SU972329A1

SU972329A1 - Torsion pendulum

Info

Publication number: SU972329A1
Application number: SU813289451A
Authority: SU
Inventors: Виктор Александрович Гречишкин; Виталий Григорьевич Шаталов; Валентин Кузьмич Алтухов; Любовь Алексеевна Квачева
Priority date: 1981-05-25
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-11-07

Description

(54) КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК(54) TORQUE PENDULUM

Изобретение относитс к технике определени в зкоупругих свойств материалов методом крутильного ма тника и может быть применено в химической, радиотехнической , машиностроительной, авиационной и других отрасл х промышленности. Известно устройство дл определени в зкоупругих свойств материала. Основным конструктивным элементом его вл етс упругий элемент, выполненный в виде жесткого торсиона, к которому крепитс исследуемый образец 1. К недостаткам данного устройства можно отнести понижение точности измерений по причине потери упругих свойств торсиона с течением времени. Наиболее близким к предлагаемому вл етс крутильный ма тник, содержащий упругий элемент, соединенный с инерционным элементом,демпфирующий узел и блок обработки информации. Упругий элемент выполнен в виде системы, состо щей из радиально намагниченного магнита и электромагнитов посто нного тока, сердечники которых расположены против полюсов радиально намагниченного магнита противоположными полюсами, при этом радиально намагниченный магнит подвешен на неупругой нити в точке, лежащей на оси последнего , совпадающей с осью нити, а к нижнему торцу магнита прикреплен ферромагнитный стержень с инерционным элементом , геометрические оси которых совпадают с ос ми магнита и нити. Демпфирующий узел ферромагнитного стержн выполнен в виде магнитного подшипника с электромагнитами переменного тока. Указанный упругий элемент практически представл ет собой магнитную муфту с регулируемой магнитной св зью, что практически , позвол ет проводить исследование любых образцов (волокон, пленок, полосок), вплоть до их в зкотекучего состо ни 2. Недостатком известного устройства вл етс относительно высока рабоча низка частота (до 10 Гц), что не позвол ет исследовать релаксационные процессы, например эластомеров, где необходимы более низкие рабочие частоты (до ). Относительно высока рабоча низка частота известного устройства обусловлена тем, что ослабление магнитной св зи в упругом элементе (что будет соответствовать тонкому торсиону) нельз производить доThe invention relates to a technique for determining the viscoelastic properties of materials by the method of a torsion rod and can be applied in the chemical, radio engineering, mechanical engineering, aviation and other industries. A device for determining the viscoelastic properties of a material is known. The main structural element of it is an elastic element, made in the form of a rigid torsion, to which the test sample 1 is attached. The disadvantages of this device include a decrease in measurement accuracy due to the loss of the elastic properties of the torsion over time. Closest to the present invention is a torsion head containing an elastic element connected to an inertial element, a damping unit and an information processing unit. The elastic element is designed as a system consisting of a radially magnetized magnet and electromagnets of direct current, the cores of which are located opposite the poles of the radially magnetized magnet opposite poles, while the radially magnetized magnet is suspended on an inelastic filament at a point lying on the axis of the latter coinciding with the axis a yarn, and a ferromagnetic rod with an inertial element, whose geometrical axes coincide with the axes of the magnet and the yarn, is attached to the bottom end of the magnet. The damping unit of the ferromagnetic rod is made in the form of a magnetic bearing with alternating current electromagnets. Said elastic element is practically a magnetic coupling with adjustable magnetic coupling, which practically allows the examination of any samples (fibers, films, strips), up to their flowing state 2. A disadvantage of the known device is relatively high working low. frequency (up to 10 Hz), which does not allow to investigate relaxation processes, for example, elastomers, where lower operating frequencies (up to) are necessary. The relatively high operating low frequency of the known device is due to the fact that the weakening of the magnetic coupling in an elastic element (which will correspond to a thin torsion) cannot be produced until

бесконечности, так как упруга энерги , т. е величина противодействующего момента должна быть достаточной дл создани режима свободных колебаний.infinity, since the elastic energy, i.e., the magnitude of the opposing moment must be sufficient to create a regime of free oscillations.

Цель изобретени - расширение диапазона измерений.The purpose of the invention is to expand the measurement range.

Поставленна цель достигаетс тем, что крутильный ма тник, содержащий упругий элемент, выполненный в виде радиально намагниченного магнита, а также электромагнитов посто нного тока с сердечниками и соединенный с инерционным элементом , демпфирующий узел и первый фотопреобразователь , снабжен реверсивным двигателем с редуктором, кронштейном, переключателем и вторым фотопреобразователем , причем ось реверсивного двигател соединена с электромагнитом посто нного тока посредством кронштейна, переключатель св зан с реверсивным двигателем, а его подвиж.на часть - с инерционным элементом , при этом оптическа шторка второго фотопреобразовател жестко соединена с осью редуктора.The goal is achieved by the fact that a torsion peak containing an elastic element made in the form of a radially magnetised magnet, as well as DC electromagnets with cores and connected to an inertial element, the damping unit and the first phototransducer are equipped with a reversible motor with a gearbox, a bracket, a switch and a second phototransducer, the reversing motor axis being connected to the DC solenoid by means of a bracket, the switch being connected to the reversing motor STUDIO and its podvizh.na part - the inertial element, wherein the second optical shutter phototransformator rigidly connected to the gear axis.

На чертеже показана конструкци предлагаемого крутильного .ма тника.The drawing shows the structure of the proposed torsion.

Крутильный ма тник содержит радиаль но намагниченный магнит 1, к нижнему торцу которого прикреплен ферромагнитный стержень 2 с инерционным элементом 3. Стержень проходит через отверсти двух тороидальных электромагнитов, состо щих из сердечников 4 и катушек 5, образующих ортогональный магнитный подшипник пере.менного тока.The torsional frame contains a radially magnetised magnet 1, to the lower end of which is attached a ferromagnetic rod 2 with an inertial element 3. The rod passes through the apertures of two toroidal electromagnets consisting of cores 4 and coils 5 forming an orthogonal magnetic bearing of an alternating current.

К нижнему концу стержн 2 1рикреплен подвижный зажим 6 измер емого образца 7, закрепленного нижним концом в неподвижный зажим 8. Система, состо ща из радиальногго намагниченного магнита 1, ферромагнитного стержн 2 и инерционного элемента 3, подвешена на неупругой нити 9.A movable clamp 6 of the sample to be measured 7 fixed to the fixed end 8 is attached to the lower end of the rod 2. A system consisting of a radially magnetized magnet 1, a ferromagnetic rod 2 and an inertial element 3 is suspended on an inelastic filament 9.

11ротив полюсов радиально намагничен1ЮГО магнита 1 находи с сердечники электромагнитов 10 посто нного тока, запитываемых посто нным напр жением. Электромагниты 10 жестко прикреплены к оси 11 редуктора 12 при помощи кронштейнов 13. Редуктор 12 приводитс в движение реверсивным двигателем 14, реверсирование которого осуществл етс переключателем, состо щим из контактов 15 и 16, и подвижной части (рычагом 17) прикрепленной к инерционному элементу 3.11 opposite the poles of the radially magnetized SOFT magnet 1 are located from the cores of the electromagnets 10 direct current, powered by a constant voltage. The electromagnets 10 are rigidly attached to the axis 11 of the gearbox 12 using brackets 13. The gearbox 12 is driven by a reversing motor 14, reversed by a switch consisting of contacts 15 and 16, and a movable part (lever 17) attached to the inertia element 3.

Крутильный ма тник содержит также основной фотопреобразователь, включающий первый источник 18 света. Первый фотоириемник 19 и первую оптическую шторку 20 и дополнительный фотопреобразователь , содержащий второй источник 21 света. второй фотоприемник 22, и вторую оптическую шторку 23, жестко соединенную с осью редуктора 11 через кронштейны 24The torsional frame also contains a main photoconverter, which includes the first source 18 of light. The first photo receiver 19 and the first optical shutter 20 and an additional phototransducer containing the second source 21 of light. the second photodetector 22, and the second optical shutter 23, rigidly connected to the axis of the gear 11 through the brackets 24

и 13. Допускаетс и пр мое крепление шторки 23 к оси 11 редуктора 12. Центрирование оси редуктора производитс при помощи подшипника 25. Данный крутильный ма тник работает в двух режимах - режиме свободных колебаний и в режиме вынужденных колебаний от электродвигател .and 13. Allowed and direct fastening of the shutter 23 to the axis 11 of the gearbox 12. The axis of the gearbox is centered using the bearing 25. This torsion pattern works in two modes - free oscillation mode and forced oscillation mode from the electric motor.

Работа устройства в режиме свободных колебаний происходит точно так же, как и в устройстве-прототипе. В даном режиме двигатель 14 не запитываетс , а съем информации производитс с основного фотопреобразовател (18-20).The operation of the device in the mode of free oscillations is exactly the same as in the device prototype. In this mode, the engine 14 is not powered, and the information is retrieved from the main converter (18-20).

Работа крутильного ма тника в режиме вынужденных колебаний происходит следующим образом.The operation of the torsion tambour in the mode of forced oscillations occurs as follows.

При подаче напр жени возбуждени на статорную обмотку реверсивного двигател 14 он начинает вращатьс в одну из сторон. Вращающий момент через редуктор 12 передаетс электромагнитом 10 и, благодар наличию магнитной св зи - радиально намагниченному магниту 1, стержню 2 и образцу 7. Выбором посто нного напр жени устанавливаетс оптимальна магнитна св зь в зависи.мости от физического состо ни образца 7 (стеклообразное, высокоэластическое , в зкотекучее).When the excitation voltage is applied to the stator winding of the reversing motor 14, it begins to rotate to one side. The torque is transmitted through the gearbox 12 by the electromagnet 10 and, due to the presence of the magnetic coupling, to the radially magnetised magnet 1, the rod 2 and the sample 7. By selecting a constant voltage, the optimum magnetic coupling is established depending on the physical state of the sample 7 (glassy, highly elastic, in flowing).

Начало колебаний регистрируетс дополнительным фотоэлектрическим преобразователем (21, 22, 23).The onset of oscillations is recorded by an additional photoelectric converter (21, 22, 23).

Через определенный промежуток времени , обусловленный физико-механическими характеристиками образца 7, начинает вращение радиально намагниченный магнит 1, стержень 2 и образец 7. Это фиксируетс основным фотопреобразователем (18-20).After a certain period of time, due to the physicomechanical characteristics of sample 7, the rotation begins with a radially magnetized magnet 1, rod 2 and sample 7. This is fixed by the main photovoltage transducer (18-20).

При закрутке образца на определенный угол, заданный заранее рассто ни ми между контактами 15 и 16, подвижна часть 17 замыкает один из контактов и происходит реверсирование вращени двигател 14, а, следовательно, и магнита 1, стержн 2 и образца 7. О свойствах образца суд т по сдвигу фаз между вращением электромагнитов 10 и магнита 1.When the sample is twisted to a certain angle, predetermined by the distance between the contacts 15 and 16, the movable part 17 closes one of the contacts and reverses the rotation of the engine 14, and, consequently, the magnet 1, rod 2 and sample 7. About the properties of the sample t on the phase shift between the rotation of the electromagnets 10 and the magnet 1.

Таким образом, предлагаемый крутильный .ма тник выгодно отличаетс от устройства-прототипа , так как помимо работы в режиме свободных колебаний (до ), он позвол ет вести исследовани и в режиме вынужденных колебаний (до ) и ниже, что особенно важно дл эластомеров, исследовани которых при таких периодах деформировани практически не возможно проводить на существующей аппаратуре.Thus, the proposed torsion bar differs favorably from the prototype device, since in addition to operating in the free oscillation mode (up to), it also allows conducting research in the forced oscillation mode (up to) and below, which is especially important for elastomers, which during such periods of deformation is practically impossible to carry out on existing equipment.

Claims

1. US patent number 4003247, cl. G 01 N 3/32, 1978.

2. USSR author's certificate for application number 2799254/25, cl. G 01 N 11/16, 1980 (prototype).