RU2522625C1

RU2522625C1 - Centrifuge

Info

Publication number: RU2522625C1
Application number: RU2012153632/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Тимофеев; Аркадий Николаевич Попов; Елена Анатольевна Чернова
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: centrifuge includes platform in the form of outrigger with a table for object at the loose end and connection to rotating spindle by the other end. Outrigger is telescopic. Mobile outrigger part carrying the table is connected to the other part by a flexible link.

EFFECT: division of radial and transverse loads on platform between two platform elements, flexible link and telescopic beam.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов.The invention relates to testing equipment and is intended for testing and calibration of accelerometric sensors and other navigation equipment that determines the motion parameters of various objects for their intended purpose.

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 interconnected by a series 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 1000 g. 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 for 1000 g. 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 изобретения модели является увеличение нагрузочной способности платформы, выполненной в виде консольной балки.Thus, the object of the invention of the model is to increase the loading capacity of the platform, made in the form of a cantilever beam.

Поставленная задача решается за счет того, что центрифуга включает платформу в виде консольной балки с площадкой для изделия на свободном конце, смонтированной другим концом на вращаемом шпинделе. При этом консольная балка выполнена телескопической и ее подвижная часть, несущая площадку для изделия, связана с другой частью посредством гибкой связи, которая, в свою очередь, выполнена в виде канатов, многократно охватывающих обе части балки. Между частями балки введен упругий элемент. Гибкая связь как вариант может представлять собой канатный полиспаст, а конструкция балки в этом случае включает два полиспаста, расположенные горизонтально и симметрично относительно телескопической балки. Один из концов каната полиспаста закреплен неподвижно, а другой связан со средством натяжения, выполненным в виде механической лебедки. Телескопическая балка и гибкая связь заключены в кожух с низким аэродинамическим сопротивлением в форме крыла самолета.The problem is solved 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. In this case, the cantilever beam is made telescopic and its movable part bearing the platform for the product is connected to the other part by means of flexible communication, which, in turn, is made in the form of ropes repeatedly covering both parts of the beam. An elastic element is introduced between the parts of the beam. A flexible connection, as an option, can be a rope pulley block, and the beam structure in this case includes two pulley blocks located horizontally and symmetrically with respect to the telescopic beam. One of the ends of the chain hoist is fixed motionless, and the other is connected with a tensioning device made in the form of a mechanical winch. The telescopic beam and flexible connection are enclosed in a casing with low aerodynamic drag in the form of an airplane wing.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что осуществлено разделение радиальных и поперечных нагрузок, воспринимаемых платформой, между двумя ее элементами: гибкой связью и телескопической балкой соответственно.The technical essence of the invention lies in the fact that the separation of radial and lateral loads, perceived by the platform, between its two elements: a flexible connection and a telescopic beam, respectively.

На прилагаемых к описанию чертежах даны схематические изображения общего вида центрифуги (фиг.1, 2), возможного варианта ее исполнения (фиг.3) и средство натяжения каната (фиг.4).In the drawings attached to the description, schematic illustrations of a general view of a centrifuge (Figs. 1, 2), a possible embodiment thereof (Fig. 3) and a rope tensioning device (Fig. 4) are given.

Центрифуга содержит платформу 1 в виде консольной телескопической балки, состоящей из двух частей: подвижной 2, несущей на своем конце площадку 3 для испытуемого изделия и неподвижной 4, которая связана со шпинделем 5, смонтированным на неподвижной оси 6, закрепленной на основании 7. Подшипниковый узел шпинделя на чертеже не показан. Привод центрифуги представляет собой электродвигатель, роторная обмотка 8 которого закреплена на шпинделе 5, а статорная обмотка 9 расположена на основании 7. Платформа 1 помимо консольной балки содержит гибкую связь, которая выполнена из каната 10 (металлического или полимерного), многократно охватывающего обе части консольной балки. Укладывается канат 10 на специальные ложементы, представляющие собой две раздельные половины одного полого барабана с канавками для каната по цилиндрической образующей поверхности. Одна половина 11 барабана закреплена на шпинделе 5 позади неподвижной части 4 консольной балки. Другая половина 12 установлена на конце подвижной части 2 балки. Таким образом, платформа 1 включает две части: консольную балку и канатную обмотку, предварительное натяжение которой осуществляется упругим элементом в виде витой пружины 13 (фиг.2), размещенной во внутренней полости неподвижной части 4 консольной балки.The centrifuge contains a platform 1 in the form of a cantilever telescopic beam, consisting of two parts: a movable 2, bearing at its end a platform 3 for the test product and a fixed 4, which is connected to the spindle 5 mounted on a fixed axis 6, mounted on the base 7. Bearing unit spindle is not shown in the drawing. The centrifuge drive is an electric motor, the rotor winding 8 of which is mounted on the spindle 5, and the stator winding 9 is located on the base 7. In addition to the cantilever beam, platform 1 also contains a flexible connection made of rope 10 (metal or polymer) that repeatedly covers both parts of the cantilever beam . The rope 10 is laid on special lodgements, which are two separate halves of one hollow drum with grooves for the rope along a cylindrical generatrix surface. One half 11 of the drum is mounted on the spindle 5 behind the fixed part 4 of the cantilever beam. The other half 12 is installed at the end of the movable part 2 of the beam. Thus, the platform 1 includes two parts: a cantilever beam and a rope winding, the preliminary tension of which is carried out by an elastic element in the form of a coil spring 13 (Fig.2), located in the inner cavity of the fixed part 4 of the cantilever beam.

Центрифуга, реализующая принцип восприятия центробежной силы посредством гибкой связи, может иметь другой вариант исполнения, который способен к регулированию ряда параметров движения, в частности центробежной силы, как в сторону ее увеличения, так и уменьшения, а также стабилизации, что, в конечном итоге, ведет к постоянству поля центростремительных ускорений. Такая центрифуга имеет платформу 1, выполненную в виде телескопической балки. Ее гибкая связь выполнена в виде пары канатных полиспастов, расположенных горизонтально и симметрично относительно телескопической балки. Канат 14 каждого полиспаста, например, четырежды охватывает перекладины 15, располагаясь при этом на шкивах 16, установленных с возможностью свободного вращения на перекладинах 15. Последние для прочности и жесткости связаны со стойками 17, которые совместно с охватывающей их внешней дугой образуют плоскую ферму. Один из концов каната каждого полиспаста закреплен на перекладине 15, а другой связан с барабаном 18, также смонтированным на перекладине 15 и соединенным с электродвигателем 19, образуя механическую лебедку. Оба полиспаста и телескопическая балка заключены в кожух 20 с малым аэродинамическим сопротивлением, например, в форме крыла.A centrifuge that implements the principle of perception of centrifugal force through flexible coupling may have another embodiment that is capable of regulating a number of motion parameters, in particular centrifugal force, both in the direction of its increase and decrease, as well as stabilization, which, ultimately, leads to a constant field of centripetal accelerations. Such a centrifuge has a platform 1 made in the form of a telescopic beam. Its flexible connection is made in the form of a pair of rope pulley blocks located horizontally and symmetrically with respect to the telescopic beam. The rope 14 of each tackle, for example, four times covers the crossbars 15, while being located on the pulleys 16 mounted for free rotation on the crossbars 15. The latter, for strength and rigidity, are connected with the posts 17, which together with the external arc enclosing them form a flat truss. One of the ends of the rope of each pulley block is mounted on the crossbar 15, and the other is connected to the drum 18, also mounted on the crossbar 15 and connected to the electric motor 19, forming a mechanical winch. Both the tackle and the telescopic beam are enclosed in a casing 20 with low aerodynamic drag, for example, in the form of a wing.

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 обе части консольной балки. Однако подавляющее действие центробежной силы приходится на подвижную часть 2, перемещение которой ограничивается канатами 10 гибкой связи, воспринимающими на себя все действие этой силы. Несущая способность каната намного выше несущей способности (прочности) эквивалентного по сечению металлического стержня, и замена металлической конструкции платформы канатами дает возможность значительно увеличить нагрузку на испытуемое изделие, т.е. увеличить функциональные возможности центрифуги. Изгибные напряжения, возникающие в консольной балке от действия ее веса, могут быть легко компенсированы расчетом оптимальных размеров сечений обеих частей балки. Работа центрифуги с полиспастной гибкой связью не отличается от вышеописанной. Она несколько сложнее конструктивно, но ее преимущество состоит в том, что наличие средства натяжения каната в виде механической лебедки дает, во-первых, возможность регулирования длины консольной балки, а значит, и нагрузки от центробежной силы, а во-вторых, возможность, при необходимости, компенсировать удлинение канатов под действием нагрузки, сохраняя заданное расстояние от оси шпинделя до чувствительного элемента испытуемого изделия.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 both parts of the cantilever beam increases. However, the overwhelming effect of the centrifugal force falls on the movable part 2, the movement of which is limited by the flexible communication ropes 10, which absorb the entire action of this force. The bearing capacity of the rope is much higher than the bearing capacity (strength) of a metal rod equivalent in cross section, and replacing the metal structure of the platform with ropes makes it possible to significantly increase the load on the test product, i.e. increase the functionality of the centrifuge. The bending stresses arising in the cantilever beam due to its weight can be easily compensated by calculating the optimal cross-sectional dimensions of both parts of the beam. The operation of the centrifuge with pulley flexible coupling does not differ from the above. It is somewhat more complicated constructively, but its advantage is that the presence of a rope tension means in the form of a mechanical winch gives, firstly, the ability to control the length of the cantilever beam, and hence the load from centrifugal force, and secondly, the possibility, with the need to compensate for the extension of the ropes under the action of the load, while maintaining a predetermined distance from the axis of the spindle to the sensing element of the test product.

Claims

1. A centrifuge comprising 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 rotatable spindle, characterized in that the cantilever beam is made telescopic and its movable part supporting the platform is connected to the other part by means of flexible connection.

2. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the flexible connection is made in the form of a rope, repeatedly covering both parts of the beam.

3. The centrifuge according to claim 1, characterized in that between the parts of the cantilever beam an elastic element is introduced, for example, in the form of a twisted spring.

4. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the flexible connection is made in the form of a rope pulley.

5. The centrifuge according to claim 1 or 4, characterized in that the flexible connection is made in the form of a pair of chain hoists located horizontally and symmetrically with respect to the telescopic beam.

6. The centrifuge according to claim 1 or 4, characterized in that one of the ends of the chain hoist is fixed, and the other is connected with a tensioning device made in the form of a mechanical winch.

7. The centrifuge according to claim 1, characterized in that the telescopic beam and flexible connection are enclosed in a casing with low aerodynamic drag, for example, in the form of an airplane wing.