SU1645984A1

SU1645984A1 - Installation for studying dynamics of mechanisms

Info

Publication number: SU1645984A1
Application number: SU894633943A
Authority: SU
Inventors: Эрнст Александрович Келлер; Аркадий Аркадьевич Светлаков; Владислав Леонидович Андреев
Original assignee: Пермский политехнический институт
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1991-04-30

Abstract

Изобретение относитс к учебным установкам по динамике механизмов, в частности к приборам дл изучени динамического гашени колебаний в курсе теории механизмов и машин в технических вузах. Целью изобретени вл етс расширение демонстрационных возможностей путем переноса динамических колебаний в разные плоскости. Учебна установка содержит неподвижное основание со стойкой, криво- шипно-ползунный механизм с коленчатым валом, установленный в корпусе, противовесы , установленные на коленчатом валу, упругие элементы, св зывающие корпус механизма со стойкой, привод механизма, средство дл регистрации динамических характеристик механизма, выполненное в виде двух или трех однокомпонентных вибродатчиков, св занных с виброизмерительным прибором. На коленчатом валу со стороны привода установлена чашка с радиальными направл ющими с возможностью поворота вокруг него и фиксации ее поворота при помощи стопорного винта. Внутри чашки расположен противовес, закрепленный на радиальной направл ющей и поджатый пружиной. 1 з.п ф-лы, 5 ил. (Л СThe invention relates to educational installations on the dynamics of mechanisms, in particular to devices for studying dynamic damping of oscillations in the course of the theory of mechanisms and machines in technical colleges. The aim of the invention is to expand the demonstration capabilities by transferring dynamic oscillations in different planes. The training installation contains a fixed base with a stand, a crank-and-slide mechanism with a crankshaft mounted in the housing, counterweights mounted on the crankshaft, elastic elements connecting the mechanism housing with the stand, a drive of the mechanism, means for recording the dynamic characteristics of the mechanism, made in the form of two or three one-component vibration sensors associated with a vibration measuring device. A cup with radial guides is installed on the crankshaft on the drive side so that it can be rotated around it and fixed its rotation with the help of a locking screw. Inside the cup is a counterweight mounted on a radial guide and spring preloaded. 1 z.p f-ly, 5 ill. (Ls

Description

Изобретение относитс к учебным установкам по динамике механизмов, в частности к приборам дл изучени динамического гашени колебаний в курсе теории механизмов и машин в технических вузах.The invention relates to educational installations on the dynamics of mechanisms, in particular to devices for studying dynamic damping of oscillations in the course of the theory of mechanisms and machines in technical colleges.

Целью изобретени вл етс расширение демонстрационных возможностей путем переноса динамических колебаний в разные плоскости.The aim of the invention is to expand the demonstration capabilities by transferring dynamic oscillations in different planes.

На фиг. 1 изображена установка; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - различные схемы кривошипно-ползунного механизма.FIG. 1 shows the installation; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 shows the node I in FIG. 2; in fig. 4 and 5 - various schemes of the crank-slider mechanism.

Учебна установка по динамике механизмов включает неподвижное основание 1 со стойкой 2, кривошипно-ползунный механизм 3 с коленчатым валом 4, шатуном и ползуном, установленный в корпусе 5, противовесы 6, выполн ющие Функции основного противовеса,The training unit on the dynamics of the mechanisms includes a fixed base 1 with a stand 2, a crank-slider mechanism 3 with a crankshaft 4, a connecting rod and a slider mounted in the housing 5, counterweights 6, performing the functions of the main counterweight,

установленные на коленчатом валу, упругие элементы (стержни) 7, 8, 9,10, св зывающие корпус 5 со стойкой 2,привод в виде электродвигател 11 с упругой муфтой 12, средство дл регистрации динамических характеристик, выполненное в виде трех однокомпонентных вибродатчиков 13, 14, 15, св занных с виброизмерительным прибором (HP показан) и установленных в плоскости движени звеньев кривошипноползун- ного механизма. При зтом ось чувствительности первого вибродатчика 13 совпадает с осью Z ползуна, ось второго вибродатчика 14 перпендикул рна первой (ось Y) и пересекает ось X коленчатого вала 4 в точке О, а ось третьего вибродатчика 15 параллельна оси Z и смещена на рассто ние I по отношению к ней.mounted on the crankshaft, elastic elements (rods) 7, 8, 9, 10, connecting the housing 5 with the stand 2, the drive in the form of an electric motor 11 with the elastic coupling 12, means for recording the dynamic characteristics, made in the form of three single-component vibration sensors 13, 14, 15 associated with a vibration measuring device (HP shown) and mounted in the plane of motion of the crank link mechanism. In this case, the sensitivity axis of the first vibration sensor 13 coincides with the Z axis of the slider, the axis of the second vibration sensor 14 is perpendicular to the first (Y axis) and intersects the X axis of the crankshaft 4 at point O, and the axis of the third vibration sensor 15 is parallel to the Z axis and shifted by distance I along towards her.

Упругие элементы 7, 8, 9, 10 выполнены в виде четырех горитоитально устаноаленОThe elastic elements 7, 8, 9, 10 are made in the form of four horizontally installed

ЈьЈ

СПSP

оabout

0000

ЈьЈ

ных стержней, попарно симметричных относительно вертикальной XOZ и горизонтальной XOY плоскостей, жестко закрепленных одним концом в стойке 2, а другим - в хомуте 16 корпуса 5.rods, pairwise symmetrical with respect to the vertical XOZ and horizontal XOY planes, rigidly fixed at one end in a rack 2 and the other in the collar 16 of the housing 5.

На коленчатом валу 4 установлена чашка 17 с возможностью поворота вокруг него и фиксации ее поворота при помощи стопорного винта 18. Внутри чашки 17 расположен противовес 19, выполн ющий функции дополнительного противовеса, закрепленный в установочных пазах радиальной направл ющей 20 и поджатый пружиной 21. Дл уравновешивани масс направл ющей 20 и пружины 21 с противоположной стороны коленчатого вала 4 размещена аналогична направл юща 22 с пружиной 23.On the crankshaft 4, the cup 17 is installed with the possibility of turning around it and fixing its rotation with the help of the locking screw 18. Inside the cup 17 there is a counterweight 19, performing the functions of an additional counterweight fixed in the mounting grooves of the radial guide 20 and preloaded by spring 21. the mass of the guide 20 and the spring 21 on the opposite side of the crankshaft 4 is placed similar to the guide 22 with the spring 23.

Установка работает следующим образом .The installation works as follows.

Электродвигатель 11 через упругую муфту 12 приводит во вращение коленчатый вал 4. При движении звеньев кривошипно- ползунного механизма возникают центробежна сила инерции от полной вращающейс массы механизма ть и неуравновешенна сила инерции от полной поступательно движущейс массы маханизма rrv. Перва сила, приложенна в точке В, и втора - п точке С определ ютс по формуламThe electric motor 11, through the elastic coupling 12, rotates the crankshaft 4. When the crank-slider mechanism moves, the centrifugal inertia force from the full rotating mass of the mechanism and the unbalanced inertia force from the full translational mass of the machinism rrv arise. The first force applied at point B and the second - n point C are determined by the formulas

Риь - лпь а гRi - lp a g

Рис - гпс аг,(1)Rice - gps ag, (1)

где ть,- полна вращающа с мэсса. сосредоточенна в точке В;where th is a complete rotating mass. concentrated at point B;

гпс - полна поступательно движуща с масса, сосредоточенна в точке С;gps - full progressively moving mass, concentrated at point C;

ft)- углова скорость вращени коленчатого вала;ft) is the angular velocity of rotation of the crankshaft;

7 - радиус-вектор точки В (г - радиус кривошипа);7 is the radius vector of the point B (r is the radius of the crank);

ас вектор ускорени точки С.ac vector of acceleration point C.

Приведенные массы механизма, сосредоточенные в точках В и С, определ ютс соотношени ми (2, 3)The reduced masses of the mechanism, concentrated at points B and C, are determined by the relations (2, 3)

ть mi(ASi/r) + ту (1с52/ вс),mi (ASi / r) + that (1c52 / sun),

где mi - масса кривошипа;where mi is the crank mass;

та - масса шатуна;that is the mass of the connecting rod;

1д51 - рассто ние от центра масс кривошипа до его оси вращени ;1D51 is the distance from the center of mass of the crank to its axis of rotation;

lc$2 рассто ние от центра масс шатуна до точки С;lc $ 2 is the distance from the center of mass of the connecting rod to point C;

IBC - длина шатуна;IBC - connecting rod length;

тс - т2(1в52/1вс) + тз,ts - t2 (1b52 / 1vs) + tz,

где 1в$2 - рассто ние от центра масс шатуна до точки В,where 1c $ 2 is the distance from the center of mass of the connecting rod to point B,

тз - масса ползунаtz - mass of the ram

Дл уравновешивани сипы инерции полной вращающейс массы применены противовесы 6, расположенные на продолжении кривошипа АВ. Дл этого должно быть выполнено условиеIn order to balance the inertia vortex of the full rotating mass, counterweights 6 are used, located on the extension of the crank AB. To do this, the condition must be met.

10ten

m ni г m m в г,m ni g m m in g

(4)(four)

где mni - масса основного противовеса;where mni is the mass of the main counterweight;

ггм - рассто ние от оси вращени кривошипа до центра масс основного противовеса .yym is the distance from the axis of rotation of the crank to the center of mass of the main counterweight.

Сила инерции, создаваема полной массой тс, ограничива сь гармоникой разложени в р д Фурье (1), равнаThe inertia force created by the total mass of the vehicle, limited by the harmonic of the decomposition in the Fourier series (1), is equal to

2020

Рис - глс ас - me r (it2 cos p .Figure - GLS AC - me r (it2 cos p.

(5)(five)

где р - угол поворота кривошипа.where p is the angle of rotation of the crank.

С помощью дополнительного противовеса 19 можно управл ть степенью неуравновешенности по координатным ос м х и Y. Если дополнительный противовес 19от- сутствует(фиг. 4), то сила инерции Рис вызывает только вертикальные колебани With the help of an additional counterweight 19, it is possible to control the degree of imbalance in the coordinate axes x and Y. If the additional counterweight 19 is absent (Fig. 4), the inertia force Rice causes only vertical oscillations

корпуса, амплитуды которых регистрируютс датчиком 13 или 15. При установке дополнительного противовеса массой тП2 на радиальной направл ющей 20 при условии, что (фиг. 5) илиhousing, the amplitudes of which are recorded by the sensor 13 or 15. When installing an additional counterweight with the mass TP2 on the radial guide 20, provided that (Fig. 5) or

тс г ш cos р - Q cos p ts g w cos p - Q cos p

(б)(b)

тП2 Ш ГП2 , TP2 W GP2,

4040

вертикально действующа сила инерции Рис будет полностью уравновешена. Однако при этом возникает неуравновешенна сила 02 тП2 ш2 гП2 cos f, котора вызывает коле45 бани корпуса механизма вдоль оси Y с аналогичной предыдущему случаю амплитудой, т.е. установка дополнительного противовеса позвол ет перенести действие силы инерции из вертикальной плоскости в гори5Q зонтальную. Колебани корпуса вдоль оси Y регистрируютс датчиком 14. Масса дополнительного противовеса . установленного на рассто нии гП2 от оси X, в общем случае выбираетс согласно соотношениюvertically acting inertia force Rice will be fully balanced. However, this results in an unbalanced force 02 TP2 W2 hP2 cos f, which causes the body of the mechanism housing along the Y axis to have an amplitude similar to the previous case, i.e. Installing an additional counterweight allows you to transfer the effect of inertia from a vertical plane into horizontal 5Q. Housing oscillations along the Y axis are recorded by the sensor 14. The mass of the additional counterweight. installed at a distance hp2 from the x-axis, it is generally selected according to the ratio

5555

тп2 тсtp2 ts

Гп2Gp2

к,to,

(7)(7)

где К - коэффициент переноса. Устанавлива дополнительные противовесы различной массы, осуществл ют различную степень переноса силы инерции, определ емую по показани м датчиков 13 и 14.where K is the transfer coefficient. By installing additional counterweights of different weights, a different degree of inertial force transfer determined by the indications of sensors 13 and 14 is carried out.

Одновременно возникает неуравновешенный момент Ми от сил инерции, обусловленный неравномерностью вращени коленчатого вала, переменный по величине и направленный по оси X (фиг. 4). Реактивный момент, равный этому моменту, приводит к угловым колебани м корпуса механизма вокруг оси коленвала на упругих стержн х 7, 8, 9, 10, углова амплитуда tf которых регистрируетс при помощи датчиков 13, 15 по формулеAt the same time, an unbalanced Mie moment from inertia forces arises due to uneven rotation of the crankshaft, variable in magnitude and directed along the X axis (Fig. 4). A reactive moment equal to this moment leads to angular oscillations of the mechanism case around the axis of the crankshaft on elastic rods x 7, 8, 9, 10, the angular amplitude of which is recorded using sensors 13, 15 using the formula

У arctg Y arctg

(3)(3)

где аХ1 и ах2 амплитуды колебаний, замеренные соответственно датчиками 13 и 15, установленными в вертикальной плоскости (фиг. 2);where аХ1 and ах2 amplitudes of oscillations measured by sensors 13 and 15, respectively, mounted in a vertical plane (Fig. 2);

I-рассто ние между датчиками 13 и 15 Остаточный неуравновешенный ми- мент от сил инерции механизма определ етс по формулеI-distance between sensors 13 and 15 The residual unbalanced moment of inertia forces of the mechanism is determined by the formula

Ми С (р ,Mi C (p,

(9)(9)

где С - обща жесткость стержней 7-10.where C is the total stiffness of the rods 7-10.

Claims

. Invention Formula

1, Educational installation on the dynamics of mechanisms, comprising a base, an associated rack, a four-link articulated mechanism with a crankshaft and a rack-mounted drive, counterweights mounted on the crankshaft, elastic elements and means for registering the dynamic characteristics of the mechanism, characterized by in order to

expanding the demonstration capabilities by transferring dynamic oscillations in different planes, it contains a cup with radial guides and springs, installed with the possibility of a fixed rotation on the bollard, one of the counterweights is mounted in the cup on the radial guide and pressed by one of the springs; crank slider

mechanism with a connecting rod and body, the elastic elements are made in the form of four rods parallel to the axis of the drive and rigidly connected at one end with the stand, and the other with the body of the mechanism, and the means

for recording the dynamic characteristics of the mechanism, it is made in the form of two one-component vibration sensors with the ability to be connected to a vibration measuring device mounted on

the body in such a way that the sensitivity axis of the first coincides with the axis of the slider, and that of the second is perpendicular to the axis of the first and intersects the axis of the drive.

2. Installation pop 1, characterized in that, in order to register the residual unbalanced moment from inertia forces, the means for recording the dynamic characteristics of the mechanism further comprises mounted on the housing

the third vibration sensor with a sensitivity axis parallel to the axis of the first vibration sensor and shifted relative to it.

frrf

Lm

G S / SS

1

Aa

at

G Fig.

Fy

figs

Fig 5