SU1034047A1 - Механический интегратор - Google Patents

Abstract

МЕХАНИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОРУ содержащий корпус, снабженный на равл квдими , фрикцион, который размещен в корпусе и вдаолнен в виде конуса р пр молинейной образуквдей и эластичньш покрытием поверхности ведомый фрикцион, который укреплен в подвижно установленной в направ .л ющих корпуса каретке и выполнен в виде подпружиненного кольцёобЕ азного ролика, сопр женного внутрен ней круговой поверхностью с поверхностью конуса ведущего фртсциона, счетчик оборотов, КОТОЕЖЛЙ укреплен на карёжке.и кинаматичаски соединен , с зубчатым венцом кольцеббраз ного ролика , и элемент св зи, в олненный в виде конуса с винтовым пазом : на конической поверхности и тросика , половина длины которого разме щёна в пазу, а концы прик зеплены соответственно к вершине и основанию конуса с винтовым пазом, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью расширени  его функциональных возможностей путем обеспечени  возможности определени  площади, ср.д-, него арифметического значени  н средней квадратической погрешности при обработке круговых диаграмм, в него введены цилиндрическа  рама, на внутренней поверхности которбй имеетс  направл ющий паз, а внеи1Н   поверхность вьйолнена в виде зубчатой рейки, сектор с направл ющими и двум  роликами, который подвижно установлен в паэу цилиндрической .,. ; рамы, дополнительный- тросик,: огибаю0 щий ролики сектора, обвЬднЬй рьгчаг, который подвижно размещен в напразэG л ющих сектора и снабжен на торце: защелкой, скрепленной с дополнитёль -1 ным тросиком руко тка и визир, укрепленные на конце обводного рычага противоположном крепленшо защелки, зубчата  рейка, котора  расположен ; на на. обводном рычаге вдоль его дли ны, и две пестерни, насаженные . ответственно на валы конусов веду-V щегО фрикциона. и элемента. :св зи & Ы и сцепленные с зубчатыми рейками на раме и обводном рычаге, на корпусе закреплены ролики, на котбрадх размещена втора  полЬвина трбсика элемента, св зи с возможностью скреплени  с кареткой, к которой посто нно прикреплен дополнительный тросик

Description

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительной технике, предназначено дл  вычислени  площади фигур произвольного очертани , а также дл  обработки круговых диаграмм , включа  вычисление среднего арифметического значени  и средней квадратической погрешности, и может найти применение в устройства где интегрирование ведетс  с помощью механических средств, Известен планиметр, содержащий: цилиндрический корпус с направл ющими , установленный в корпусе с . возмол ностью вращени  и поворота вокруг оси цилиндра конус с параболической образующей, взаимодействующий с корпусом посредством фрикционного сцеплени  колеса, посаженн го на валу конуса, с лимбом корпуса , а также контактирующий с койусо обводной рычаг и счетный механизм Недостатком данного устройства  вл етс  то, что в нем не обеспечиваетс  надежна  сцепл емость интегр рующего ролика с боковой поверхностью конуса. Ролик пробуксовывает и это снижает точность результатов измерени . Снизить пробуксовки за счет более плотного прижати  фрикционов нельз  по той причине, что невозможно будет передвигать ролик счетного механизма вдоль своей оси. Кроме того, с помощью известного устройства невозможно вести обработ ку круговых диаграмм, например, дл  определени  среднего арифметическог значени  по нанесенной на графике информации. Вызвано это тем, что ро . лик счетного механизма из-за параболической формы образующей -конуса будет фиксировать величины, прбпорциональные не отрезкам дуг действительных радиусов, а квадратам этих радиусов.. Известны также устрой ства, предназначенные дл  вычислени  интегралов от функций fCf), заданных в пол р ной системе координат, обеспечивающие получение средней арифметической величины при обработке круговых диаграмм. Названные устройства с.одержат обводной рычаг с прорезью и визиром, вход щий в прорезь щтифт а также счетный механизм Г. Недостатком указанных устройств  вл етс  то, что ими невозможно определ ть такие показатели, как площадь контура, а также среднюю квадратнческую погрешнрсть при обра ботке круговых диаграмм. Объ сн етс  это тем, что интегрирующий ролик при вза.имодействии с плоскоетью .чертежа в период обводки всегда будет прокручиватьс  на величину, пропорциональную зцачению текущего радиуса, а дл  получени  нужных показателей требуютс  обороты счетт ного механизма, пропорциональные квадрату текущих радиусов. Кроме того, из-за слабого фрикционного сцеплени  интегрирующего ролика с плоскостью неизбежны пробуксовки, что отрицательно сказываетс  на точности получаемых результатов. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  интегратор, содержащий кор- , пус с направл ющш.ш, на которых установлена подвижна  каретка, ведущий фрикцион, выполненный в виде конуса с пр молинейной образующей и эластичным покрытием, который укреплен в корпусе и кинематически св зан с осью одного из двух барабанов, установленных на подпружиненных рычагах, ведо- мый фрикцион-, выполненный в виде сборного кольцеобразного ролика, укрепленный на каретке и кинематически св занный со счетчиком, а также элемент св зи, выполненный в виде подпружиненного усеченного конуса с винтовым пазом на его поверхности , в котором навстречу один другому намотаны два тросика, одни концы которых закреплены соответственно у основани  и вершины конуса с пазом, противополо5кные закреплены на каретке, а вал усеченного конуса имеет кинематическую св зь с ос ми барабанов 3. Однако известным интегратором невозможно определить площади, а также среднее арифметическое значение и среднюю квадратическую погрешность; при обработке круговых диаграмм. Цель изобретени  - расширение функциональньах возможностей путем обеспечени  возможности определени  площади, среднего арифметического значени  и средней квадратической погрешности при обработке круговых диаграмм. Поставленна  цель достигаетс  тем, что механический интегратор, содержащий корпус, снабженный направл ющими , ведущий.фрикцион, ко-, торый размещен в корпусе и выполнен в виде конуса с пр молинейной образующей и эластичным, покрытием поверхности, ведомый фрикцион, который укреплен .в подвижно установленной в направл ющих корпуса каретке и выполнен в виде подпружиненного ко ьцеобразного ролика, сопр женного внутренней круговой поверхностью с поверхностью конуса ведущего фрикциона, счетчик оборотов, который укреплен на каретке и кинематически соединен с зубчатым венцом кольцеобразного ролика, и элемент св зи, выполненный в виде конуса с винтовым пазом на конической поверхности и тросика, половина длины которого размещена в пазу, а

концы прикреплены соответственно к верпине и основанию конуса с винтовым пазом, дополнительно содержит цилиндрическую раму, на внутренней поверхности которой имеетс  направл ющий паз, а внешн   поверхность выполнена в виде зубчатой рейки, сектор с направл ющими-и двум  роликами , который подвижно установлен в пазу цилиндрической рамы, дополнительный . у росик, огибающий ролики сектЬра, обводной рычаг, который подвижно размещен в направл ющих сектора и снабжен на торце скрепленной с дополнительным троси-/ ком защелкой, руко тку и визир, укрепленные.НсГ конце обводного рычага противоположном, креплению защелки, зубчатую рейку котора  расположена на обводном рычаге вдоль его длины, и две шестерни, насаженные соответственно на валы конусовведущего фрикциона и элемента св зи и сцеплеинь1е . зубчатыми рейками на раме и обводном рычаге, на корпусе закреплены ролики/ на которых размещена втора  половина тросика элемента св зи с возможностью скреплемУ1Я с кареткой, к которой посто нно прикреплен дополнительный тросик .

На фиг.1 изображён механический интегратор, общий вид; на фиг.2 - . разрез- А-А на фиг.1; на фиг.З - сборный кольцеобразный ролик. . .Интегратор содержит цилиндрическую раму 1 .с направл ющими 2 и зубчатой рейкой 3, сектор 4 с прикрепленными к.Нему роликами 5 и направл ющими 6, которые ориентированы эдоль диаметра цилиндрической рамы. На секторе установлен корпус 7 с ваправл кадими 8. На корпусе 7 закреплен с возможноетью вращени  конус 9 с пр молинейной образун дей и эластичным покрытием а на его вал 10 насажена шестерн  11, котора  взаимодействует с зубчато рейкой 3 на раме-1. На направл ющих 8 корпуса 7 подвижно размещена каретка 12, на которой установлен подпружиненный сборный кольцеобразный обкатный ролик 13, состо щий из набора более мелких ролик;о в 14 fфиг. 3J На корпусе 7 (фиг.1) укреплен также элемент св зи, выполненный в виде кону-са 15 с винтовым пазом 16 на его поверхности, роликов 17, а также тросика 18,-прикрепленного одним концом к вершине конуса 15, другим - к осно-ванйю того же конуса, причем половина его длк ы намот:э а, в пазу 16 конуЧ са 15 витками навстречу один другому, а втора  полов ша тросика 18 огибает ролики 17 на корпусе 7. Тросик 18 может скрепл тьс  с кареткой 12 фиксаторами 19 и 20, На валу конуса 15 закреплена шестерн  (не показана), вход ща  в зацепление с зубча ой рейкой 21 на рычаге 22. Сам конус 15

1034047

тоже скрепл етс с валом с помощЬ1о закрепительного винта (не показано. Обводной рычаг 22 размещен в направл ющих б сектора 4, и содержит визир 23, руко тку 24, и на передней части защелку 25 дл . скреплени , с тросиком 26, огибающим ролики 5. Каретка-12 несет на себе счетчик 27 оборотов, взаимодействующий с зубчатым венцом 28 кольцеобразного ролика13. На направл ющих б сектора 4 посажена игла 29, фиксирующа  центр круга рам

Интегратор работает следующим образом .

Вычисление площадей.

Размещают интегратор на чертеж, добива сь сли ни  иглы 29 центра рдм с центром диаграммы. Ослабив защелку 25, а также фиксаторы 19 и 20, перемщают -ближе к основанию конуса 9 обкатный ролик 13 - в точку а исходно го положени . Затем, ослабив,закрепительный винт конуса 15, вращением поледнего добиваютс  перемещени  точки размотки-намотки тросика 18 на , исходную точку у основани  конуса 15. В это же врем  перемещают и обIводной рычаг по радиусу .от центра круга до тех пор, пока исходна  риска на нем (вблизи защелки 25 Г не сравн етс  с верииной конуса 9 ( или центром круга рамы). После этого скрепл ют каретку 12 с тросиком 18 при помощи фиксатора 20, скрепл ют также конус 15 с его валом при помощи эакрепительного винта.Далее вывод т визир 23 на исходную точку , вз тую на линию контура, сбрасывют отсчеты и начинают обводку контура на диаграмме. Когда обводка замкнутого контура будет закончена,на счетчике 27 читают результат, равный численно удвоенной площади,обрабатываемого контура. .

В перисщ обводки контура поворот обводного Еичага 22 вокругоси 29 ра ,мы ведет к прокручиванию конуса 9,. который при этом проталкивает (т.е. заставл ет вращатьс ) кольцеобразный Езолик 13, св занный со счетчиком 27. Угол поворота кольцеобразного ролика 13 зависит не только от угла поворота конуса 9, но и от угла при его вершине, а также от точки контактировани  фрикционов, т.е. от переда .точного числа.

Перемещение кольцеобраз.ного ролика 13 вдоль образующей конуса.9.обеспечиваетс  с помощью, тросика 18, соверааюЩего движение (перематывание) в период вращени  конуса 15 с пазом  а его конической поверхности. Угол ловорота конуса 15 всегда пропорционален длине того отрезка, на который перехнещаетс  обводной рычаг 22 по радиусу , однако длина отрезка конической спирали, т.е. тросика 18, KoftoР1ай совершит размотку-намотку, будет пропорциональна квадрату длины перемещени  рычага 22, По этой причине каретка 12, будучи скрепленной с тро сиком 18, тоже будет удал тьс  от ве шины конуса 9 пропорционально квадрату того рассто ни , на которое переместилс  обводной рычаг, удал  сь от центра круга. Это вытекает из закономерностей изменени  длины конической,. Представим, что конус 15 с винтовым пазом на поверхности делает один оборот от перемещени  обво ного рычага 22 по радиусу круга рамы на 4 4 см. Дл  конуса 15 с винтовым пазом на поверхности примем такие параметры: высота 10 мм, одинарный угоЛ при вершине его,- равный значению, тан генса 2,532123, а на поверхносТи р.он са пусть нанесено 5 витков. Вычислим длину спирали дл  It25; 2,50/ 3,75. и 5 витков по формуле длин|л конической спирали Р .0 Г - ( h1t4Tfn%:Mc /0) . Q о -/-jri

Таблица 1, де а - изменение радиуса на единицу дуги поворота, Ъ - изменение высоты конуса на единицу дуги поворота. Вычислим предварительно значени  , Ь г Mfr 0,318310; Q bte-oL 0,318310x2,532123 0,806.мм; /0- 1,15-5966. ычислим длину п ти витков кони еской спирали Cffi-. -l0.1,,,, „ ffl.,4 594-V 0 -4-f6-9 f,f65966j, - ; J :0,,434292 + 5596бЕи Ш12|±ШШ9 1,о403-992,,87мм -J,075i59 J Подобным же образом сделаны выслени  других длин конической спира , полученные результаты приведены табл.1.

Сравнива  приведенные.данные.о. длинах спирали с квадратами числа, можно убедитьс  в том, что закономер ность изменени  длины сц-ирали с приемлемой точностью отражает процесс Трансформировани  линейных перемещений обводного рычага: 22 в квадратичные перемещени  кольцеобразного роли ка 13 Это означает, что еели обводной рычаг 22 переместилс  по радиусу например, на 20 см, то кольцеобразный ролик 13 удалитс  .от вершины;.; конуса 9 уже на 400 мм, неремещение обводного рычага 22 от центра круга на 15 см обеспечит удаление кольцеобраз него ролика 13 от вершинЕ конуса 9 на 255 мм и Т.д. Пусть в интеграторе использован не-. дущий ФРИКЦИОН, выполненный в виде к нуса 9 с двойным углом при веришне 2oi :18 06 (в этом случае рассто ние по образующей от вериины конуса 9 до точки контактировани  фрикццр нов. равно длине окружности конуса 9 в этой ЭТОЙ же Фочке). Тогда за каждую еди виду угла поворота обводного рычага 22 вокруг центра рамы Л кольцербразный ролик 13 интегратора зафиксирует величину,пропорциональную квадрату текущего радиуса. При обводке же круга радиуса R получим результат, пропорциональный значению гГй., Подбором рабочих диаметров внутреннего кольца кольцеобразного ролика 13, а также шестерен счетчика и кольцеобра зного ролика 13 можнодобитьс  таких передаточных чисел, когда на счетчике 27 будет по вл тьс  отсчет, численно равный площади круга, а если планируетс  использование этого же интегратора дл  вычислени  других показателей на диаграммах, то удобней фиксировать на счетчике 27 удвоенную площадь контура, т.е. 2 § 2KR, При .обработке замкнутого контура, не имевздего форму правильного круга, интегратор будет вести вычисление площадей по част м фигуры, т.е. по секторам, имеющим свои радиусы, а на сЧетчике 27 в. конце обводки контура будет зафиксирован итоговый результат , т.е. 25 Вычисление среднего арифметического значени . Размещают прибор на чертеже так, .чтобы игла 29 совместилась с центром диаграммы. Ослабл ют фиксаторы 19 и 2Qf а также защелку 2Ь. Далее сов мещают положение каретки 12 с риско t) на корпусе, фиксирующей второе ис ходное положение ((например, 3 см от риски вершины конуса 9. После этог устанавливают в исходное положение .обводной рычаг 22. Дл  этого добива с  того,чтобы рассто ние от центра визира 23 до вершины конуса 9 было равно прин тому рассто нию (в нашем примере 3 см|. Затем закрюпл ют защелку 25, т.е. скрепл ют.обводной, рычаг 22 с дополнительным тросиком 26, и вывод т центр визира 23 на ис ходную точку, вз тую на диаграмме, и, сбросив отсчеты на счетчике 27, начинают обводку контура. По завершении обводки замкнутого контура получают на счетчике 27 суммарную длину окружности, а разделив этот отсчет на 2К, получают среднеарифметический радиус, . среднее ари метическое значение того переменного показател , который за,фиксирован на диаграмме за какой-то цикл наблюдений, прин тый, за 2 , например одни сутки. В процессе работы интегратора обводной рычаг 22 может перемещатьСЯ; вдоль диаметра цилиндрической рамы 1, подталкива  кольцеобразный ролик 13. При этом конус 9 не будет вращатьс , а лишь мен етс  точка контактировани  фрикционов, т.е. измен етс  передаточное число. Обводной рычаг 22 может вместе с сектором 4 и корпусом 7 также поворачиватьс  вокруг оси цилиндрической рамы 1, что,в результате взаимо действи  шестерни на валу конуса 9 с зубчатой рейкой 3 на цилиндрической раме 1, ведет к прокручиванию ведущего фрикциона, например,один оборот конуса 9 от перемещени  ричага 22 по кругу . на один радиан. Если на диаграмме обводить полный круг радиуса 100 мм, то конус 9 с двойным углом при вершине име  длину окружности в точке контактировани  фрикционов 100 мм и . сделав 6,2832 оборота,, протолкнет кольцеобразныйролик 13 на величину 628,32 мм, т.е. .на отрезок, равный длине окружности с таким же радиусо Такие же результаты будем.иметь при контактировании фрикционов в любой другой точке, т.е. при обмере круго с любым радиусом. Когда же совершаетс  обводка контура с неодинаковым радиусом на различных участках, т.е. не на круге, интегратор суммирует отрезки дуг и выдает сборную длину окружности. Дл  получени  сре него арифметического значени  достаточно результат на счетчике разде лить на 2)Г (передаточные числа св з фрикционов, а также кольцеобразного; ролика 13 и счетчика 27 подобраны так, что обеспечиваетс  это. . Вычисление средней квадратической погрешности. По вычисленному результату средней арифметической величины, т.е. сред-. нему радиусу, прочеркивают на диаграмме круг. После этого вьшод т на исходную точку, вз тую на прочерченном круге. Отпустив защелку 25 на обводном рычаге 22, а также закрепительный винт конуса 15, перемещайткол .ьцеобразный ролик 13 на уровень ,вериины конуса 9 ведущего фрикциона. Далее добиваютс  того чтобы точка размотки-намотки тросигка 18 находилась на вершине конуса 15. После этого закрепл ют крнус 15 на его валу, а также скрепл ют тросик 18 с одним из фиксаторов на каретке 12 (найример, 20.. Сбросив показани  на четчике 7, начин-ают обводку.линии того контура, который оказалс  в наружной части от прочерченного круга. Когда черта такого контура на диаграгдале иррходит внутрь от линии прочерченн-рго кругаj . обводку продолжают вести по линии . круга. По завершении обводки, т.е. по возвращении в исходную точку, на счётчике 27 читают готовый результат . Он включает в себ  сумму, квадратов положительных отклонений от средней арифметической величины, умноженную на 2fC, Установив центр визира 23 в исходной точке на прочерченном круге, отпускают фиксатор 20 и включают фиксатор 19. Далее делают обводку того контура, который размещаетс  внутрь от линии прочерченного круга. По окончании обводки получают результат, равный сумме квадратов отрицательных отклонений, умножейной на 2F. Дл  .получени  средней квадратичной.погрешности надо оба результата сложить, разделить на 2/Г-1, а за.тем из-влечь корень квадратный, т.е. выполнить расчет; , :-tv- iv-. ; в период обводки контУра при перемещении рычага 22 по радиусу прокручиваетс  конус 15, в результате че- го происходит перемотка тросика 18, один конец его наматываетс , а другой разматываетс . Каретка 12, будучи скрепленной с тросиком 18, тоже начнет движение, когда каретка 12 : и тросик 18 скреплены фиксатором 20, происходит удаление каретки 12 от вершины конуса 9 при перемещении обводного рычага 22 наружу от линии прочерченного круга, а когда скрепление сделано фиксатором19-такое удаление (т.е. оп ть .от вершины к основанию конусаj каретки 12 с

кольцеобразным роликом 13 происходит при приближении обводного рычара 22 с визиром 23 к центру от линии прочерченного круга.

Поворот обводного рычага 22 вмес-г те с сектором 4 и корпусом 7 вокруг 5 оси цилиндрической рамы 1 .ведет к прокручиванию конуса 9. При этом Сборный кольцеобразный ролик 13 поворачиваетс  и приводит в движение ;счетчик 27.О

Если представить, что обрабатыБаетс  кругова  диаграмма, где на .первой четверти круга (0,5/Г визир обводного рычага был удален наружу от линии прочерченного круга на 15 1,2 см,:на следующей четверти - на 0,8 см, а затем прошел по самой линии круга, прочерченного по среднеIарифметическому радиусу, на прот жении 0, и, наконец, на последней четвер- 20 1К он удалилс  внутрь от линии круга на 2,0 см, то кольцеобразный ролик интегратора будет протолкнут (прокручрн ) на величину, пропорциональную сумме квадратов всех отклонений 25 от средней арифметической величины, умноженной на 2.

,,ЯГло,Ог2,оЪ,9В5 1Я55/ИА«

Результат этот может быть зафиксирован на счетчике как 9,55 оборота или просто отсчетом 955.

По этому отсчету можно найти среднюю квадратичную погрешность

/7

„-.Wagfl.,„,,„„,

при табличном способе обработки (.табл.2)

Таблица 2.

-±,Ъмк

п-1

Интегратор позвол ет повысить производительнос1:ь труда при обработке круговых диаграмм, причем при вычислени х среднего арифметического значени  и средней квадратической погрешности из-за отсутстви  специальных вычислительных устройств дости- гаетс  многократное повышение производительности труда.

Предлагаемый интегратором можно обрабатывать круговые диаграммыдл  получени  трех показателей: площади; контура, средней арифметической величины и средней квадратической погрешности .

9 1Z

W 73 8 7 f7 fS

ъ

j- I 1 птг|| Ци

N V

ff2S 9 f ff 2f г /J

А-А

«па ажмма

7ff f.

Фг/г.

28

f4

fj

Фиг. 3

Claims (1)

1. , МЕХАНИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР, содержащий корпус, снабженный направ- ляющими, ведущий фрикцион, который размещен в корпусе и выполнен в виде конуса с прямолинейной образующей и эластичным покрытием поверхности, · ведомый фрикцион, который укреплен в подвижно установленной в направляющих корпуса каретке и выполнен в виде подпружиненного кольцеобразного ролика, сопряженного внутренней круговой поверхностью с поверхностью конуса ведущего фрикциона, : счетчик оборотов, который укреплен на каретке.и кинематически соединен с зубчатым венцом кольцеобразного ролика, и элемент связи, выполненный в виде конуса с винтовым пазом ; на конической поверхности и тросиJка, половина длины которого размещена в пазу, а концы прикреплены’ соответственно к вершине и основанию конуса с винтовым пазом, от-’ дичающий с я тем,’ что/ с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения площади, сред-, него арифметического значения и средней квадратической погрешности при обработке круговых диаграмм, в него введены цилиндрическая рама, - на внутренней поверхности которой имеется направляющий паз, а внешняя поверхность вьт'олнена в виде зубчатой рейки, сектор с направляющими и двумя роликами, который подвижно установлен в пазу цилиндрической рамы, дополнительный, тросик, огибаю· щий ролики сектора, обводной рычаг, который подвижно размещен в направляющих сектора и снабжен на торце защелкой, скрепленной с дополнительным тросиком*рукоятка и визир, укрепленные на конце обводного рычага, противоположном креплению защелки, зубчатая рейка, которая расположен на на обводном рычаге вдоль его длины, и две шестерни, насаженные соответственно на валы конусов ведущего фрикциона и элемента связи и сцепленные с зубчатыми рейками на раме и обводном рычаге, на корпусе закреплены ролики, на которых размещена вторая половина тросика элемента, связи с возможностью скрепления с кареткой, к которой постоянно прикреплен дополнительный тросик.