RU2697442C2 - Device for determining inertial characteristics of elongated articles - Google Patents
Device for determining inertial characteristics of elongated articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697442C2 RU2697442C2 RU2017132111A RU2017132111A RU2697442C2 RU 2697442 C2 RU2697442 C2 RU 2697442C2 RU 2017132111 A RU2017132111 A RU 2017132111A RU 2017132111 A RU2017132111 A RU 2017132111A RU 2697442 C2 RU2697442 C2 RU 2697442C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- axis
- housing
- symmetry
- product
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/10—Determining the moment of inertia
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения инерционных характеристик изделий.The invention relates to mechanical engineering and can be used to determine the inertial characteristics of products.
Устройство указанного вида известно из изобретения по патенту РФ №2017103 G01M 1/10 и содержит установленный на основании корпус, размещенную в нем колебательную систему, выполненную в виде платформы, связанной торсионом с корпусом, планшайбу для закрепления изделия, узел поворота планшайбы относительно вертикальной оси параллельной оси платформы и узел поворота планшайбы относительно наклонной оси, а сама планшайба выполнена поворотной относительно оси, совпадающей с осью платформы. Данное устройство взято за прототип.A device of this type is known from the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2017103
Недостатком устройства является невысокая точность измерений координат центра масс относительно продольной оси протяженных изделий вследствие необходимости размещения изделия над платформой и консольного его закрепления на планшайбе, вызывающего возникновение деформаций силовых элементов несущих конструкций и снижающего точность позиционирования изделия. Кроме того, консольное закрепление на платформе и выполняемая схема позиционирования изделия, при определении периода крутильных колебаний, не позволяют обеспечить необходимую жесткость и стабильность работы аэростатического подвеса, что также снижает точность измерений периода крутильных колебаний и приводит к возникновению дополнительных погрешностей определения инерционных характеристик.The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the coordinates of the center of mass relative to the longitudinal axis of extended products due to the need to place the product above the platform and cantilever fix it on the faceplate, which causes deformations of the power elements of the supporting structures and reduces the accuracy of positioning of the product. In addition, the cantilever fixing on the platform and the performed positioning scheme of the product, when determining the period of torsional vibrations, do not provide the necessary rigidity and stability of the aerostatic suspension, which also reduces the accuracy of measurements of the period of torsional vibrations and leads to additional errors in determining the inertial characteristics.
Заявляемое изобретение решает техническую проблему, направленную на повышение точности определения инерционных характеристик протяженных изделий и повышение надежности работы устройства.The claimed invention solves a technical problem aimed at improving the accuracy of determining the inertial characteristics of extended products and improving the reliability of the device.
Необходимый технический результат получают за счет того, что в известном устройстве для определения инерционных характеристик протяженных изделий в верхней части корпуса размещена система регистрации параметров крутильных колебаний, корпус и платформа снабжены вертикальным пазом в плоскости симметрии которого, подвижно размещено центровочное приспособление, установленное с возможностью поворота вокруг первой оси, расположенной в плоскости симметрии паза, и вокруг расположенной на заданном расстоянии от оси платформы параллельной оси, перпендикулярной к первой оси, корпус выполнен из камня твердых горных пород и снабжен аэростатическими подпятниками, взаимодействующими с платформой, а центровочное приспособление снабжено установленными с возможностью перемещения относительно друг друга, в осевом направлении, кольцами с коническими опорными поверхностями для размещения испытуемого изделия.The necessary technical result is obtained due to the fact that in the known device for determining the inertial characteristics of extended products in the upper part of the housing there is a system for recording torsional vibration parameters, the housing and the platform are equipped with a vertical groove in the plane of symmetry of which a centering device is mounted movably mounted for rotation around the first axis located in the plane of symmetry of the groove and around the parallel parallel to the axis of the platform axis perpendicular to the first axis, the casing is made of solid rock stone and is equipped with aerostatic thrust bearings interacting with the platform, and the centering device is provided with rings with conical supporting surfaces mounted relative to each other in axial direction to accommodate the test product.
Указанные существенные отличительные признаки в совокупности с известными признаками позволяют обеспечить повышение точности определения инерционных характеристик протяженных изделий за счет повышения точности позиционирования изделия, снижения деформаций несущих элементов позиционирующей системы в результате исключения консольных нагрузок на нее от испытуемого изделия, стабилизации параметров крутильных колебаний, за счет повышения жесткости и термостабильности элементов аэростатического подвеса обеспечиваемых выполнением корпуса из камня твердых горных пород и установкой раздельных аэростатических подпятников.These significant distinguishing features, together with the known features, make it possible to increase the accuracy of determining the inertial characteristics of extended products by increasing the accuracy of positioning of the product, reducing deformations of the bearing elements of the positioning system as a result of eliminating the cantilever loads on it from the test product, stabilizing torsional vibration parameters, by increasing stiffness and thermal stability of aerostatic suspension elements provided by the implementation hulls made of solid rock and the installation of separate aerostatic thrust bearings.
Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «новизна».The analysis of publicly available sources of information on the prior art did not allow to identify a technical solution identical to the declared one, on the basis of which a conclusion is made about the unknownness of the latter, i.e. compliance presented in this application of the invention with the criterion of "novelty."
Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области техники и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «изобретательский уровень».A comparative analysis of the claimed solution with known technical solutions revealed that the presented set of distinctive features is unknown to a person skilled in the art and does not follow explicitly from the prior art, on the basis of which it is concluded that the invention presented in this application meets the criterion of "inventive step" .
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает предлагаемое устройство; фиг. 2 - то же, вид сверху; фиг. 3 и фиг. 4 - положения проекций центра масс на горизонтальную плоскость при различных углах поворота и перемещения планшайбы.To explain the invention, a specific example of its implementation is given below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 depicts the proposed device; FIG. 2 - the same, top view; FIG. 3 and FIG. 4 - the position of the projections of the center of mass on the horizontal plane at various angles of rotation and movement of the faceplate.
Устройство содержит установленный на основании 1 корпус 2, размещенную на нем колебательную систему, включающую платформу 3, связанную торсионом 4 с диафрагмой 5, закрепленной на корпусе 2.The device comprises a
Платформа 3 оперта на корпус 2 посредством трех аэростатических подпятников 6, 7, 8 и фиксирована на оси торсиона посредством радиального аэростатического подшипника 9. Корпус 2 и платформа 3 снабжены вертикальным пазом 10, в котором размещено центровочное приспособление 11, выполненное в виде цилиндрической оболочки 12, с неподвижным 13 и подвижным подпружиненным 14 кольцами, снабженными коническими опорными поверхностями 15 и 16, на которые устанавливается изделие 17. Центровочное приспособление 11 смонтировано на внутреннем кольце 18 опорно-поворотного устройства 19, наружное кольцо которого 20 снабжено фиксатором внутреннего кольца 21. Опорно-поворотное устройство 19 посредством цапф 22 смонтировано на ползуне 23, снабженном фиксатором 24, направляющими 25, 26, 27 и клиновым зажимом 28. В верхней части корпуса 2, по обе стороны U-образного паза 10, размещены узел поворота платформы 29 и система регистрации параметров крутильных колебаний 30.The
Устройство для определения инерционных характеристик протяженных изделий работает следующим образом.A device for determining the inertial characteristics of extended products works as follows.
В исходном положении торсион 4 колебательной системы закручен на угол 1…3 градуса относительно оси ОХ и связанная с ним платформа 3, с помощью узла поворота 29, удерживается во взведенном состоянии, центровочное приспособление 11 установлено в вертикальное положение и удерживается фиксатором 24, ползун 23 находится в левом крайнем положении и зафиксирован клиновым зажимом 28.In the initial position, the torsion 4 of the oscillatory system is twisted by an angle of 1 ... 3 degrees relative to the axis OX and the associated
Изделие 17 устанавливают в центровочное приспособление 11 и фиксируют подпружиненным кольцом 14 относительно оси ОХ так, что ось Z лежит в плоскости симметрии паза 10 и направлена от оси платформы - исходное положение изделия.The
Подают сжатый воздух в аэростатические подпятники 6, 7, 8 и радиальный подшипник 9, включают систему регистрации параметров крутильных колебаний 30, по команде с которой подают сжатый воздух в узел поворота 29, который отпускает платформу 3. Платформа 3 вместе с изделием 17 начинает совершать свободные крутильные колебания.Compressed air is supplied to the
Измеряют период крутильных колебаний Т1. Далее, с помощью опорно-поворотного устройства 19 поворачивают центровочное приспособление 12 с изделием 17 последовательно на 90°, 180°, 270° по часовой стрелке, каждый раз фиксируя его фиксатором 21 и запуская цикл измерений, снимают показания периодов колебаний платформы с изделием соответственно Т2, Т3, Т4.The torsional vibration period T1 is measured. Next, using the
На фиг. 3 показаны проекции центра масс изделия и их положение относительно оси колебаний в четырех описанных положениях.In FIG. 3 shows the projections of the center of mass of the product and their position relative to the axis of oscillation in the four described positions.
После описанных операций, внутреннее кольцо опорно-поворотного устройства 19 поворачивают на 90 градусов, фиксируют фиксатором 21, при этом изделие занимает исходное положение, открывают фиксатор 24, центровочное приспособление 11 с изделием 17 устанавливают в горизонтальное положение и вновь фиксируют фиксатором 24, производят измерение периодов колебаний Т5, открывают клиновой зажим 28, перемещают ползун в правое крайнее положение, фиксируют зажимом 28 и производят измерение периода колебаний Т6, после чего ползун вновь возвращают в левое крайнее положение и фиксируют зажимом 28. Поворачивают внутреннее кольцо опорно-поворотного устройства на 45 и 90 градусов каждый раз, фиксируя его фиксатором 21 и запуская цикл измерений, снимают показания периодов колебаний платформы с изделием Т7, Т8. Открывают фиксатор 24, центровочное приспособление 11 с изделием 17 устанавливают под углом 45 градусов к горизонту и вновь фиксируют фиксатором 24, производят измерение периодов колебаний Т9, далее поворачивают внутреннее кольцо опорно-поворотного устройства на 90 градусов, фиксируют его фиксатором 21 и производят измерение периода колебаний Т10.After the described operations, the inner ring of the pivoting
Применяя известные зависимости между периодом крутильных колебаний унифилярного подвеса и его моментом инерции (Гернет М.М. и Ратобыльский В.Ф. Определение моментов инерции. М.: Машиностроение, 1969), определяем значения моментов инерции изделия относительно оси унифилярного подвеса по формулам:Using the well-known dependencies between the period of torsional vibrations of a unifilar suspension and its moment of inertia (Gernet M.M. and Ratobylsky V.F. Determination of moments of inertia. M .: Mechanical Engineering, 1969), we determine the values of the moments of inertia of the product relative to the axis of the unifilar suspension by the formulas:
где:Where:
Joi - момент инерции оснастки, относительно оси колебаний платформы;J oi is the moment of inertia of the tool, relative to the axis of oscillation of the platform;
Jui - момент инерции изделия, относительно оси колебаний платформы;J ui is the moment of inertia of the product, relative to the axis of oscillation of the platform;
i - порядковый номер параметров соответствующий заданному положению изделия.i - serial number of parameters corresponding to a given position of the product.
Моменты инерции оснастки, относительно оси колебаний платформы являются константой для данного устройства и определяются при его поверке через периоды колебаний оснастки и периоды колебаний оснастки с эталоном, моменты инерции которого известны по формуле, аналогичной ранее приведенной.The moments of inertia of the tool relative to the axis of oscillation of the platform are constant for this device and are determined when it is verified through the periods of oscillation of the tool and the periods of oscillation of the tool with a standard, the moments of inertia of which are known by a formula similar to the previously given.
где:Where:
Joi - моменты инерции оснастки относительно оси колебаний платформы;J oi - moments of inertia of the equipment relative to the axis of oscillation of the platform;
Jэi -моменты инерции эталона относительно той же оси. Определение координат центра масс изделия основано на использовании теоремы Гюйгенса - ШтейнераJ ei are the moments of inertia of the standard about the same axis. The determination of the coordinates of the center of mass of a product is based on the use of the Huygens-Steiner theorem
где:Where:
Jцi - момент инерции изделия относительно центральной оси, проходящей через центр масс и параллельной оси крутильных колебаний;J Цi is the moment of inertia of the product relative to the central axis passing through the center of mass and parallel to the axis of torsional vibrations;
М - масса изделия;M is the mass of the product;
Lц - расстояние между центральной осью изделия и осью колебаний платформы.Lс is the distance between the central axis of the product and the axis of oscillation of the platform.
При первых четырех измерениях изделие вращается вокруг неподвижной продольной оси ОХ параллельной оси унифилярного подвеса, определяемой опорными базовыми поверхностями 15, 16 и принимая во внимание, что в соответствии фиг. 3:In the first four measurements, the product rotates around a fixed longitudinal axis OX parallel to the axis of the unifilar suspension defined by the
Y=Y1=У3, Z=Z2=Z4 можно написать:Y = Y 1 = Y 3 , Z = Z 2 = Z 4 you can write:
Ju1=Jц1+M((L+Z)2+Y2)J u1 = J q1 + M ((L + Z) 2 + Y 2 )
Ju2=Jц1+M((L-Y)2+Z2)J u2 = J q1 + M ((LY) 2 + Z 2 )
Ju3=Jц1+М((L-Z)2+Y2)J u3 = J q1 + M ((LZ) 2 + Y 2 )
Ju4=Jц1+M((L+Y)2+Z2)J u4 = J q1 + M ((L + Y) 2 + Z 2 )
Из системы 4-х уравнений найдем:From the system of 4 equations we find:
При пятом и шестом измерениях изделие перемещается, не изменяя своей пространственной ориентации относительно оси колебаний, поэтому можно записать:In the fifth and sixth dimensions, the product moves without changing its spatial orientation relative to the axis of oscillation, therefore, we can write:
Ju5=Jц5+M(X2+Y2)J u5 = J q5 + M (X 2 + Y 2 )
Ju5=Jц5+M((X+a)2+Y2)J u5 = J q5 + M ((X + a) 2 + Y 2 )
где:Where:
а - величина горизонтального смещения ползуна 23and - the value of the horizontal displacement of the
Из системы уравнений получим:From the system of equations we get:
Для определения составляющих тензора инерции используем шесть моментов инерции: три относительно координатных осей (JXX, JYY, JZZ_-положения 1,5,8 соответственно) и три относительно биссектрис углов между положительными направлениями координатных осей (JYZ, JZX, JXY -положения 7,9,10 соответственно). Зная составляющие тензора инерции, составляем векторное уравнение:To determine the components of the inertia tensor, we use six moments of inertia: three relative to the coordinate axes (J XX , J YY , J ZZ _-
где JX⋅Y, JZ⋅X, JY⋅Z - центробежные моменты инерции определяются по формулам:where J X⋅Y , J Z⋅X , J Y⋅Z - centrifugal moments of inertia are determined by the formulas:
Решая векторное уравнение, находим три главных момента инерции:Solving the vector equation, we find three main moments of inertia:
Jгл.1, Jгл..2, Jгл.3.J Ch . 1 , J Ch . 2 , J Ch . 3 .
Главные направляющие косинусов определяются из системы уравнений:The main guides of the cosines are determined from the system of equations:
совместно с уравнением together with the equation
Таким образом, использование предлагаемого устройства для определения инерционных характеристик по сравнению с прототипом, позволяет повысить точность определения искомых величин и надежность работы устройства за счет того, что в верхней части корпуса размещена система регистрации параметров крутильных колебаний, корпус и платформа снабжены вертикальным пазом, в плоскости симметрии которого подвижно размещено центровочное приспособление, установленное с возможностью поворота вокруг первой оси, расположенной в плоскости симметрии паза, и вокруг расположенной на заданном расстоянии от оси платформы параллельной оси, перпендикулярной к первой оси, корпус выполнен из камня твердых горных пород и снабжен аэростатическими подпятниками, взаимодействующими с платформой, а центровочное приспособление снабжено установленными, с возможностью перемещения относительно друг друга, в осевом направлении, кольцами с коническими опорными поверхностями для размещения испытуемого изделия. Все это повышает точность позиционирования изделия за счет снижения деформаций несущих элементов позиционирующей системы в результате исключения консольных нагрузок на нее от испытуемого изделия, стабилизирует параметры крутильных колебаний благодаря повышению жесткости и термостабильности элементов аэростатического подвеса, обеспечиваемых выполнением корпуса из камня твердых горных пород, и установкой раздельных аэростатических подпятников, что создает технико-экономический эффект.Thus, the use of the proposed device for determining the inertial characteristics in comparison with the prototype, improves the accuracy of determining the desired values and the reliability of the device due to the fact that in the upper part of the housing there is a system for registering torsional vibration parameters, the housing and the platform are equipped with a vertical groove in the symmetry of which the centering device is movably placed, mounted to rotate around the first axis located in the plane of symmetry a groove, and around a parallel axis located at a predetermined distance from the platform axis, perpendicular to the first axis, the body is made of solid rock stone and equipped with aerostatic thrust bearings interacting with the platform, and the centering device is equipped with axial mounted to move relative to each other in axial direction, rings with tapered abutment surfaces to accommodate the test article. All this improves the positioning accuracy of the product by reducing the deformation of the bearing elements of the positioning system as a result of eliminating the cantilever loads on it from the tested product, stabilizes the torsional vibration parameters due to the increased rigidity and thermal stability of the aerostatic suspension elements provided by the implementation of the body of stone rock, and the installation of separate aerostatic thrust bearings, which creates a technical and economic effect.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132111A RU2697442C2 (en) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Device for determining inertial characteristics of elongated articles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132111A RU2697442C2 (en) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Device for determining inertial characteristics of elongated articles |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017132111A3 RU2017132111A3 (en) | 2019-03-14 |
RU2017132111A RU2017132111A (en) | 2019-03-14 |
RU2697442C2 true RU2697442C2 (en) | 2019-08-14 |
Family
ID=65759334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017132111A RU2697442C2 (en) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Device for determining inertial characteristics of elongated articles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697442C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4991437A (en) * | 1988-11-30 | 1991-02-12 | Hanchett Raymond L | Airfoil balancer |
RU2017103C1 (en) * | 1990-11-20 | 1994-07-30 | Научно-производственное объединение "Техномаш" | Device for measuring inertial characteristics of articles |
RU2562273C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Test bench for measurement of mass-inertia characteristics of item |
RU2562445C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Test bench for measurement of stato-dynamic characteristics of physical objects |
-
2017
- 2017-09-13 RU RU2017132111A patent/RU2697442C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4991437A (en) * | 1988-11-30 | 1991-02-12 | Hanchett Raymond L | Airfoil balancer |
RU2017103C1 (en) * | 1990-11-20 | 1994-07-30 | Научно-производственное объединение "Техномаш" | Device for measuring inertial characteristics of articles |
RU2562273C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Test bench for measurement of mass-inertia characteristics of item |
RU2562445C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Test bench for measurement of stato-dynamic characteristics of physical objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017132111A3 (en) | 2019-03-14 |
RU2017132111A (en) | 2019-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gao et al. | A self-calibration method for accelerometer nonlinearity errors in triaxis rotational inertial navigation system | |
Lv et al. | The compensation effects of gyros' stochastic errors in a rotational inertial navigation system | |
RU2368880C1 (en) | Test bench for measurement of mass, coordinates of center of masses and tensor of item inertia | |
US7856334B2 (en) | Method for calibrating a laser-based spherical coordinate measurement system by a mechanical harmonic oscillator | |
RU2602736C1 (en) | Method and device for calibration of inertial measurement modules | |
RU186481U1 (en) | INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OPTICAL ELEMENTS WITH ASPHERIC SURFACES IN FRAMES | |
KR101601094B1 (en) | Measuring System of Inertia and Mass Center | |
CN115979311B (en) | PIGA cross quadratic term coefficient calibration method, system, equipment and medium | |
Yang et al. | Monocular vision-based multiparameter dynamic calibration method used for the low-frequency linear and angular vibration sensors | |
JP2010112871A (en) | Calibration device for magnetic azimuth sensor, method, and program | |
CN114034885B (en) | Method for testing gyroscopic accelerometer on double-shaft centrifuge based on full-error analysis | |
RU2697442C2 (en) | Device for determining inertial characteristics of elongated articles | |
Sun et al. | Sequential calibration method of nonlinear errors of PIGA on counter-rotating platform centrifuge | |
US3630086A (en) | Centrifugal-balance gravity gradiometer | |
RU2717566C1 (en) | Method of determining errors of an inertial unit of sensitive elements on a biaxial rotary table | |
Gopinath et al. | Product design aspects for design of accurate mass properties measurement system for aerospace vehicles | |
Liu et al. | Applying spatial orbit motion to accelerometer sensitivity measurement | |
Kochinev et al. | Quasi-static method of measuring the balance of elastic displacements of the supporting system of machine tools | |
Schiavi et al. | Simultaneous 3-axis MEMS accelerometer primary calibration: description of the test-rig and measurements | |
Rothleitner | Ultra-high precision, absolute, earth gravity measurements | |
Soons | Analysis of the step-diagonal test | |
Gryazin et al. | Current Methods and Tools for Assessing the Metrological Characteristics of Gyro Devices and Inertial Units | |
Kurzych et al. | Fibre-optic gyroscope as instrumental challenge for rotational seismology | |
RU2480726C1 (en) | Method for determining inertia moments of item, and device for its implementation | |
Huo et al. | Unbalance identification for mainshaft system of 2-DOF precision centrifuge: a displacement sensor-based approach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200914 |