Виброизмерительный преобразователь

Виброизмерительный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот виброизмерительного преобразователя за счет разделения двухсвязных поперечных колебаний, которое обеспечивается совмещением центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс. Преобразователь содержит инерционный, упругий и чувствительные элементы, размещенные в корпусе, имеющем коническую посадочную поверхность. Угол конусности посадочной поверхности определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 06 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

J, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4675468! 10 (22) 11.04.89 (46) 15.04.91. Бюл.N 14 (72) А,В,Волошин и П.И,Остроменский (53) 534.232 (088.8) (56) Приборы и системы для измерения вибрации шума и удара/ Справочник под ред. В.В.Клюesa. Т.1, М.: Машиностроение, 1978, с. 60. (54) ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — расширеИзобретение относится к измерительной технике. а именно к средствам измерения вибрационных ускорений различных обьектов, и может быть использовано при виброиспытаниях этих объектов.

Цель изобретения — расширение рабочего диапазона частот путем совмещения центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс, На фиг,1 показана схема преобразователя (ВИП), установленного на объекте; на фиг.2 и 3 — проекции в плоскостях XOZ u

УОХ1.

Виброиэмерительный преобразователь

1. имеющий форму цилиндрического тела с посадочной поверхностью, выполненной в форме прямого конуса, имеет угол конусности p . При креплении ВИП на объекте 2, например с помощью специального клея или мастики 3, коническая поверхность преобразователя стыкуется с конической поверхностью посадочного гнезда, имеющей такой же угол конусности.

„„5U„„1641457 А1 ние рабочего диапазона частот виброизмерительного преобразователя за счет разделения двухсвязных поперечных колебаний, которое обеспечивается совмещением центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс, Преобразователь содержит инерционный, упругий и чувствительные элементы, размещенные в корпусе, имеющем коническую посадочную поверхность. Угол конусности посадочной поверхности определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил.

На фиг.2 показаны составляющие вектора перемещения произвольной точки А контактного слоя в проекции на плоскость

XOZ; на фиг,3 показаны составляющие вектора реакции контактного слоя. действующие в произвольной точке А в проекции на . плоскость YOX .

Преобразователь работает следующим образом.

Вибрационные движения объекта 2 через упругий контактный слой 3 передаются виброизмерительному преобразователю 1, При этом суммарные статические моменты реакций контактного слоя при перемещении ВИП в направлении оси Y (фиг,1) всегда равны нулю в силу осесимметричности ВИП относительно этой оси. Моменты реакций контактного слоя относительно координатных осей при перемещении ВИП в направлении оси Х (или 2) равны нулю только в том случае, если равнодействующая реакций контактного слоя при поступательных перемещениях в .направлении поперечной оси

1641457. проходит через центр масс ВИП вЂ” точку 0 (фиг.1). Достигаемое таким образом совмещение центра жесткости крепления ВИП с его центром масс является причиной двухсвязных колебаний ВИП в поперечных направлениях.

Таким образом, удается существенно расширить рабочий диапазон ВИП.

Вводят, наряду с прямсугольной, сфе-. рическую систему координат (фиг.1): радиус

r, направленный из точки 01 и совпадающий с образующей контактного конуса; угол долготы ф отсчитываемый в плоскости XOZ от оси ОХ против часовой стрелки, и угол широты a= const. Считают, что оси Х, У, Й совпадают с главными центральными осями инерции ВИП, находящегося в покое, а точка 0 является его центром масс, Кроме того, считают, что стык контактирующих поверхностей ВИП и объекта моделируется условным упругим контактным слоем, без зазора прилегающим к контактирующим- плоскостям и подчиняющимся закону Гука. Различают продольную Кпр и поперечную Кпрп жесткости упругого контактного слоя, приходящиеся на единицу площади контакта.

Считают также, что малое перемещение лю-бой точки упругого контактного слоя в продольном направлении, т.е. по нормали к каждой элементарной площадке стыка, не вызывает сдвиговых поперечных реакций, и наоборот, перемещение в поперечном направлении не вызывает реакций растяжения — сжатия в продольном направлении.

Рассмотрим некоторую точку А контактного слоя с координатами r и ф. Пусть ВИП получил малое поступательное перемещение Л Х в направлении оси Х так, что точка

А перешла в положение А" (фиг.2). Тогда вектор Л S перемещения точки А можно представить в виде суммы двух векторов, параллельных плоскости XÎZ

AÉ=ASõ+ASô, . (1) где ASx — проекция вектора AS на вспомогательную ось Х, лежащую в плоскости XOZ и составляющую с осью Х угол ф:

Л Sy — касательная составляющая вектора ЛЙ, Длина векторов ЛЗх и ЛЗу

ЛSx =ЛХсозф, (2)

ЛSy — — ЛХ sin у, (3)

Рассмотрим проекции вектора Л S> в плоскости Х ОУ, где Л Ях можно разложить на составляющие, соответствующие продольному Л$пр и поперечному ЛSr перемещению упругого контактного слоя (фиг,3)

ЛЬр = ЛХ sin асоз ф, (4)

ASr =ЛХсозасозф, (5) Иэ фиг.2 и 3 видно, что поперечное перемещение точки А складывается иэ двух взаимно ортогональных составляющих

Лир и ASr. Тогда поперечное перемеще5 ние ASnpn рассматриваемой точки контактного слоя

Лооп =

= AX sln2 ф+ соз2 а cos2 ф (6) Рассмотрим теперь реакции, действующие в точке А упругого контактного слоя, соответствующие продольному ЛЯпр и попоперечномуЛ Япоп перемещениям. С учетом(4) реакция в продольном направлении

Л Рпр = Кпр ЛХ sin а cos tP (7) реакции, соответствующие составляющим поперечного перемещения ЛРф и Л Рг с

20 учетом(3) и(5)

Л Рф = поп A Х sin tP, (8)

APr = по и ЛХ COS аСОЗ ф (9)

По методу наклонных опор условием совмещения центра жесткости крепления

25 ВИП с центром масс является равенство нулю статических моментов реакций контактного слоя относительно координатных осей Х, У, 2. Поскольку рассматриваемый

ВИП обладает осевой симметрией относи30 тельно оси У, а следовательно, и симметрией относительно плоскости XOY (фиг.2), то суммарные статические моменты реакций упругого контактного слоя относительно осей X и У равны нулю. Теперь задача

35 формулируется следующим образом: необходимо найти такое значение угла р, при котором суммарный момент реакций упругого контактного слоя относительно оси Z был бы равен нулю.

40 На фиг.3 показаны проекции реакций

Л Рпр и Л Р контактного слоя. соответствующие перемещениям A Srp и Л Sr. Реакция, соответствующая перемещению Л Sg, имеет направление, перпендикулярное пло45 скости Х ОУ, Найдем теперь проекции результирующего в плоскости Х OY вектора реакций, Л Рx оу = Л Pnp + Л Pr (10) на координатные оси Y и Х

ЛРУ =ЛРпр cos Q ЛРг sin Q (11) 50

A Рх = Л Рпр sin а — Л Pr cos а (12) Поскольку вспомогательная ось Х не является ортогональной к оси Z, то для вычисления моментов реакций контактного слоя относительно оси Z необходимо перейти от проекций на ось Х к проекциям на ось Х

Л Рх =- Л Px cos tP — Л Р з!п ф (13) 1641457

2Я

С учетом (7) и (9), (8) и (12) выражения для составляющих реакции АР> и Л Рх окончательно запишутся

Л Px = — Л Х f (Кпр зlп а + К „соз а) х (22) х COS21/»+Кпоп З!П 1/.}) (14) (Щ

Л Ру = Л Х (Кпр — Кпоп ) з(п а соз а соз т} 10 Решение уравнения {23) имеет вид з1па1,2 =

Плечо реакции Л Рх относительно оси 2 (16) r(ц ;„+1)

У = — (h — r sin a), где h — расстояние между вершиной 01 конуса и центром масс тела — точкой О.

Тогда суммарный момент реакции Л Рх

2_#_й

M ) (ЬРх ) = AX f / ((Кпр sin a+ о о

Кпоп COS a) COS ф+ Кпоп Sln 1/})(Л r Sin a)» (24) ЛX kпоп R ксоз а з х rcos аб rdô—

6 х х f — — 2 sin а)(— - sin а + соз а + 1 )

3h Кп 2 2

R Кпоп (17)

Плечо реакций Л Ру относительно оси 2

У(Ы+1)—

30 (18) Х = r cos асоз ф

Тогда суммарный момент реакции Л Ру, вычисленный по всей площади контакта

M g(Apv } =лхй(К»р kïîï}» о о

x sIn асозз а созг g rг d г d g = з

ЬХ Klon й»»» соз а f2(B — 1)з»па с062 )

Кпоп

М }, (ЛРх ) = М (ЛPy), (20) которое с учетом (17) и (19) запишется (p =Л вЂ” 2arcs}n х

2 (— - — 1 ) где у= 2R/3h; (sin а+ соз а+ 1 ) (— — sin a) =

Кпр 2 2 Зп

Кпоп 2R (— - — 1 ) зin а созга (21)

Кпоп

Преобразовывая (21) и вводя обозначение (19)

Суммарные моменты реакций М }, (ЛPx) и M ЯЛ Py) относительно оси Z имеют противоположные направления, следовательно, должно выполняться равенство получаем квадрмное уравнение относи5 тельно sin а (— е- — 1)з3пг а — y(+ 1)sin а + 2 = 0

Кп

Кпоп Кпоп

Учитывая, что формула (24) имеет смысл

20 только тогда. когда ее правая часть не превышает единицы, а выражение, стоящее под знаком корня, не является отрицательным, и учитывая также, что р =л — 2 а, получим формулу, по которой определяют угол конусности ВИП у» = 1г — 2arcsln х (5)

Коэффициенты К,р и Кпо, продольной и

35 поперечной жесткости контактного.слоя являются величинами. пропорциональными соот ветственно модулю упругости Е и модулю сдвига G контактного слоя (клея или мастики).

Формула изобретения

Виброизмерительный преобразователь (ВИП), содержащий упругий, инерционный и чувствительный элементы, размещенные в корпусе с конической посадочной поверхностью, на которую при установке ВИП на обь45 екте наносится контактный слой, о т л и ч а ющ ийс я тем, что с целью увеличения рабочего диапазона частот путем совмещения центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс, посадочная поверхность корпуса выполнена в форме неусеченного конуса. угол р конусности которого определяется по формуле

1641457

I4p — продольная жесткость контактного слоя на растяжение — сжатие

Кл п — поперечная жесткость контактного слоя на сдвиг;

R — длина образующей конуса;

h — расстояние от вершины конуса до центра масс виброиэмерительного преобразователя.

1641457

puz p

Составитель С. Юдин

Редактор Н. Киштулинец Техред М,Моргентал Корректор С. Шевкун

Заказ 1105 Тираж 291 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101