Виброизмерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1457 О 5 В 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ. СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ ци 1 ю ельтся к измери етения - расш еВиброиэмери1, имеющий форм посадочной паве форме прямого ко сти р . При креп например с пом или мастики 3, ко образователя сты верхностью посв такой же угол кон ельный преобразователь у цилиндрического тела с хностью, выполненной в нуса, имеет угол конусноении ВИП на объекте 2, щью специального клея ическая поверхность прекуется с конической по- очного гнезда, имеющей сности,(21) 4675468 10(56) Приборы и системы для измерения вибшума и удара( Справочник под ред. В. Вева. Т.1, М.: Машиностроение, 1978, с. 60.(57) Изобретение относиной технике. Цель изобр Изобретени ной технике, а и ния вибрацион объектов, и мо виброиспытаниЦель изобр чего диапазона центра жесткос теля с его центрНа фиг,1 по теля (ВИП), уста фиг.2 и 3 - про е относится к измерительменно к средствам измереных ускорений различных жет быть использовано при ях этих объектов.етения - расширение рабочастот путем совмещения ти крепления преобразоваом масс,казана схема преобраэовановленного на объекте; на екции в плоскостях Х 02 и ние рабочего диапазона частот виброизмерительного преобразователя за счет разделения двухсвязных поперечных колебаний, которое обеспечивается совмещением центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс, Преобразователь содержит инерционный, упругий и чувствительные элементы, размещенные в корпусе, имеющем коническую посадочную поверхность. Угол конусности посадочной поверхности определяется по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил. На фиг.2 показаны составляющие вектора перемещения произвольной точки А контактного слоя в проекции на плоскость ХО 2; на фиг,3 показаны составляющие вектора реакции контактного слоя. действующие в произвольной точке А в проекции на плоскость УОХ .Преобразователь работает следующим образом.Вибрационные движения объекта 2 через упругий контактный слой 3 передаются виброизмерительному преобразователю 1, При этом суммарные статические моменты реакций контактного слоя при перемещении ВИП в направлении оси У (фиг,1) всегда равны нулю в силу осесимметричности ВИП относительно этой оси. Моменты реакций контактного слоя относительно координатных осей при перемещении ВИП в направлении оси Х (или 2) равны нулю только в том случае, если равнодействующая реакций контактного слоя при поступательных перемещениях в направлении поперечной оси. проходит через центр масс ВИП - точку О(фиг.1). Достигаемое таким образом совмещение центра жесткости крепления ВИП с егоцентром масс является причиной двухсвязныхколебаний ВИП в поперечных направлениях,Таким образом, удается существенно расширить рабочий диапазон ВИП.Вводят, наряду с прямсугольной, сфе-.рическую систему координат(фиг.1): радиусг, направленный из точки 01 и совпадающийс образующей контактного конуса; угол долготы ф отсчитываемый в плоскости ХОЕ отоси ОХ против часовой стрелки, и угол широты а= сопм. Считают, что оси Х, У,Йсовпадают с главными центральными осямиинерции ВИП, находящегося в покое, а точка О является его центром масс, Кроме того,считают, что стык контактирующих поверхностей ВИП и обьекта моделируется условным упругим контактным слоем, без зазораприлегающим к контактирующим плоскостям и подчиняющимся закону Гука. Различают продольную Кпр и поперечную Клопжесткости упругого контактного слоя, приходящиеся на единицу площади контакта.Считают также, что малое перемещение любой точки упругого контактного слоя в продольном направлении, т.е. по нормали ккаждой элементарной площадке стыка, невызывает сдвиговых поперечных реакций, инаоборот, перемещение в поперечном направлении не вызывает реакций растяжения - сжатия в продольном направлении,Рассмотрим некоторую точку А контактного слоя с координатами г и ф, Пусть ВИПполучил малое поступательное перемещение Л Х в направлении оси Х так, что точкаА перешла в положение А" (фиг.2). Тогдавектор Л 3 перемещения точки А можнопредставить в виде суммы двух векторов,параллельных плоскости ХОЕЛй=ЛЗх+ЛЬр, . (1)где ЛЯх - проекция вектора ЛЗ на вспомогательную ось Х, лежащую в плоскости ХОЕи составляющую с осью Х угол ф:Л Зр - касательная составляющая вектора Л 3,Длина векторов ЛЗх и ЛЗрЛЯх = ЛХсоз ф, (2)ЛЯ 1=ЛХ зп, (3)Рассмотрим проекции вектора Л 5, вплоскости ХОУ, где Л Ях можно разложитьна составляющие, соответствующие продольному ЛЗпр и поперечному ЛЬ перемещению упругого контактного слоя(фиг,3)ЛЬр = ЛХ зи асоз ф, (4)ЛЬ =ЛХсозасозф, (5)Иэ фиг.2 и 3 видно, что поперечное перемещение точки А складывается иэ двух взаимно ортогональных составляющих Л Ьр и Л Зг, Тогда поперечное перемеще ние ЛЗпоп рассматриваемой точки контактного слояЛооп =(6) 10 = ЛХ зп ф+ соз а соз ф 50 ЛРх = - ЛРпр залпа - ЛРгсоза (12) Поскольку вспомогательная ось Х не является ортогональной к оси Е, то для вычисления моментов реакций контактного слоя относительно оси 2 необходимо перейти от проекций на ось Х к проекциям на ось ХЛ Рх =- ЛРх соз ф - ЛРзп ф (13) Рассмотрим теперь реакции, действующие в точке А упругого контактного слоя,соответствующие продольному ЛЯпр и попоперечному Л Ьоп перемещениям. С учетом(4)реакция в продольном направленииЛ Р,р = К,р Л Х зи а созф (7)реакции, соответствующие составляющимпоперечного перемещения ЛР и Л Рг с20 учетом(3) и(5)Л Рф = поп Л Х з и ф, (8)ЛРг = кпоп ЛХ соз асоз ф (9)По методу наклонных опор условием совмещения центра жесткости крепления25 ВИП с центром масс является равенствонулю статических моментов реакций контактного слоя относительно координатныхосей Х, У, 2, Поскольку рассматриваемыйВИП обладает осевой симметрией относи 30 тельно оси У, а следовательно, и симметрией относительно плоскости ХОУ (фиг,2),то суммарные статические моменты реакций упругого контактного слоя относительно осей Х и У равны нулю. Теперь задача35 формулируется следующим образом: необходимо найти такое значение угла р, прикотором суммарный момент реакций упругого контактного слоя относительно оси Ебыл бы равен нулю,40 На фиг.3 показаны проекции реакцийЛРпр и Л Р контактного слоя, соответствующие перемещениям ЛЪр и Л Ь. Реакция, соответствующая перемещению Л Зф,имеет направление, перпендикулярное пло 45 скости ХОУ, Найдем теперь проекции результирующего в плоскости ХОУ векторареакций,Л Р Х Оу = Л Рпр + Л Рг (10)на координатные оси У и ХЛ Р У = Л Рпр соз а - Л Рг зи а (11)С учетом (7) и (9), (8) и(12) выражения длясоставляющих реакции ЬРу и Ь Рх оконцательно запишутсяЬРх = - ЬХКпр зи а+Кпсоз а) к(22) получаем квадрмное уравнение относи 5 тельно зЬ а(16) У = - (г) - г впа где и - расстояние меж нуса и центром масс те Тогда суммарный м 2 й М )(ЬРх) =ЬХ 3 3 о о Кпоп соз а) соз ф+ Кпо гду вершиной 01 коа - точкой О.мент реакции Ь Рх формула (24) имеет а ее правая часть н а выражение, стоящ является отрицател что р =л - 2 а, по рой определяют уг Учитывая.что только тогда, когд вышает единицы, знаком корня, не и учитывая также формулу, по кото нусности ВИП ф =;рт - 2 агсап х мысл прее под ьным, лучим л коКпр 3 и а +г1 пгр 1(ь - г змпга) Ь оз г соз а+созга+1) зь а)( - "Кп Кпо(25) ЬРта Тогда суммарн ыи момент реакци вычисленный по всей площади конт М (ЛРу) =ЬХЛ(Вр - ппоп)п о о х зи асозэасозг) гг б г(1 ) = Ь Х 1 поп Й л сО 8 а (2 ККоэффициенты Кпр и Кпо, продольной и поперечной жесткости контактного. слоя являются величинами. пропорциональными соответственно модулю упругости Е и модулю сдвига 6 контактного слоя(клея или мастики).Формула изобретения Виброизмерительный преобразователь (ВИП), содержащий упругий, инерционный и чувствительный элементы, размещенные в корпусе с конической посадочной поверхностью, на которую при установке ВИП на обьекте наносится контактный слой, о т л и ч а ющ ийс я тем, что с целью увеличения рабочего диапазона частот путем совмещения центра жесткости крепления преобразователя с его центром масс, посадочная поверхность корпуса выполнена в форме неусеченного конуса, угол рконусности которого определяется по формуле 4- "-Р- - 1)зала СС 62 а)оп 19)Р 45 енты реакций М ),( ельно Оси 2 имеют ммарныемом Ь Ру) относи оложные нап лжно выполн ,"(Ь х) =М ро- льтивоп но, до вления, следося равенство)(поп Ср Кпо- 1) зи асозг аеобразовывая ( 2 ( - где = 2 й/ЗЬ;) и вводя обозначе Ь РУ - ЬХ (КпР Кпоп) зп асоз асоз У) 10 Решение уравнения(23) имеет видз)п а 1,2 =ПЛЕЧО рваКцИИ Ь Рх ОтНОСИтЕЛЬНО ОСИ 2Кдр - продольная жесткость контактного слоя на растяжение - сжатие Кюп - поперечная жесткость контактноГО Слюя на Сдвиг; Й - длина образующей конуса; Ь - расстояние от вершины конуса доцентра масс виброизмерительного преобразователя.1641457Составитель С. Юдин Редактор Н. Киштулинец Техред М,Моргентал Корректор С. Шевку Заказ 1105 Тираж 291 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5.льский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10дственн