Устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (n)996884

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-вуЭ (22) Заявлено 1405.79 (21) 2758051/25-28

Р ) М.Кд.з

G01 Х 1/22

G01 Н 7/00 с присоединением заявки МоГосударственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 1502.83. Бюллетень Моб

f53)УДК 620.1.05

:531.24(088.8) Дата опубликования описания 15 ° 02.83

Вильнюсский филиал Экспериментального научноисследовательского института металлорежущих станков (71) Заявитель (54 ) .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА

ДИСБАЛАНСА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТЕЛА

Изобретение относится к измерительной технике и.может быть использовано в измерительных устройствах для определения гармонических составляющих сигнала вибрации.

Известно устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее датчик опорного сигнала, светоконтрастную метку, связываемую с телом, датчик вибрации, блок формирования синусоидального и косинусоидального опорных сигналов, вход которого связан с выходом датчика опорного сигнала;.. и блок определения величины и угла дисбаланса, входы которого связаны с вЫходами, датчика вибрации и блока формирования.синусоидального и косинусоидального опорных сигналов. Блок фррмирования синусоидального и косинусоидального сигналов выполнен в виде последовательно соединенных управляемых генераторов пилообразного напряжения, меандра, сигнала треугольной формы, синусоидальной формы и формироььателя сигнала косинусоидаль.ной формы (1) .

Недостатком устройства является пониженная точность балансировки, связанная с тем, что опорные синусоидальный и косинусоидальный сигналы формируемые из сигнала треугольной, формы, характеризуются повышенным коэффициентом нелинейных искажеиий> причем формирование опорных сигналов осуществляется электронным блоком во времени, а не по положению рращающегося ротора.

10 наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее два датчика опорного сигнала, светоконтрастную метку, связываемую с телом, датчик вибрации и блок определения величины н угла дисбаланса, входы которого соединены

20 . с выходами, датчиков вибрации и опор-. ного сигнала. Метка нанесена на поверхности балансируемого тела и регистрируется датчиками опорного сигнала, размещенными под углом 90 в. плоскости, перпендикулярной оси вращения тела, в виде импульсов прямоугольной формы, предназначенных для работы электронных ключей в блоке определения величины и угла дисбаланса и выделения проекций вектора дисбаланса 2 .

996884

Недостатком устройства является невысокая точность и существенные погрешности измерений проекций вектора дисбаланса, связанные с присутствием верхних гармонических сос: тавляющих в опорном сигнале прямо- 5 угольной формы. Это объясняется тем, что полезную информацию о прямоугольной проекции вектора дисбаланса несет лишь первая гармоника сигнала дисбаланса, поэтому повышение гармбники 10 представляет собой погрешность измерения этой проекции. Аналогично образуется погрешность при формировании второй прямоугольной проекции, котораа получается при перемножении 15 опорного сигнала, сдвинутого на 90 на сигнал дисбаланса. При перемножении нечетных гармоник сигнала вектора дисбаланса, синхронных гармоникам прямоугольного сигнала, образуется активная компонента, Измерение прямоугольных проекций осуществляется с погрешностью, так как постоянная. составляющая определяется суммой всех активных компонент. Таким образом, из-за косинусоидальности опорного сигнала измерение прямоугольных проекций осуществляется с погрешностью., а значит и получаемая из этих проекций информация об амплитуде и фазе вектора дисбаланса вращающегося тела будет неточной.

Кроме того, устройство не обеспечивает функций анализа гармонических составляющих вектора, вибраций вращающихся тел, что ограничивает воз- З5 можность получения полной информации о его параметрах на кратных гармониках.

Цель изобретения — повышение точности балансировки и расширение функ-40 циональных воэможностей. путем определения гармонических составляющих сигнала вибрации.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снаб- 45 жено К дисками для размещения меток, устанавливаемыми соосно с вращающимся телом и жестко закрепляемыми с ним, и 2(К-1) датчиками опорного сигнала, расположенными попарно под углом 90Q/K относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной оси вращения. дисков, и связанными с входами блока определения величины и угла дисбаланса, а поверхность

i<-ro диска разделена на Кп секторов, в каждом из которых длина меток составляет 1 / — V+ ь и г1 и часть длины дуги сектора, 60 где n, i - целые числа;и I 2;.i =0,1,...

К - номер диска.

Кроме того, длина метки в пределах сектора разделена нa, равные части которые отделены одна от другой.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — конструкция диска для размещения меток. Устройство содержит датчик 1 вибрации, установленный на опоре 2 вращающегося тела 3, блок 4 определения величины и угла дисбаланса, выполненный в виде усилителя 5, вход ,которого соединен с выходом датчика

1 вибрации, электронных ключей 6 и 7, входы которых связаны с выходом усилителя 5, интеграторов 8 и 9, подключенных соответственно к выходам ключей 6 и 7, индикатора 10, входы которого соединены с выходами интеграторов 8 и 9, коммутатора

11 и формирователей 12 и 13, входы которых соединены с выходами коммутатора 11, а выходы — с вторыми входами электронных ключей 6 и 7, соответственно, к дисков 141 в 14к, Устанавливаемых соосно с вращающймся телом 3 и жестко закрепляемых с ним, на которые нанесены светоконтрастные метки 15>- 15к„и 2 K датчиков 16

16к и 17 — 17к опорного сигнала, расположенных попарно под углом

90 /K относительно друг, друга в плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, и связанных с входами коммутатора 11 блока 4 определения величины и угла дисбаланса.. Поверхность каждого из К дисков 144- 14к разделена на Кп секторов- 18, в каждом из которых длина меток 15 составляет 1/2 (4 + э и — „ ) часть длины дуги сектора 18, а длина меток в пределах сектора разделена на равные части, которые отделены одна от другой.

Устройство работает следующим образом.

При вращении тела 3 вращаются и жестко связанные с ним диски 14 с нанесенными на них светоконтрастными метками 15. Когда метки 15, нанесенные по периметру дисков 14 по определенному закону, проходят мимо датчиков 16 и 17 опорного сигнала, последними вырабатываются электрические сигналы, которые через соот.— ветствующие входы коммутатора 11 поступают на формирователи 12 и 13, где усиливаются и формируются в прямоугольные импульсы. Опорные сигналы на выходах формирователей 12 и 13 сдвинуты на четверть периода, причем частота этих сигналов всегда синхронна частоте вращения тела 3 и равна ей, если сигнал получается от датчиков 16 и 17 к, расположенных у К-ro диска 14к.

Форма, частота и закон изменения опорного сигнала обусловлены законом размещения меток 15.

Рассмотрим, как заданы длина меток 15 и место их расположения для

996884

I частотного случая (например,. для второго диска, К=2) .

Пусть диск 14 разделен на и секторов (например, и = 12) . Таким образом, диск 14>, разделен на 24 сектора. В секторе 1 (сх ева направо) нанесена метка 15, далее промежуток, равный по длине метки, снова метка . и т.д. При прохождении этого сектора .мимо датчика 16 опорного сигнала, на выходе формирователя 12 появляется.30 электрический сигнал, один период которого представляет собой прямоугольное симметричное напряжение (.меандр). Наличию метки соответствует сигнал с амплитудой + О, а отсутствию 15 метки. — сигнал с амплитудой -U . . В зависимости от длины метки 15 по дуге окружности. сектора 18 сред нее-значение сигнала изменяется в пределах от -0 до + U и, наоборот.

Длина меток выбирается такой, что при вращении диска 14 среднее зна чение опорного сигнала изменяется по синусоидальному закону с частотой, в два раза большей частоты вращения тела 3, т.е. имеет место широтноимпульсная модуляция. .Для первого диска 14 средние зна.чения изменяются по синусоидальному закону с частотой, равной частоте вращения тела,З, а для К-ro диска частота превышает частоту вращения в К раз. Точность формирования синусоидального закона определяется точностью формирования значений отдельных углов. Очевидно, что чем на

35 большее число Кп секторов 18 будет разделен диск 14, тем ближе к синусоидальному будет закон изменения.

КаЧества аппроксимации будет еще выше, если длина метки 15 в пре- . 40 делах дуги сектора 18 разделена на любое число равных частей, которые отделены одна от другой, что обус. ловливает более плавные переходы ,между точками аппроксимации. 45

Выходы формирователей 12 и 13 прямоугольных импульсов подключены к управляющим входам электронных ключей б и 7, на другие входы которых поступает аналоговый сигнал датчика. 1 вибраций

U0=.X U,51 в 3), Я )м где (). — амплитуда гармоники сигнала вибрации; (у — частота вращения тела, начальная фаза j гармоники сигнала вибрации; номер гармоники сигнала

-вибрации.

Относительное время пребывания 60 ключа 6 в замкнутом состоянии равно

Y=-2ЧПКЧА+ ъ а ключа 7 ="-Соэ|М +, где — часть, которую составляет длина. метки 15 в пределах дуги сектора 18 от длины дуги сектора 18.

Среднее значение сигнала на выходе ключей 6 и 7 ф(к, кл= ) Д О « (juA<4))coSkWdmt кл J Q Uj 51н()Щ1УЧ ) 05Р"1да1 о

Для K--1, что соответствует первой гармонике сигнала вибрации, напряжение на выходе ключей составляет

U „=1 2 (),510 Ц, U — Я2 U,cos Ч„ и характеризует проекции вектора дисбаланса по двум взаимно перпендикулярным осям.

Остальные гармоники не принимают-, ся в расчет, так как они зависят от частоты, и как переменные величины отфильтровываются в интеграторах 8 и 9. Оба полученных сигнала обрабатываются в блоке 10 регистрации, где иэ проекций сигнала дисбаланса могут быть непосредственно получены пара- метры амплитуды и фазы любой гармоники.

Таким образом, применение в устройстве K дисков с метками, нанесен-.1 ными на их поверхности по определенному закону, и применение 2К датчикоВ опорного сигнала, расположенных попарно под углом 90 /Ê относительно друг друга в плоскости дисков, обеспечивает возможность производить полный гармонический анализ (с определением амплитуд и фаз) сигнала дисбаланса вращающегося тела. Причем процесс такого анализа сврдит- ся к смене дисков 14, набор которых с разными законами нанесения меток может быть подготовлен для наиболее характерных исследуемых частот. Естественно, что при К=1 производится измерение параметров вектора дисбаланса. Эти измерения проводятся с повышенной точностью, так как опорный сигнал (дискретный во времени) более точно аппроксимирует синусоиду, а это значит, что погрешность| обусловленная высшими гармоническими составляющими вектора вибраций, будет значительно ниже.

Формула изобретения

1. устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее два датчика опорного сигнала, светоконтрастную метку, связываемую с телом, датчик вибрации и блок определения величины и угла дисбаланса, входы которого соединены с выходами датчиков вибрации и опорного сигнала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности балансировки и расширения функциональных возможнос° тей путем определения..гармонических составляющих сигнала вибрации, оно снабжено К дисками для размещения меток, устанавливаемыми соосно с .рращающимся телом и жестко закрепляемыми с ним, и 2 (К-1) датчиками опорного сигнала, расположенными попарно под углом 90>/К относительно друг

"друга н плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, и связанными с входами блока определения величины и угла дисбаланса, а поверхность

К-ro диска разделена на Кп секторов в каждом из которых длина меток составляет 2(1+Ьм ф-) часть длины дуги сектора, где n,,i — целые числа;о12,i =0,1,2..

К - номер диска.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а и щ е е с я тем, что длина метки в пределах сектора разделена на

16 равные части, которые отделены одна от другой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3938394, кл. 001 N 1/1б, 197б.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 222710, кл. 501 N 1/22, 1965 (прототип ) ..

996884

Составитель П. Варанов

Редактор Л.Веселовская Техред N.Ãåðãåëü Корректор А.Гриценко.

Заказ 920/59 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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