RU127477U1

RU127477U1 - CENTRIFUGE

Info

Publication number: RU127477U1
Application number: RU2012153547/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Тимофеев; Аркадий Николаевич Попов; Елена Анатольевна Чернова
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-04-27

Abstract

1. Центрифуга, включающая платформу в виде консольной балки с площадкой для изделия на свободном конце, смонтированной другим концом на вращаемом шпинделе, отличающаяся тем, что консольная балка содержит, по меньшей мере, одну штангу, на которой площадка установлена с возможностью перемещения и она же дополнительно связана со шпинделем посредством гибкой связи в виде каната, многократно охватывающего их.2. Центрифуга по п.1, отличающаяся тем, что консольная балка содержит две, горизонтально и параллельно установленные штанги.1. A centrifuge comprising a platform in the form of a cantilever beam with a platform for the product on the free end mounted at the other end on a rotatable spindle, characterized in that the cantilever beam contains at least one rod on which the platform is mounted for movement and it additionally connected to the spindle by means of a flexible connection in the form of a rope, repeatedly covering them. 2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the cantilever beam contains two, horizontally and parallel mounted rods.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрическмх датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов.The utility model relates to testing equipment and is intended for testing and calibration of accelerometer sensors and other navigation equipment that determines the motion parameters of objects of various purposes.

Известна конструкция центрифуги, предназначенная для создания равномерного поля центростремительных ускорений, содержащая платформу в виде диска. Как правило, такие центрифуги имеют значительные радиальные размеры платформы, что предъявляет к ней высокие требования, касающиеся прочности и жесткости. В данном случае диск платформы усилен, радиально смонтированными стержневыми, плоскими фермами, которые дополнительно связаны между собой рядом концентрично расположенных колец. На периферийной части диска диаметрально установлены пара площадок для закрепления испытуемых изделий. Платформа смонтирована на шпинделе, который выполнен в виде неподвижно установленной на основании оси, несущей, как и платформа, элементы аэростатического подшипника. Вращение платформы осуществляется с помощью электродвигателя, статорная часть которого закреплена на основании центрифуги, а роторная - связана с диском платформы [патент США №3205696].A known design of a centrifuge designed to create a uniform field of centripetal accelerations, containing a platform in the form of a disk. As a rule, such centrifuges have significant radial dimensions of the platform, which places high demands on it regarding strength and rigidity. In this case, the platform disk is reinforced with radially mounted rod, flat trusses, which are additionally connected together by a number of concentrically arranged rings. A pair of pads are diametrically mounted on the peripheral part of the disk to secure the test items. The platform is mounted on a spindle, which is made in the form of a stationary mounted on the base of the axis bearing, like the platform, elements of an aerostatic bearing. The rotation of the platform is carried out using an electric motor, the stator part of which is fixed on the basis of a centrifuge, and the rotor part is connected to the platform disk [US patent No. 3205696].

Существенным недостатком описанной центрифуги является высокая металлоемкость и сложность конструкции платформы. Можно предполагать, что она обладает необходимой прочностью и жесткостью, рассчитанной на определенный уровень нагрузки, в частности, на 1000g. Однако, отмеченные недостатки ведут к увеличению энергоемкости центрифуги. И не столько за счет увеличения массы платформы, ее инерционности, сколько за счет высокого аэродинамического сопротивления, создаваемого радиальными фермами при вращении центрифуги на высоких оборотах.A significant drawback of the described centrifuge is the high metal consumption and the complexity of the design of the platform. It can be assumed that it has the necessary strength and rigidity, designed for a certain level of load, in particular, at 1000g. However, the noted shortcomings lead to an increase in the energy intensity of the centrifuge. And not so much due to an increase in the mass of the platform, its inertia, but rather due to the high aerodynamic drag created by radial farms when the centrifuge rotates at high speeds.

Центрифуга, выбранная в качестве прототипа, имеет значительно меньшую энергоемкость, т.е. обладает меньшей массой и более низким уровнем аэродинамического сопротивления. Ее платформа выполнена в виде консольной балки, имеющей форму поперечного сечения близкую к сечению крыла самолета. На свободном конце балки имеется площадка (стол) для крепления испытуемого изделия. Другим концом балка монтируется на вращаемом шпинделе [а.с. СССР №1076837].The centrifuge selected as a prototype has a significantly lower energy intensity, i.e. It has a lower mass and a lower level of aerodynamic drag. Its platform is made in the form of a cantilever beam having a cross-sectional shape close to that of an airplane wing. At the free end of the beam there is a platform (table) for mounting the test product. At the other end, the beam is mounted on a rotatable spindle [a.s. USSR No. 1076837].

Если проблема аэродинамического сопротивления в центрифуге-прототипе практически решается, то проблема прочности и жесткости балки становится весьма актуальной. Действительно, в процессе эксплуатации балка подвергается комбинированному воздействию нагрузок: изгибу и растяжению. Если учесть, что центрифуга предназначена для испытаний и градуировки изделий в равномерном поле центростремительных ускорений, то она должна иметь значительную длину балки. Последнее обстоятельство вступает в противоречие с необходимостью проведения испытаний с приложением значительных нагрузок к изделию, что влечет за собой увеличение конструктивной сложности балки, ее массы и аэродинамического сопротивления. Показательным примером служит конструкция платформы аналога. Другими словами, центрифуги с платформой балочного типа предназначены для испытаний изделий в равномерном поле центростремительных ускорений с невысоким уровнем нагрузки.If the problem of aerodynamic drag in a centrifuge prototype is practically solved, then the problem of the strength and stiffness of the beam becomes very relevant. Indeed, during operation, the beam is subjected to the combined effects of loads: bending and stretching. Given that the centrifuge is designed to test and calibrate products in a uniform field of centripetal accelerations, it should have a significant beam length. The latter circumstance contradicts the need for testing with the application of significant loads to the product, which entails an increase in the structural complexity of the beam, its mass and aerodynamic drag. A good example is the construction of an analog platform. In other words, centrifuges with a beam type platform are designed to test products in a uniform field of centripetal accelerations with a low load level.

Таким образом, задачей полезной модели является увеличение нагрузочной способности платформы, выполненной в виде консольной балки.Thus, the objective of the utility model is to increase the loading capacity of the platform, made in the form of a cantilever beam.

Поставленная задача достигается за счет того, что центрифуга включает платформу в виде консольной балки с площадкой для изделия на свободном конце, смонтированной другим концом на вращаемом шпинделе. Консольная балка содержит, по меньшей мере, одну штангу, на которой площадка установлена с возможностью перемещения и она же дополнительно связана со шпинделем посредством гибкой связи в виде каната, многократно охватывающего их. Консольная балка может включать две горизонтально и параллельно установленные штанги.The task is achieved due to the fact that the centrifuge includes a platform in the form of a cantilever beam with a platform for the product at the free end mounted at the other end on a rotating spindle. The cantilever beam contains at least one rod on which the platform is mounted with the possibility of movement and it is additionally connected to the spindle by means of flexible connection in the form of a rope that repeatedly covers them. The cantilever beam may include two horizontal and parallel mounted rods.

Техническая сущность полезной модели состоит в том, что осуществлено разделение радиальных и поперечных нагрузок, воспринимаемых платформой, между двумя ее элементами: гибкой связью и штангой (штангами) соответственно.The technical essence of the utility model consists in the separation of radial and lateral loads perceived by the platform between its two elements: a flexible connection and a rod (rods), respectively.

На прилагаемом к описанию чертеже дано схематические изображение предлагаемой конструкции центрифуги на виде сбокуThe accompanying description of the drawing shows a schematic representation of the proposed design of the centrifuge in side view

Центрифуга содержит платформу 1 в виде консольной балки, на свободном конце которой установлена площадка 2 для испытуемого изделия. Другим концом балка крепится к шпинделю 3, установленным, в свою очередь, в подшипниках 4, смонтированных на неподвижной оси 5, закрепленной на основании 6 центрифуги. Консольная балка выполнена из двух частей: первая - представляет собой жесткую штангу 7, а вторая -выполнена в виде гибкой связи, представляющей собой канат 8 (металлический или полимерный), который многократно охватывает площадку 2 и шпиндель 3. При этом площадка 2 смонтирована на штанге 7 с возможностью перемещения по ней, как по направляющей. Для создания предварительного натяжения канатов 8 в нерабочем положении центрифуги на площадке 2 предусмотрен упругий элемент 9, выполненный в виде резинового жгута или ленты, взаимодействующих с торцом штанги 7. Для организации многократной укладки каната 8 на шпинделе 3 и площадке 2 на последних установлены ограничительные пластины 10. Привод вращения центрифуги представляет собой электродвигатель, роторная обмотка 11 которого закреплена на шпинделе 3, а статорная обмотка 12 расположена на основании 6 центрифуги. Поперечное сечение штанги 7, при условии, что она является единственной в консольной балке, предпочтительно иметь в виде, например, прямоугольника, обеспечивающего устойчивость и прямолинейность перемещения площадки 2. Однако, наилучшим вариантом представляется наличие в консольной балке двух штанг, установленных в горизонтальной плоскости параллельно друг другу, что значительно увеличит момент сопротивления изгибу в направлении вращения балки и позволит использовать более технологичный сортамент в виде полой трубы, упрощающей конструкцию подвижного сочленения площадки и штанги. Материалом для штанг могут быть алюминиевые или титановые сплавы.The centrifuge contains a platform 1 in the form of a cantilever beam, on the free end of which a platform 2 for the test product is installed. The other end of the beam is attached to the spindle 3, mounted, in turn, in the bearings 4 mounted on a fixed axis 5, mounted on the base 6 of the centrifuge. The cantilever beam is made of two parts: the first one is a rigid rod 7, and the second is made in the form of a flexible connection, which is a rope 8 (metal or polymer), which repeatedly covers platform 2 and spindle 3. Moreover, platform 2 is mounted on the rod 7 with the ability to move along it, as on a guide. To create a preliminary tension of the ropes 8 in the inoperative position of the centrifuge on the platform 2, an elastic element 9 is provided, made in the form of a rubber bundle or tape interacting with the end of the rod 7. To organize the multiple laying of the rope 8 on the spindle 3 and platform 2, limit plates 10 are installed on the latter The rotational drive of the centrifuge is an electric motor, the rotor winding 11 of which is mounted on the spindle 3, and the stator winding 12 is located on the base 6 of the centrifuge. The cross section of the rod 7, provided that it is the only one in the cantilever beam, is preferably in the form of, for example, a rectangle providing stability and straightness of movement of the platform 2. However, the best option is the presence of two rods in the cantilever beam mounted in a horizontal plane in parallel to each other, which will significantly increase the moment of resistance to bending in the direction of rotation of the beam and will allow the use of a more technological assortment in the form of a hollow pipe, simplifying the design uktsiyu movable joint area and the bar. The material for the rods can be aluminum or titanium alloys.

Работает центрифуга следующим образом.The centrifuge operates as follows.

После размещения изделия на площадке 3 в работу включают электродвигатель центрифуги и платформа 1 начинает вращаться и набирать обороты. По мере раскручивания платформы увеличивается центробежная сила, действующая на консольную балку, которая распределится между штангой (штангами) 7 и канатной системой, охватывающей площадку 2, несущей изделие, и шпиндель 3. Так как канатная система и штанга «развязаны» друг относительно друга, т.е. их взаимодействие сводится только к силе трения между штангой и площадкой, которая может быть обычными инженерными приемами сведена к минимуму, то и центробежная сила будет распределяться пропорционально массе каждой из частей консольной балки. Если учесть, что штанга (штанги) могут быть выполнены из высокопрочного и легкого материала, например, титанового сплава, то не представляется сложным найти баланс между прочностью трубчатой конструкции штанги и центробежными силами на уровне 1000g. Что же касается восприятия центробежной силы канатной системой, то в данном случае следует учитывать высокую несущую способность на растяжение каната как конструкции, намного превосходящей по прочности эквивалентную по назначению и нагрузке сварную или литую металлоконструкцию. Замена металлической конструкции платформы (см. аналог и прототип) канатной системой дает возможность значительно увеличить нагрузку на испытуемое изделие, т.е. увеличить функциональные возможности центрифуги. Изгибные напряжения, возникающие в штанге (штангах) от действия ее собственного веса и частично веса площадки и канатов, могут быть легко компенсированы расчетом ее оптимальных форм и размеров.After placing the product on site 3, the centrifuge motor is turned on and the platform 1 begins to rotate and gain momentum. As the platform unwinds, the centrifugal force acting on the cantilever beam increases, which will be distributed between the rod (s) 7 and the rope system covering the platform 2 carrying the product and spindle 3. Since the rope system and the rod are “untied” relative to each other, t .e. their interaction is reduced only to the friction force between the bar and the platform, which can be minimized by conventional engineering techniques, and the centrifugal force will be distributed in proportion to the mass of each of the parts of the cantilever beam. Given that the rod (s) can be made of high strength and lightweight material, such as titanium alloy, it does not seem difficult to find a balance between the strength of the tubular structure of the rod and centrifugal forces at the level of 1000g. As for the perception of centrifugal force by the rope system, in this case, one should take into account the high tensile strength of the rope as a structure that is much superior in strength to the welded or cast metal structure equivalent in purpose and load. Replacing the metal structure of the platform (see analogue and prototype) with a rope system makes it possible to significantly increase the load on the test product, i.e. increase the functionality of the centrifuge. Bending stresses arising in the rod (s) from the action of its own weight and partially the weight of the platform and ropes can be easily compensated by calculating its optimal shapes and sizes.

Claims

1. A centrifuge comprising a platform in the form of a cantilever beam with a platform for the product on the free end mounted at the other end on a rotatable spindle, characterized in that the cantilever beam contains at least one rod on which the platform is mounted for movement and it additionally connected to the spindle by means of a flexible connection in the form of a rope, repeatedly covering them.

2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the cantilever beam contains two, horizontally and parallel mounted rods.