Устройство крепления подвижной части электромеханического прибора

 

(u)991311

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 10.03. 81 (21) 3257745/18-21 с присоединением заявки N9—

1Щ М. Кл.

С 01 К 1/00

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 230183. Бюллетень Ио 3 (53) УДК 576.809.. . 3 (088. 8) .Дата опубликования описания 23.01. 83 (54} УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ПОДВИЖНОЙ

ЧАСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИБОРА

Изобретение относится к электроцзмерительной технике и может быть использовано при производстве электро" измерительных приборов.

Известно устройство крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащее две амортизационные пружины, на свободных концах которых закреплены растяжки к которым крепится подвижная часть (1 ).

Недостатком известного устройства крепления подвижной части электроизмерительного прибора является низкая устойчивость к механическим воздей- ствиям, так как вследствие малых поперечных размеров растяжек и большой силы натяжения собственные частоты поперечных колебаний подвижной части ,на растяжках практически равны, что приводит к сильной связанности rioперечных колебаний. В этом случае при частотах .возмущений, близких к резонансным, подвижная часть совершает интенсивные колебания, имеющие. в поперечной плоскости форму окруж ности. При наличии ограничителей это приводит к косым ударам букс об ограничители и соответствующим уводам подвижной части.

Кроме того, данное крепление не позволяет регулировать прибор после сборки, что затрудняет тарирбвку прибора.

Известно также устройство крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащее упругий подвес, выполненный в виде двух нитей, на которых закреплены подвижная часть, в нижней части которой соосно с ней установлен цилиндрический ферромагнитный сердечник с коническим основанием, и постоянный магнит цилиндрической формы, закрепленный на неподвижном основании прибора с возможностью перемещения вдоль оси враще- . ния подвижной части и намагниченный вдоль этой оси, причем вершина постоянного магнита выполнена конической формы (2 3.

Недостатком данного устройства также является низкая виброустойчи- вость, обусловленная выполнением подвеса, не обладающего. достаточной упругостью, и близостью собственных частот поперечных колебаний подвижной части, так как проекции восстанавливающей силы на оси координат, расположенные в плоскости основания прибора, равны между собой.

991311 где 2Ь, 2S

2а

F„= T сто „, F<= !=созе

Цель изобретения — повышение виброустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащем упругий подвес, закреплен- 5 ный в обойме прибора, на свободном конце которого закреплены подвижная часть прибора, в нижней части которой соосно с ней размещен цилиндрический ферромагнитный сердечник с 10 коническим основанием, и постоянный магнит, закрепленный на обойме прибора с возможностью перемещения вдоль оси вращения подвижной части, подвес выполнен в виде амортизацион- 15 ной пружины и растяжки, один конец растяжки закреплен на свободном конце амортизационной пружины, а к другому ее концу крепится подвижная часть прибора, основание постоянного -0 магнита выполнено в виде прямоугольного параллелепипеда, а вершина в виде четырехугольной пирамицы, при этом длина меньшей стороны основания параллелепипеда и пирамиды рав- 5 на диаметру ферромагнитного сердечника, а длина большей стороны определяется из выражения где С вЂ” длина большей стороны основания параллелепипеда, К вЂ” длина его меньшей стороны.

На фиг. 1 изображен измерительный механизм с предлагаемым устройством крепления подвижной части; йа фиг. 2подвижная часть в положении равновесия; на фиг. 3 — то же, в отклоненном положении; на фиг. 4 — обращен- 40 ные друг к другу части постоянного магнита и ферромагнитного сердечника; на фиг. 5 — постоянный магнит, поперечное сечение.

Устройство крепления подвижной части 1 электромеханического прибора содержит растяжку 2, один конец которой крепится к амортизационной пружине 3, установленной в обойме 4 прибора, а другой конец растяжки 2 крепится к подвижной части 1. Постоянный магнит 5 установлен в обойме.

4 с помощью винта б (фиг. 1).

Ось намагниченности магнита 5 ориентирована вдоль оси вращения подвижной части 1, на которой соосно 55 с магнитом 5 закреплен ферромагнитный сердечник 7 иэ магнитомягкого материала. Для ограничения перемещений подвижной части 1 использованы ограничители 8 и 9, установленные 60 на обойме 4 прибора.

Таким образом, в предлагаемом устройстве крепления с одной стороны подвижная часть 1 удерживается в равновесии упругой силой растяжки 2, а с другой - силой взаимодействия (притяжения) магнита 5 с ферромагнитным сердечником 7, Для подвода измеряемого тока к подвижной части 1 кроме растяжки 2 используется безмоментный токоподвод 10. Подвижная часть 1 установлена в рабочем зазоре магнитной системы 11 и содержит указатель 12. На обойме 4 закреплена шкала 13 прибора.

Устройство работает следующим образом.

В положении равновесия усилие натяжения То растяжки 2 (фиг. 2) равно усилию F йритяжения магнитом 5 ферромагнитного сердечника. Сила притяжения зависит от геометрических и физических параметров магнита 5 и ферромагнитного сердечника 7 и величины зазора z между ними и равна

Х,и Ь5 3„b+ zz„

Ъ 2N Яя (q )2 (gя („g)2)3f2

Z„=a+ b+z; 5= K. c, (2 j высота и площадь постоянного магнита 5; длина ферромагнитного сердечника 7; намагниченность магнита 5 в нейтральном сечении> коэффициент размагничивания; магнитная проницаемость вакуума; величина зазора между магнитом 5 и ферромагнитным сердечником 7; длина основания постоянного магнитау

его ширина.

При этом жесткость амортизационной пружины 3 выбрана такой, чтобы при продольном смещении подвижной части 1 до соприкосновения с ограничителем 9 усилие, создаваемое амортизационной пружиной 3, было больше силы притяжения F, а при продольном смещении подвижной части 1 до соприкосновения с ограничителем 8 усилие, создаваемое амортизадионной пружиной

3, было меньше силы притяжения F.

При отклонении подвижной части 1 в поперечном направлении на величину х (фиг. 3) к подвижной части прикладываются восстанавливающие силы от растяжки Р., и от магнита F равные

991311

Для малых перемещений, когда х« р х (с(+ Ь+ в ) (4) ,где Х вЂ” длина Растяжки 2, Goз ol — сОО ot.2д — ° . (5)

„х х е 2 ol+Ú+2

Подставляя выражения (5) в формулы (3), получим выражения для восстагавливающих сил, прикладываемых к подвижчой части 1 при ее отклонении в поперечном направлении:

То х=с х

Р

2 (0+ b+ z) м где Ср и См — поперечные жесткости растяжки 2 и магнита 5 соответствейно, т.е.

С * —; С„=„ ., 7 За

Расчеты по приведенным формулам показали, что в предложенном устройстве подвижная часть удерживается в положении равновесия с помощью . 25 упругих сил, создаваемых растяжкой, и сил взаимодействия между постоянным магнитом и ферромагнитным телом, причем восстанавливающая сила от маг- . нита больше восстанавливающей силы от растяжки, Так, для серийного прибора Р 4204, у которого To = 50 Г, 2 = 7,2 .10 м и вес подвижной части равен 0,7 r при 2Ь = 2 мм, z 1 мм, С = 3 мм, К = 6 мм, I = 19 106А/м, N = 0,45, 2а = 2 мм, d - диаметр ферромагнитного сердечника — равен 3 мм, получено Ср = 0,7-10

2 Н

См = 1,66 .10Р ф

В результате экспериментов установлено, что для получения максималь- . ной восстанавливающей силы размер меньшей стороны магнита 5 должен быть равен диаметру d ферромагнитно- <5 го сердечника 7. В этом случае вос- станавливающая сила Р„ вычисляется по формуле (1). При К ) С и в диапазоне перемещений, меньших величины диаметра Й, восстанавливающая си- gg ла Fz меньше силы Fy, причем эксперименты показали, что с увеличением

Размера К магнита 5, величина Fx уменьшается по сравнению с величиной

Fz пРимеРно пропоРционально отношеd нию, т.е.

Fx=-X. x (8)

Поэтому, учитывая формулы (6} и (7), можно записать следующие выражения для поперечных жесткостей маг" нита вдоль осей Х и Y соответственно:

F мм= м= a+t z (9) 65

{10) где F. - усилие притяжения ферромагнитного тела к дополнительному постоянному магниту, вычисляемое по формуле (1).

Собственные частоты поперечных колебаний подвижной части в этом случае равны:

1 Cp+См

Š=—

2Г и, х 2У где m - масса подвижной части;

Ср- поперечная жесткость растяжки.

Из выражений (11) следует, что с увеличением К при условии, что

d С, собственные частоты поперечных колебаний подвижной части разносятся между собой f„(f„, что обеспе« чивает виброустойчивость прибора за счет исключения связанности колебаний подвижной части вдоль осей Х и Y.

В серийных -приборах разнос собственных частот поперечных колебаний менее 10 Гц, что обуславливает сильную связанность;поперечныхколебаний и низкую виброустойчивость приборов.

Расчеты позволили установить, что . связанность поперечных колебаний пренебрежимо мала при величине разноса частот 20 Гц и более (3 ).

Определим теперь из выражений (11) величину отношения, при которой

d разнос частот 20 Гц или более

Ю °

Как показали расчеты См= 2 Cp(13)

Тогда ьЮ=-: - Уз- 1+2 — /; (и)

277ю (/

Ф

У =—

1 — p

2Л 7m парциальная частота поперечных колебаний, величина которой для иэвест" . ных приборов лежит в диапазоне (60100) Гц. При наихудшем стечении обстоятельств Еп = 60 Гц. Поэтому перепишем формулу (14) в виде

ДЕ=60 Я- )+2 —, (15 ) откуда К

«а= М1г, 3- 60) -1

При bf = 20 Гц из выражения (16) имеем

- г

991311

Таким образом, при К > 2d разнос частот больше 20 Гц даже в самом наихудшем случае, и для исключения связанности поперечных колебаний подвижной части и повышения виброустойК

5 чивости прибора отношение - должно быть более двух единиц, но менее .трех, чтобы провисание подвижной части не превышало нормы.

В технологическом процессе сборки прибора намагничивание магнитной системы 11 проводят в окончательно собранном измерительном механизме внешним магнитным полем, перпендикуляр- 5 ным оси вращения подвижной части, а значит, и оси намагниченности постоянного магнита 5. Поэтому, если коэрцитивная сила постоянного магнита 5 сравнивма с коэрцитивной силой 20 магнитной системы 11, то ось намагниченности,магнита 5 может отклониться от оси вращения подвижной части, что повлечет за собой возникновение погрешности прибора. Аналогичное 25 явление может произойти также при регулировании прибора методом раз- . магничивания магнитной системы 11.

Таким образом, для устранения возможности перемагничивания магии- 30 та 5 при намагничивании или размагничивании магнитной системы 11 прибора внешним полем коэрцитивная .сила дополнительного магнита выбрана больше коэрцитивной силы основного З5 магнита.

Ф.

Предложенное устройство Крепления подвижной части прибора позволяет изготавливать электроизмерительЯые прибОры в вибрОУСТОйчиВОм испОл 40 ненни за счет введения разноса собственных частот поперечных колебаний, а за счет возможности плавного регулирования ведичины натяжения растяжки в процессе сборки позволя-. ет одновременно устанавливать натяг и проводить тарировку прибора в за" данном классе точности, что дает возможность использовать полную энергию магнитной системы и исключить тем самым глубокое размагничивание магнитной системы при проведении регулировки.

По сравнению с известным устройством предлагаемое устройство упрощает сборку и регулировку прибора, так 55 как за счет возможности оперативного управления натяжением растяжки объединяются технологическая операция создания натяжения и регулировочная операция тарировки прибора.

Формула изобретения

Устройство крепления подвижной части электромеханического прибора, содержащее упругий подвес, закрепленный в обойме прибора, на свободном конце которого закреплены подвиж--. ная часть прибора, в нижней части которой соосно с ней размещен цилиндрический ферромагнитный, сердечник с коническим основанием, и постоянный магнит, закрепленный на обойме прибора с возможностью перемещения вдоль оси вращения подвижной части, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения виброустойчивости, подвес выполнен в виде амортизационной пружины и растяжки, один конец растяжки закреплен на свободном конце амортизационной пружины, а к другому ее концу крепится подвижная часть прибора, основание постоянного магнита выполнено в виде прямоугольного параллелепипеда, а вершина— в виде четырехугольной пирамиды, прй этом длина меньшей стороны основания параллелепипеда и пирамиды равна диаметру ферромагнитного сердеч ника, а длина большей стороны основания определяется из выражения

2 < — 3, где С - длина большей стороны основания параллелепипеда, К вЂ” длина его меньшей стороны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электрические измерения. Под ред. A. Б. Фремке. Л., " Энергия", 1973, с. 63-64.

2. Патент США 9 2871449, кл. 324/40, 1959.

3. Мишин. В. A. Исследование увода и расчет дополнительной погрешности электроизмерительных приборов с ограничением перемещения подвижной части. - Известия ВУЗов, СССР. "Приббростроение", 1979, 9 11, с. 69-75.