Устройство для определения положения центра масс и моментов инерции объектов
DEVICE FOR DETERMINING POSITION OF THE CENTER OF MASS AND MOMENTS OF INERTIA OF OBJECTS

Изобретение относится к области статической или динамической балансировки машин и конструкций, в частности может быть использовано для определения моментов инерции и положения центра масс объектов.
Известен прибор для определения момента инерции объектов и положения центра масс (Space Electronics KSR, http://blms.ru/opredelenie-momenta-inercii), представляющий собой перевернутый крутильный маятник и содержащий станину, рабочий стол, установленный на газостатическом поворотном шпинделе и торсион. Работа устройства основана на измерении периода колебаний рабочего стола с установленным на нем объектом.
Недостатком такого устройства является сложность конструкции.
Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения положения центра масс и моментов инерции объектов, содержащем станину, шпиндель с рабочим столом и торсион, шпиндель выполнен в виде вала с двумя консольными шипами, имеющего в верхней части рабочий стол, а в нижней части узел крепления торсиона, на станине установлены два радиальных подшипника качения и узел крепления торсиона, расположенный вблизи верхнего подшипника, шипы установлены в подшипниках станины с возможностью осевого перемещения, торсион выполнен в виде стержня и прикреплен верхним концом к станине, а нижним к валу, причем шипы вала, подшипники станины и торсион расположены соосно.
Устройство показано на фиг. 1. На фиг. 2 показан вид А с фиг. 1.
На станине 1 установлены верхний 2 и нижний 3 подшипники качения, расположенные соосно. Под подшипником 2 установлен узел 4 крепления торсиона 5. На валу 6 установлены верхний 7 и нижний 8 шипы. В верхней части шип 8 имеет узел крепления 9 торсиона 5. В верхней части вал 6 имеет рабочий стол 10 с координатными отверстиями для установки объекта 11. Станина 1 имеет регулируемые винтовые опоры 12. На рабочем столе 10 установлена стрелка 13, а на станине датчик 14 положения равновесия рабочего стола 10.
Вал 6 висит на торсионе 5, а подшипники 2 и 3, задающие ось вращения вала 6 воспринимают радиальную нагрузку, обусловленную несовпадением общего центра масс вала 6, рабочего стола 10 и объекта 11 с осью вращения вала 6.
Поскольку радиальная нагрузка на подшипники 2 и 3 определяет момент сопротивления вращению вала 6, для ее уменьшения расстояние (Н) между подшипниками 2 и 3 задано существенно большим отклонения (А) общего центра масс от оси вращения вала 6.
С целью уменьшения сопротивления вращению в устройстве используются коррозионно-стойкие подшипники без смазки.
Устройство работает следующим образом.
Рабочий стол 10 отклоняется от положения равновесия и отпускается. Под воздействием торсиона 5 вал 6 с рабочим столом 10 и объектом 11 совершает крутильные колебания. Момент прохождения рабочего стола 10 через положение равновесия фиксируется датчиком 14 при прохождении над ним стрелки 13.
Через период колебаний и крутильную жесткость вычисляется момент инерции колебательной системы. При смещении объекта по осям X и Y (фиг. 2) момент инерции колебательной системы изменяется и, соответственно, изменится период колебаний. После трех измерений: начальное положение объекта 11, смещенное по оси X и смещенное по оси Y, вычисляются координаты центра масс объекта (по теореме Штейнера). Также необходимо провести измерение периода колебаний для пустого рабочего стола 10, что позволит вычислить момент инерции объекта 11 относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс.
Высота центра масс объекта (координата Z) определяется при таком положении объекта 11 на рабочем столе 10, когда координата Z объекта 11 направлена по оси Y (или X) рабочего стола 10.
Крутильная жесткость колебательной системы определяется путем проведения измерений для объекта (эталона) с известной массой и координатами центра, например, диска.
Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию устройства для определения положения центра масс и моментов инерции объектов.