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для навигации и ориентации в пространстве и может быть использовано для определения направления на географический север. Устройство для определения направления на географический север содержит молекулярно-электронный датчик угловых движений, установленный на платформе, способной вращаться с угловой скоростью, изменяющейся по знаку и абсолютной величине, при этом устройство содержит датчик, измеряющий угловую скорость вращения платформы относительно неподвижного основания, и контроллер, управляющий вращением платформы и выполняющий совместную обработку данных молекулярно-электронного датчика угловых движений и датчика, измеряющего угловую скорость вращения платформы относительно неподвижного основания. Технический результат – повышение точности определения направления на географический север, повышение точности измерений. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к датчику ускорения и способу изготовления такого датчика ускорения. Датчик ускорения содержит подложку с поверхностью подложки и пробную массу, которая выполнена с возможностью перемещения относительно подложки в направлении (x) отклонения, по существу параллельном поверхности подложки первом направлении (x). Пробная масса содержит гребенчатый электрод, выполненный с возможностью перемещения вместе с пробной массой и содержащий несколько зубьев, которые проходят в первом направлении (x). Датчик ускорения содержит, кроме того, противоположный электрод, неподвижно соединенный с подложкой и содержащий неподвижный гребенчатый электрод, а неподвижный гребенчатый электрод содержит несколько зубьев, которые проходят в направлении, противоположном первому направлению (x). Зубья подвижного гребенчатого электрода входят в зацепление с зубьями неподвижного гребенчатого электрода. Датчик ускорения содержит, кроме того, экранирующий электрод, неподвижно соединенный с подложкой и выполненный с возможностью увеличения демпфирования пробной массы во время движения отклонения пробной массы. Технический результат – увеличение демпфирования движения отклонения пробной массы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытания механических систем, у которых главными деталями являются вращающиеся тела, о сопротивлениях движению которых судят по замедлению при выбеге, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей. Вращающуюся деталь снабжают датчиком оборотов с одной меткой, что исключает неточность угловой разметки, которая появилась бы при большом количестве меток. Реагирующий на одиночную метку датчик оборотов соединяют с регистрирующим прибором и компьютером. Регистрируют, например, в дискретной форме, зависимость числа оборотов, а при известном радиусе вращающейся детали - пути в функции времени на определенном отрезке временного интервала, аппроксимируют эту зависимость детерминированной, непрерывной, дифференцируемой функцией, вторая производная которой по времени дает зависимость замедления тела в функции времени. Изобретение обеспечивает повышение точности и эффективности определения замедлений вращающихся тел. 7 ил.

Наверх