RU2077036C1 - Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения - Google Patents

Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения Download PDF

Info

Publication number
RU2077036C1
RU2077036C1 SU5026326A RU2077036C1 RU 2077036 C1 RU2077036 C1 RU 2077036C1 SU 5026326 A SU5026326 A SU 5026326A RU 2077036 C1 RU2077036 C1 RU 2077036C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
inertia
oscillations
electric motor
moment
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Иванович Копейкин
Сергей Иванович Малафеев
Original Assignee
Анатолий Иванович Копейкин
Сергей Иванович Малафеев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Иванович Копейкин, Сергей Иванович Малафеев filed Critical Анатолий Иванович Копейкин
Priority to SU5026326 priority Critical patent/RU2077036C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2077036C1 publication Critical patent/RU2077036C1/ru

Links

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)

Abstract

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: способ измерения моментов инерции типа вращения заключается в том, что в качестве генератора механических колебаний используют электромеханическую систему, включающую в себя электродвигатель, регулируют частоту колебаний электромеханической системы без изделия при фиксированной жесткости электродвигателя до резонанса и фиксируют частоту собственных незатухающих колебаний, затем при фиксированной частоте электромеханической системы регулируют жесткость электродвигателя с закрепленным изделием до наступления резонанса, измеряют величину жесткости, соответствующую резонансному режиму, и вычисляют момент инерции по формуле. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения моментов инерции различных изделий типа тел вращения, в частности вращающихся элементов электрических машин.
Известен способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения, при котором с помощью специального приспособления соединяют испытуемое изделие с упругим элементом в виде цилиндрической пружины с устройством взвода, закручивают упругий элемент, фиксируют, освобождают с помощью спускового устройства подвижную часть и измеряют период затухающих крутильных колебаний, заменяют испытуемое изделие эталонным телом, повторяют измерение периода затухающих крутильных колебаний и вычисляют момент инерции изделия по формуле:
Figure 00000002

To период затухающих крутильных колебаний механической системы с испытуемым изделием;
Tэ период затухающих крутильных колебаний механической системы с эталонным телом; Jэ момент инерции эталонного тела;
Jэ момент инерции упругого элемента и связанных с ним крепежных элементов [1]
Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная нестабильность механических характеристик упругого элемента из-за гистерезиса, изменений температуры окружающей среды, усилия при закручивании, трения в опорах и других факторов, а также высокой погрешностью измерения периода затухающих колебаний.
Известен также способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения, при котором возбуждают незатухающие колебания с помощью генератора механических колебаний в виде реверсивного электродвигателя, выходной вал которого кинематически связан с испытуемым изделием и датчиком обратной связи, выход которого через корректирующий фильтр соединен с входом усилителя мощности, питающего двигатель, измеряют периоды колебаний выходного вала без испытуемого изделия и при закрепленном испытуемом изделии и вычисляют момент изделия по формуле.
Figure 00000003

где T1 период колебаний при закрепленном испытуемом изделии;
T период колебаний в системе без испытуемого изделия;
K коэффициент передачи цепи вал-двигатель [2]
Недостатком такого способа измерения моментов инерции изделий типа тел вращения является низкая точность. Причинами низкой точности служат, во первых, зависимость периода колебаний генератора не только от момента инерции колебающейся части, но и от параметра затухания, обусловленного диссипативными характеристиками системы, и, во-вторых, зависимостью коэффициента передачи цепи вал-двигатель K от частоты.
Таким образом, недостаток известных способов измерения моментов инерции изделий типа тел вращения низкая точность.
Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является устройство для определения моментов инерции изделий, согласно которому с помощью генератора механических колебаний возбуждают механические колебаний выходного элемента без изделия, а затем с изделием [3]
Недостатком известного способа измерения моментов инерции изделия типа тел вращения является низкая точность. Это объясняется тем, что, во-первых, коэффициент передачи K цепи вал-двигатель зависит от частоты автоколебаний и параметров системы и не остается постоянным при изменениях момента инерции колеблющейся массы, и, во-вторых, частота автоколебаний зависит от диссипативных характеристик системы, которые при известном способе не контролируется.
Таким образом, недостатком известного способа измерения момента инерции изделий типа тел для вращения является низкая точность.
Цель изобретения повышение точности измерения моментов инерции изделий типа тел вращения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения моментов инерции изделий типа тел вращения, при котором с помощью генератора механических колебаний возбуждают незатухающие колебания его выходного элемента и измеряют частоту этих колебаний, закрепляют на выходном элементе генератора испытуемое изделие, возбуждают незатухающие колебания выходного элемента с закрепленным изделием и измеряют частоту этих колебаний, в качестве генератора механических колебаний используют электромеханическую систему, включающую в себя электродвигатель, регулируют частоту колебаний электромеханической системы без изделия при фиксированной жесткости электродвигателя до резонанса и фиксируют частоту собственных незатухающих колебаний, затем при фиксированной частоте электромеханической системы регулируют жесткость электродвигателя с закрепленным изделием до наступления резонанса, измеряют величину жесткости, соответствующую резонансному режиму, и вычисляют момент инерции по формуле
J = Jo(β/βo-1),
где Jo момент инерции колеблющейся части электромеханической системы;
βo и β жесткости электродвигателя, соответствующие резонансу без изделий и с закрепленным изделием.
На чертеже приведена функциональная схема установки для проведения измерений моментов инерции изделий типа тел вращения.
Установка содержит регулируемый источник переменного тока 1, бесконтактную электрическую машину 2 с активным ротором 4 (синхронный двигатель с постоянными магнитами) с системой фаз на статоре 3 и выходным элементом 5, частотомер 6, испытуемое изделие 7, амперметр 6, испытуемое изделие 7, амперметр 8, регулируемый источник постоянного тока 9 и блок 10 определения резонанса.
В установке первая обмотка статора бесконтактного электродвигателя 2 подключена к регулируемому источнику переменного тока 1, а другая обмотка через амперметр 8 подключена к регулируемому источнику постоянного тока 9 на выходном элементе 5 бесконтактного электродвигателя 2, служащего генератором механических колебаний, закрепляется испытуемое изделие 7, к выходу генератора переменного тока 1 подключен частотомер 6, выходной элемент 5 генератора механических колебаний соединен с блоком 10 определения резонанса.
Управление движения генератора механических колебаний имеет вид:
Figure 00000004

где J момент инерции,
γ параметр, характеризующий демпфирование,
b жесткость,
F амплитуда возмущающей силы,
w частота.
Частоты в собственных незатухающих колебаний системы, описываемой устранением (1), определяется выражением
Figure 00000005

Из уравнения (2) следует, что частота собственных незатухающих колебаний ωo не зависит от коэффициента демпфирования γ, характеризующего диссипативные силы в системе. Так как количественная оценка коэффициента g представляет наибольшие затруднения из-за его нестабильности и зависимости от множества неконтролируемых факторов, таких как температура окружающей среды, частота соприкасающихся поверхностей в механической передаче и др. то выполнение измерений моментов инерции на частоте собственных незатухающих колебаний wo системы, не зависящей от γ, позволяет повысить точность определения момента инерции.
Таким образом, если выполнить измерения параметров колебательной системы при одной частоте wo дважды: с испытуемым изделием и без него, что возможно при поддержании постоянным отношения,
Figure 00000006

то вследствие идентичности условий функционирования и снижения влияния диссипативных сил повышается точность измерения моментов инерции изделий типа тел вращения.
Для определения частоты собственных незатухающих колебаний системы используется блок 10 определения резонанса. При этом могут быть использованы следующие собственности резонансных колебаний;
фазовый сдвиг между выходным сигналом колебательной системы и возмущающей силой при ω = ωo равен π/2,
амплитуда скорости колебаний при ω = ωo достигает максимума.
Изложенный подход к определению моментов инерции изделий типа тел вращения реализуется следующим образом.
В первом эксперименте выходной элемент генератора механических колебаний остается свободным. Устанавливается и фиксируется величина жесткости βo электродвигателя колебательной системы. Возбуждаются незатухающие колебания генератора и регулируется их частота до тех пор, пока в системе не наступит резонанс. Частоты собственных незатухающих колебаний системы, описываемой уравнением (1), определяется формулой
Figure 00000007

где J момент инерции колеблющихся собственных масс генератора механических колебаний.
Частота ωo системы фиксируется.
Далее на выходном элементе генератора механических колебаний закрепляется испытуемое изделие с моментом инерции J. Возбуждаются колебания выходного элемента генератора на частоте ωo. При фиксированной частоте ωo изменяют жесткость электродвигателя до величины β с целью получения резонансного режима колебаний при прежней фиксированной частоте
Figure 00000008

Величина жесткости β измеряется.
Приравняв правые части уравнений (3) и (4), получим выражение
Figure 00000009

выразив из которого J, будет иметь
Figure 00000010

В формулу (5) для определения момента инерции изделия входят три параметра: Jo момент инерции колеблющихся масс генератора механических колебаний, β0 жесткость электродвигателя, устанавливаемая перед началом измерений. β величина жесткости электродвигателя, полученная в результате измерений при резонансе. Так как результаты измерений, выполненных при w = ωo, инвариантны относительно параметра затухания, то, следовательно, предлагаемый способ обеспечивает повышение точности измерений моментов инерции изделий типа тел вращения.
Возбуждение незатухающих механических колебаний осуществляется следующим образом. К первой обмотке статора электродвигателя 2 с активным ротором 4 подключен источник переменного тока 1, а к второй обмотке через амперметр 8
регулируемый источник постоянного тока 9. Если переменный ток в первой обмотке двигателя 2 равен 0, а по второй обмотке протекает постоянный ток I то, в результате взаимодействия второй обмотки с током I и магнитного поля φ0, создаваемого постоянными магнитами на роторе 4 двигателя 2, ротор 4 поворачивается и занимает начальное положение, соответствующее максимуму электромагнитной энергии системы. При повороте ротора 4 относительно этого начального положения на угол α на него будет действовать момент.
Mв= K10sinα, (6)
где K1 коэффициент пропорциональности.
Так как момент (6) стремится вернуть ротор 4 в начальное положение, то, следовательно, вторая обмотка двигателя 2, подключенная к источнику постоянного тока 9, выполняет роль электрической пружины, жесткость которой, как следует из уравнения (6), пропорциональна постоянному току I 7.
Переменный ток в первой обмотке статора двигателя 3 создает переменный магнитный поток, под действием которого ротор 4 совершает колебательное движение относительно начального положения. Параметры колебаний зависят от момента инерции колеблющейся массы, жесткости электрической пружины, параметров питающего напряжения первичной обмотки двигателя и диссипативных сил, действующих в системе. Для проведения измерений наилучшим режимом работы такой системы является резонансный. В этом режиме собственная частота незатухающих колебаний
Figure 00000011

не зависит от неконтролируемых диссипативных сил и может быть определена с помощью блока 10 определения резонанса по фазовому сдвигу между выходным сигналом колебательной системы и возмущающей силой, максимуму амплитуды скорости колебаний или другим известным способом.
Важным преимуществом проведения измерений в резонансном режиме является высокая чувствительность: малым изменением момента инерции испытуемого изделия соответствуют большие изменения измеряемого параметра (фазового сдвига или амплитудного значения скорости колебаний), уменьшается чувствительность к изменениям диссипативных сил в системе.
Частота вынужденных колебаний регулируется с помощью источника 1 переменного тока и контролируется с помощью частотомера 6. Частота ωo собственных незатухающих колебаний системы регулируется изменением жесткости электрической пружины путем изменения постоянного тока I во второй обмотке статора 3 с помощью источника 9 постоянного тока. Жесткость электрической пружины, как следует из уравнения (6), пропорциональна величине постоянного тока и, следовательно, может контролироваться с помощью амперметра 8.
Таким образом, использование в известном способе измерения моментов инерции изделий типа тел вращения операций регулирования частоты колебаний генератора без изделия при фиксированной жесткости до резонанса и фиксации частоты собственных незатухающих колебаний, затем при фиксированной частоте генератора регулирования жесткости в электродвигателе с закрепленным изделием до наступления резонанса, измерения величины жесткости, соответствующей резонансному режиму, и вычисления момента инерции изделия по формуле
Figure 00000012

где Jo момент инерции колеблющейся части генератора механических колебаний;
βo и β жесткости электродвигателя, соответствующие резонансу без изделия и с закрепленным изделием,позволяют повысить точность измерений.
Другими важными достоинствами предлагаемого резонансного способа измерения моментов инерции изделий типа тел вращения являются:
высокая чувствительность реализации;
простота технической реализации.
Опытная проверка предлагаемого способа для определения моментов инерции роторов электрических машин показала, что погрешность измерений не превышает 1%
Использование предлагаемого резонансного способа измерения моментов инерции изделий типа тел вращения позволит повысить эффективность научно-исследовательских и приемочных испытаний деталей машин, механизмов и других конструкций.

Claims (2)

1. Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения, при котором с помощью генератора механических колебаний возбуждают незатухающие колебания его выходного элемента и измеряют частоту этих колебаний, закрепляют на выходном элементе генератора испытуемое изделие, возбуждают незатухающие колебания выходного элемента с закрепленным изделием и измеряют частоту этих колебаний, отличающийся тем, что в качестве генератора механических колебаний используют электромеханическую систему, включающую в себя электродвигатель, регулируют частоту колебаний электромеханической системы без изделия при фиксированной жесткости электродвигателя до резонанса и фиксируют частоту собственных незатухающих колебаний, затем при фиксированной частоте электромеханической системы регулируют жесткость электродвигателя с закрепленным изделием до наступления резонанса, измеряют величину жесткости, соответствующую резонансному режиму, и вычисляют момент инерции по формуле
J=Jo(β/βo-1),
где Jо момент инерции колеблющейся части электромеханической системы;
βo и β жесткости электродвигателя, соответствующие резонансу без изделия и с закрепленным изделием.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что незатухающие механические колебания возбуждают с помощью электродвигателя с активным ротором путем подключения одной из обмоток статора к регулируемому источнику переменного тока, а другой к регулируемому источнику постоянного тока, и регулируют частоту механических колебаний изменением частоты переменного тока в первой обмотке, а жесткость изменением величины постоянного тока во второй обмотке.
SU5026326 1991-12-29 1991-12-29 Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения RU2077036C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026326 RU2077036C1 (ru) 1991-12-29 1991-12-29 Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026326 RU2077036C1 (ru) 1991-12-29 1991-12-29 Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2077036C1 true RU2077036C1 (ru) 1997-04-10

Family

ID=21596388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5026326 RU2077036C1 (ru) 1991-12-29 1991-12-29 Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2077036C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7886602B2 (en) 2004-03-05 2011-02-15 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for determining and/or monitoring a process variable
RU2725897C1 (ru) * 2019-08-02 2020-07-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Способ возбуждения механических автоколебаний

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1155568, кл. G 01 M 1/10, 1985. Авторское свидетельство СССР N 139858, кл. G 01 M 1/10, 1964. Авторское свидетельство СССР N 737800, кл. G 01 M 1/10, 1980. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7886602B2 (en) 2004-03-05 2011-02-15 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for determining and/or monitoring a process variable
RU2725897C1 (ru) * 2019-08-02 2020-07-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Способ возбуждения механических автоколебаний

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0740141B1 (en) Electromagnetic rotary vibration for rotary body and damper using the same rotary body
US4020678A (en) Method and system for testing of individual gear teeth
Verdyck et al. An acoustic model for a permanent magnet machine: modal shapes and magnetic forces
US3608374A (en) Mass flowmeter
RU2077036C1 (ru) Резонансный способ измерения моментов инерции изделий типа тел вращения
JP3083242B2 (ja) 回転体の静止場での振動評価方法
RU2653961C1 (ru) Способ управления амплитудой при автоматической настройке на резонансный режим колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя
RU2009455C1 (ru) Способ измерения момента инерции твердого тела
RU2172936C1 (ru) Способ измерения момента инерции тела
JPH0359432A (ja) ねじり加振を利用した動釣合い試験機
RU2057307C1 (ru) Способ определения момента инерции изделий
RU2122190C1 (ru) Энергетический способ измерения момента инерции изделий
RU2093796C1 (ru) Способ измерения массы
RU2045025C1 (ru) Способ электроакустического контроля твердости материала и устройство для его осуществления
RU215504U1 (ru) Устройство для определения вязкости жидкости
SU1122924A1 (ru) Способ непрерывного измерени в зкости
RU2816833C1 (ru) Вибратор с резонансной настройкой
SU242452A1 (ru) Способ контроля качества железобетонных конструкций
RU2075732C1 (ru) Устройство для определения массы объекта
SU1103154A1 (ru) Стенд дл градуировки и испытаний акселерометров
SU894376A1 (ru) Устройство дл определени момента инерции деталей
RU2006173C1 (ru) Колебательный электропривод
SU300811A1 (ru) УСТРОЙСТВО дл ИЗМЕРЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ДЕКРЕМЕНТА ЗАТУХАНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
JPH03146847A (ja) 粘度測定方法及び装置
SU775638A1 (ru) Устройство дл определени жесткости механической характеристики исполнительного двигател