STAND FOR DETERMINING MASS AND COORDINATES OF CENTRE OF MASS OF ARTICLE
СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ И КООРДИНАТ ЦЕНТРА МАСС ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к области измерений массовых характеристик изделий авиационной и космической областей машиностроения.
Из уровня техники известно устройство (заявка RU №2009148994 А), на котором координаты центра масс изделия определяются по показаниям тензодатчиков, закрепленных на грузовой платформе или непосредственно на теле изделия. Для измерения вертикальной координаты на таком устройстве необходимо переустановить изделие с поворотом на угол 90° вокруг продольной оси, что приведет к увеличению трудоемкости процесса измерения.
Также известен стенд (патент RU №2313775 С1) для определения положения центра масс, недостатком которого является необходимость поворота изделия на угол 90° для получения значения третьей координаты, что приводит к сужению области применения данной конструкции в случае недопустимости поворота изделия на такой угол.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является стенд для измерения массы, координат центра масс и тензора инерции изделия (патент RU №2368880 С1). Устройство содержит раму, к которой крепится изделие, динамометры, датчики, пружины, станину, динамометрическую платформу с установленным на ней узлом поворота рамы, ось которого соединена с датчиком угла, устройством задания колебаний, состоящим из подвижных внутренней, внешней и нижней рам. Динамометрическая платформа посредством четырех вертикальных и двух горизонтальных динамометров соединена с внутренней рамой устройства задания колебаний. Внутренняя, внешняя и нижняя рамы соединены между собой и станиной шарнирами, установленными на кронштейнах, и системой горизонтальных пружин, соединенных с рамами при помощи консолей. При этом оси пар шарниров соединены с осями датчиков угла и ориентированы вдоль ортогональных координатных осей OX, OY, OZ, а оси пружин соответствующей рамы развернуты на 90° относительно осей шарниров. Три независимые колебательные системы стенда позволяют задавать колебание изделию по трем взаимно перпендикулярным осям, а наличие динамометрической платформы - измерять моменты, действующие на изделие относительно трех осей. Собственные частоты колебаний, начальные отклонения колебательных систем от положения равновесия и величины моментов входят в виде простых зависимостей в уравнения измерения и полностью определяют тензор инерции изделия. Технический результат заключается в возможности проведения измерений параметров изделия на стенде, не прибегая к повороту его на угол 90°, исключая рассогласование осей координат, и повышении точности и достоверности измерений.
Стенд имеет два режима измерений: статический и динамический. Так как тензор инерции определять в нашем случае нет необходимости, рассмотрим подробнее статический режим.
В статическом режиме измеряются масса и координаты центра масс изделия. При помощи динамометрической платформы измеряются три составляющих момента вдоль соответствующих осей и общая масса. При измерении вертикальной координаты предлагается поворачивать изделие на некоторый допустимый угол при помощи узла поворота и одновременным измерением этого угла датчиком угла.
Описанный способ принят за прототип изобретения.
Одним из недостатков данного устройства является отсутствие регулировки размеров динамометрического стола в зависимости от габаритных размеров измеряемого изделия.
Кроме того, динамометрическая платформа устанавливается на четыре вертикальных и два горизонтальных динамометра, что вносит большую долю погрешности в результат измерений по сравнению с использованием меньшего количества динамометрических устройств.
Также выше рассмотренная конструкция не позволяет быстро развернуть стенд для выполнения измерений и хранить его в компактном виде из-за больших габаритных размеров в случае использования стенда для измерений крупногабаритных изделий большой массы.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключаются в достижении высокой точности измерения массы и положения центра масс, возможности регулировки стола стенда под габаритные размеры измеряемых изделий и возможности быстрого развертывания и хранения в компактном виде.
Поставленная задача решается за счет того, что в стенде для измерения массы и координат центра масс, содержащем стол, установочные сферические опоры, поворотные опоры со сферическими пальцами, датчики угла, стойки с платформенными весами, поворотные опоры со сферическими пальцами, датчики угла, согласно изобретению стол опирается на опоры стоек с платформенными весами, причем есть возможность регулировки положения одной опоры стоек с платформенными весами относительно стола стенда, а установочные сферические опоры, в зависимости от длины измеряемого изделия, установлены с возможностью изменения положения на длинной ветви стола и определения на основании их положения координат центра масс изделия, при этом стол имеет возможность быстрого демонтажа с опор с платформенными весами при установке стенда на хранение.
Достигаемый технический результат заключается в использовании всего трех стоек с платформенными весами, что приводит к увеличению точности измерений, возможности регулировки размеров стола стенда перестановкой опор под требуемый размер, возможности хранения стенда в разобранном виде и непродолжительной подготовки стенда к работе.
Изобретение поясняется чертежом, который не охватывает и тем более не ограничивает весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Стенд состоит из стола 1, снабженного тремя установочными сферическими опорами 2. Положение сферической опоры 2 на длинной ветви стола 1 можно менять в зависимости от длины измеряемого изделия. На столе 1 закреплены поворотные опоры 3 и 4, содержащие поворотные устройства с электроприводами.
При координации и установке изделия на стенде в гнезда поворотных опор 3, 4 устанавливают сферические пальцы 5. Сферические пальцы 5 предназначены для установки в гнезда, при измерении их координат лазерной координатно-измерительной системой.
Фиксация поворотных опор 3, 4 в крайних положениях при повороте на заданный угол осуществляется электрической блокировкой с отключением электропривода или механическим упором при отказе предыдущей. Значение угла наклона определяется датчиком угла 7, встроенным в поворотную опору 3, 4.
Поворотная опора 4 является подводимой и имеет возможность перемещаться вдоль длинной ветви стола 1 с последующей фиксацией на заданном расстоянии.
Координаты сферических опор 2 определяются лазерной координатно-измерительной системой.
Координаты определяются с погрешностью от 30 до 40 мкм, вносятся в базу данных компьютера и используются при вычислении координат центра масс изделия.
Стойки с платформенными весами 6 предназначены для взвешивания изделия и определения сил реакций, действующих на опоры. Стойка с платформенными весами 6 имеет основание с опорами и поворотные колеса для перемещения ее по полу, имеет возможность регулировки по высоте.
Для определения трех координат центра масс изделие устанавливается в горизонтальном положении и взвешивается на трех высокоточных весах, установленных в стойках с платформенными весами 6. Координаты центра масс (x, y) рассчитываются относительно начала координат на основании теоремы о сложении двух параллельных сил, направленных в одну сторону. Для определения координаты по оси z изделие поворачивается на допустимый угол поворотом опор 3, 4 в автоматическом режиме и повторяются процедуры взвешивания и расчета.
На поворотные опоры 3, 4 устанавливается и закрепляется оснастка для закрепления измеряемого изделия.
Стенд для измерения массы и координат центра масс управляется с помощью компьютера и работает в режимах:
- одновременный подъем (опускание) трех весов, установленных в стойки;
- расчет массы изделия;
- поворот изделия на угол на допустимый угол;
- расчет трех координат центра масс.
При хранении стол 1 демонтируется со стоек с платформенными весами 6 и упаковывается в тару.
Таким образом, заявленная конструкция стенда позволяет выполнять измерение массы и положения центра масс с высокой точностью, возможностью регулировки стола стенда под габаритные размеры измеряемых изделий и быстрого развертывания и хранения в компактном виде.