RU2698536C1

RU2698536C1 - Device for determining position of the center of mass and moments of inertia of objects

Info

Publication number: RU2698536C1
Application number: RU2018135827A
Authority: RU
Inventors: Игорь Витальевич Белоконов; Елена Витальевна Баринова; Александр Владимирович Ивлиев; Виталий Николаевич Ключник; Иван Александрович Тимбай
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2019-08-28

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to static or dynamic balancing of machines and structures, in particular, can be used to determine moments of inertia and position of center of mass of objects. In device for determining position of center of mass and moments of inertia of objects, comprising bed, spindle with working table and torsion, spindle is made in form of shaft with cantilever pins, installed in bearing of bed swing. Torsion bar is made in the form of a rod fixed by the upper end to the bed and lower to the shaft. Torsion bar, shaft pins and bed bearings are aligned.EFFECT: simplified device design.3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области статической или динамической балансировки машин и конструкций, в частности может быть использовано для определения моментов инерции и положения центра масс объектов.The invention relates to the field of static or dynamic balancing of machines and structures, in particular, can be used to determine the moments of inertia and the position of the center of mass of objects.

Известен прибор для определения момента инерции объектов и положения центра масс (Space Electronics KSR, http://blms.ru/opredelenie-momenta-inercii), представляющий собой перевернутый крутильный маятник и содержащий станину, рабочий стол, установленный на газостатическом поворотном шпинделе и торсион. Работа устройства основана на измерении периода колебаний рабочего стола с установленным на нем объектом.A known device for determining the moment of inertia of objects and the position of the center of mass (Space Electronics KSR, http://blms.ru/opredelenie-momenta-inercii), which is an inverted torsion pendulum and containing a bed, a desktop mounted on a gas-static rotary spindle and a torsion bar . The operation of the device is based on measuring the period of oscillations of the desktop with an object installed on it.

Недостатком такого устройства является сложность конструкции.The disadvantage of this device is the design complexity.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.The aim of the invention is to simplify the design of the device.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения положения центра масс и моментов инерции объектов, содержащем станину, шпиндель с рабочим столом и торсион, шпиндель выполнен в виде вала с двумя консольными шипами, имеющего в верхней части рабочий стол, а в нижней части узел крепления торсиона, на станине установлены два радиальных подшипника качения и узел крепления торсиона, расположенный вблизи верхнего подшипника, шипы установлены в подшипниках станины с возможностью осевого перемещения, торсион выполнен в виде стержня и прикреплен верхним концом к станине, а нижним к валу, причем шипы вала, подшипники станины и торсион расположены соосно.This goal is achieved by the fact that in the device for determining the position of the center of mass and the moments of inertia of objects containing a bed, a spindle with a working table and a torsion bar, the spindle is made in the form of a shaft with two cantilevered spikes having a working table in the upper part and a knot in the lower part mounting of the torsion bar, two radial rolling bearings and a torsion bar mounting unit located near the upper bearing are installed on the bed, the spikes are installed in the frame bearings with the possibility of axial movement, the torsion bar is made in the form of a rod nya and attached with the upper end to the bed, and the lower to the shaft, and the shaft spikes, bed bearings and torsion bar are aligned.

Устройство показано на фиг. 1. На фиг. 2 показан вид А с фиг. 1.The device is shown in FIG. 1. In FIG. 2 shows a view A of FIG. one.

На станине 1 установлены верхний 2 и нижний 3 подшипники качения, расположенные соосно. Под подшипником 2 установлен узел 4 крепления торсиона 5. На валу 6 установлены верхний 7 и нижний 8 шипы. В верхней части шип 8 имеет узел крепления 9 торсиона 5. В верхней части вал 6 имеет рабочий стол 10 с координатными отверстиями для установки объекта 11. Станина 1 имеет регулируемые винтовые опоры 12. На рабочем столе 10 установлена стрелка 13, а на станине датчик 14 положения равновесия рабочего стола 10.On the frame 1, the upper 2 and lower 3 rolling bearings are mounted coaxially. Under the bearing 2, a torsion bar mounting unit 4 is mounted 5. On the shaft 6, the upper 7 and lower 8 spikes are installed. In the upper part, the spike 8 has a mounting unit 9 of the torsion 5. In the upper part, the shaft 6 has a working table 10 with coordinate holes for installing the object 11. The bed 1 has adjustable screw supports 12. On the working table 10 there is an arrow 13, and on the bed there is a sensor 14 desktop balance 10.

Вал 6 висит на торсионе 5, а подшипники 2 и 3, задающие ось вращения вала 6 воспринимают радиальную нагрузку, обусловленную несовпадением общего центра масс вала 6, рабочего стола 10 и объекта 11 с осью вращения вала 6.The shaft 6 hangs on the torsion 5, and the bearings 2 and 3, specifying the axis of rotation of the shaft 6 perceive the radial load due to the mismatch of the common center of mass of the shaft 6, the working table 10 and the object 11 with the axis of rotation of the shaft 6.

Поскольку радиальная нагрузка на подшипники 2 и 3 определяет момент сопротивления вращению вала 6, для ее уменьшения расстояние (Н) между подшипниками 2 и 3 задано существенно большим отклонения (А) общего центра масс от оси вращения вала 6.Since the radial load on the bearings 2 and 3 determines the moment of resistance to rotation of the shaft 6, to reduce it, the distance (N) between the bearings 2 and 3 is set significantly larger deviations (A) of the common center of mass from the axis of rotation of the shaft 6.

С целью уменьшения сопротивления вращению в устройстве используются коррозионно-стойкие подшипники без смазки.In order to reduce the resistance to rotation, the device uses corrosion-resistant bearings without lubrication.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рабочий стол 10 отклоняется от положения равновесия и отпускается. Под воздействием торсиона 5 вал 6 с рабочим столом 10 и объектом 11 совершает крутильные колебания. Момент прохождения рабочего стола 10 через положение равновесия фиксируется датчиком 14 при прохождении над ним стрелки 13.The desktop 10 deviates from the equilibrium position and is released. Under the influence of torsion 5, the shaft 6 with the working table 10 and the object 11 performs torsional vibrations. The moment of passage of the desktop 10 through the equilibrium position is fixed by the sensor 14 with the passage of the arrow 13 above it.

Через период колебаний и крутильную жесткость вычисляется момент инерции колебательной системы. При смещении объекта по осям X и Y (фиг. 2) момент инерции колебательной системы изменяется и, соответственно, изменится период колебаний. После трех измерений: начальное положение объекта 11, смещенное по оси X и смещенное по оси Y, вычисляются координаты центра масс объекта (по теореме Штейнера). Также необходимо провести измерение периода колебаний для пустого рабочего стола 10, что позволит вычислить момент инерции объекта 11 относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс.Through the period of oscillations and torsional rigidity, the moment of inertia of the oscillatory system is calculated. When the object is displaced along the X and Y axes (Fig. 2), the moment of inertia of the oscillatory system changes and, accordingly, the oscillation period changes. After three measurements: the initial position of the object 11, shifted along the X axis and shifted along the Y axis, the coordinates of the center of mass of the object are calculated (according to Steiner's theorem). It is also necessary to measure the oscillation period for an empty desktop 10, which will allow you to calculate the moment of inertia of the object 11 relative to the vertical axis passing through the center of mass.

Высота центра масс объекта (координата Z) определяется при таком положении объекта 11 на рабочем столе 10, когда координата Z объекта 11 направлена по оси Y (или X) рабочего стола 10.The height of the center of mass of the object (Z coordinate) is determined by the position of the object 11 on the desktop 10, when the Z coordinate of the object 11 is directed along the Y (or X) axis of the desktop 10.

Крутильная жесткость колебательной системы определяется путем проведения измерений для объекта (эталона) с известной массой и координатами центра, например, диска.The torsional stiffness of the oscillatory system is determined by taking measurements for an object (reference) with a known mass and coordinates of the center, for example, a disk.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию устройства для определения положения центра масс и моментов инерции объектов.The proposed technical solution allows to simplify the design of the device for determining the position of the center of mass and the moments of inertia of objects.

Claims

1. A device for determining the position of the center of mass and the moments of inertia of objects, comprising a bed, a spindle with a working table and a torsion bar, characterized in that the spindle is made in the form of a shaft with two cantilevered spikes, having a working table in the upper part and a mounting unit in the lower part torsion bar, two radial rolling bearings and a torsion bar mounting unit located near the upper bearing are installed on the bed, shaft spikes are installed in the bed bearings with the possibility of axial movement, the torsion bar is made in the form of a rod and eplen upper end to the frame, and the lower end of the shaft, the shaft studs, the frame bearings and the torsion bar are arranged coaxially.

2. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the bearings of the bed is larger than the dimensions of the working table.

3. The device according to p. 1, characterized in that the desktop is made in the form of a plate with coordinate holes.