Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf

чен емкостный датчик. В качестве измерительного* прибора Ат применяют стрелочный прибор или осциллограф.

Для формирования управляющего импульса напряжения, сов­ падающего по фазе с нулем синусоиды (см. рис. 8.16, в), можно применить формирователь, блок-схема которого показана на рис. 8.17, а. Диаграмма напряжений, изображенная на рис. 8.17, бТ поясняет физику происходящих в формирователе процессов. Для формирования импульсов, совпадающих по фазе с максимумом синусоиды (см. рис. 8.16, г) можно применить формирователь, блок-схема которого представлена на рис. 8.17, в. Фазосдвигаю­ щим устройством может быть интегрирующий каскад.

Усилитель импульсов в схеме на рис. 8.16, а является усили­ телем мощности. Мощность на выходе этого усилителя задает потребитель — импульсная лампа ИЛ. Вместо импульсной лам­ пы может быть исполнительный орган в виде лазера или мощно­ го импульсного источника световых или тепловых лучей.

Схему на рис. 8.16, а можно применять при лабораторных ис­ следованиях и для автоматизации процесса уравновешивания. Однако получить высокую точность довольно трудно из-за боль­ шого уровня помех, имеющих место в реальных условиях.

При рассмотрении этого измерительного устройства предпо­ лагалось, что ротор-— идеальная сфера с идеальной поверх­ ностью. В действительности у всех роторов будут отклонения or сферы и шероховатости обработки поверхности. Это приведет к тому, что сигнал после преобразователя будет содержать и дру­ гие гармоники, а не только основную. Поэтому измерительная схема должна содержать фильтрующее устройство, которое бы обеспечивало выделение основной гармоники.

В большинстве случаев оптимальным считается такой фильтр, который обеспечивает наибольшее отношение сигнала к помехе. Такой критерий вполне оправдан в радиоприемных устройствах. Когда же речь идет об измерении амплитуды и фазы сигнала, та к фильтру предъявляют дополнительные требования. Эти допол­ нительные требования обусловлены нестабильностью частоты измеряемого сигнала, приводящей к большим фазовым погреш­ ностям. Поэтому фильтр не должен вносить фазовых сдвигов при допустимых изменениях входного сигнала.

Как уже упоминалось, системы измерения неуравновешенно­ сти роторов могут быть без опорного сигнала и с опорным сигна­ лом, синхронным и синфазным вращению ротора. На самом ро­ торе в любом случае необходимо делать опорные отметки, позво­ ляющие определять угловую .координату неуравновешенности.

Если с ротора при помощи фотодатчика снимается опорный сигнал, то его можно использовать и для определения места не­ уравновешенности и для формирования сигнала, управляющего работой синхронного детектора.

Таким образом, избирательный фильтр измерительной систе­ мы может быть построен по двум схемам:

— по схеме с резонансными усилителями;

184

— по схеме, использующей избирательные свойства синхрон­ ного детектора.

Обе эти схемы нашли широкое применение в измерительной технике балансировочных машин и с успехом применяются для измерения неуравновешенности шаровых роторов.

И з м е р и т е л ь н а я с х е м а с р е з о н а н с н ы м

ус и л и т е л е м

Вэтой схеме (рис. 8.18) применен избирательный усилитель RC-типа.

На рис. 8.19 показана двойная Т-образная цепь и ее ампли­ тудно-частотная характеристика. Включение этой цепи в каче-

стве элемента прямой связи в усилителе с глубокой отрицатель­ ной обратной связью дает возможность получить частотную ха­ рактеристику, показанную на рищ 8.19, в, а при включении в цепь отрицательной обратной связи получается характеристика, изображенная на рис. 8.19, г.

Таким образом, одна и та же частотно зависимая цепь дает возможность получить «фильтр-пробку» и резонансный фильтр, настроенный на определенную частоту. Такое свойство усилителя обеспечивает измерение неуравновешенности и контроль каче­ ства изготовления сферы.

Резонансные усилители вносят значительные сдвиги по фазе в измеряемый сигнал при изменении частоты, что может привести к большим погрешностям в определении места неуравновешенно­ сти. Поэтому в таких схемах необходим контроль частоты вра­ щения ротора и компенсация фазовой погрешности.

Приведенная на рис. 8.18 схема может работать в режиме из­ мерения величины и места неуравновешенности и в режиме конт­

185

роля качества поверхности сферического ротора. В режиме из­ мерения величины неуравновешенности датчик перемещений 1 и преобразователь 2 преобразуют механические перемещения (из­ менения зазора) в электрический сигнал. Усилитель 3, катодный повторитель 4 и двойная Т-образная цепь 5 образуют усилитель,, в цепь отрицательной обратной связи которого включена двой­ ная Т-образная цепь (переключатель П в положении «1»).

Амплитудно-частотная характеристика этого усилителя будет иметь вид, изображенный на рис. 8.19, г. Частота настройки

усилителя “о = — , где соо — угловая скорость ротора. В этом

RC

режиме усилитель выделяет, из спектра частот только частоту сигнала, пропорционального нёуравновешенности. Измеритель­ ный прибор 6 (см. рис. 8.18) измеряет величину сигнала. Осцил­ лограф 7 дает возможность контролировать форму сигнала. Пос­ ле усилителя сигнал поступает на формирователь импульса, состоящий из ограничителя 5, дифференцирующей цепи 10, частот­ ного различителя 9, блока задержки импульсов 11 и усилителя импульсов 12. Газосветная импульсная лампа 13 дает возмож­ ность определить место неуравновешенности на роторе стробо­ скопическим способом. Этот же импульс можно использовать для управления работой исполнительного органа 14.

В режиме контроля качества поверхности ротора двойная Т-образная цепь включена в прямую связь (переключатель П в положении «2»), Усилитель работает как «фильтр-пробка»: он не пропускает сигнал с частотой вращения, но зато пропускает все другие частоты. Анализируя форму сигнала, можно определить характер и величину искажений поверхности ротора.

Рассмотренная измерительная схема может быть рекомендо­ вана для уравновешивания роторов массового выпуска без авто­ матизации процесса уравновешивания. Существенным недостат­ ком этой схемы с точки зрения автоматизации является увеличе­ ние фазовой погрешности управляющего импульса с уменьшением неуравновешенности, так как он формируется из сигнала неурав­ новешенности.

Более перспективными являются измерительные схемы, ис­ пользующие избирательные свойства ваттметров и фазовых различителей.

И з м е р и т е л ь н а я с х е м а с с и н х р о н н ы м д е т е к т о р о м в б а л а н с и р о в о ч н о й

м а ш и н е - а в т о м а т е

Известны автоматические балансировочные машины, в кото­ рых исправление неуравновешенности ротора производится во время его вращения одновременно с измерением величины не­ уравновешенности. Исполнительный орган наносит или удаляет материал в соответствии с сигналом, подученным от измеритель­ ной схемы. В отличие от известных устройств была предложена

186

схема, которая меньше зависит от помех и позволяет улучшить стабильность управляющего импульса при малых величинах

неуравновешенности.

В этой схеме управляющий работой исполнительного органа сигнал формируется из опорного сигнала, снимаемого с ротора при помощи фотодатчика. Частота этого сигнала определяется частотой вращения ротора, а амплитуда чувствительностью фо­ тодатчика и коэффициентом усиления усилителя. Стабильность

зовращателя сдвинут ты по фазе на 90°. На вход фазовращателя 7 подаются два си­

нусоидальных опорных напряжения от формирователей 5 и 6, сдвинутые по фазе на 90°. Такой сдвиг по фазе обеспечивается установкой фотодатчиков 3 и 4 со сдвигом на 90° в пространст­ ве. При наличии неуравновешенности привод фазовращателя 10 будет отрабатывать фазовращатель до тех пор, пока на выходе синхронного детектора 9 напряжение не станет равным нулю. При этом на выходе синхронного детектора 8 напряжение будет равно максимуму, а фазы опорного напряжения с фазовращателя и напряжения сигнала неуравновешенности будут совпадать. Поэтому для синхронизации работы исполнительного органа ис­ пользуется напряжение фазовращателя, поступающее на синх­ ронный детектор 8, а входное напряжение синхронного детек­ тора определяет время включенного состояния исполнительного

187

Г л а в а IX.

РАСЧЕТ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ РОТОРОВ

9.1. РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ

Для .количественной оценки начальной неуравновешенности [49] роторов выясним, из каких элементов она складывается и каким законам распределения вероятности она подчиняется. При этом считаем, что в роторах не допускаются какие-либо ракови­ ны или неоднородность металла.

Рассмотрим следующие причины начальной неуравновешен­ ности.

1. Биение цилиндрических поверхностей относительно базо­ вых поверхностей, или относительно геометрической оси враще­ ния (табл. 9.1, 1).

При этом максимально возможная неуравновешенность #„тах 0Т этого биения будет в том случае, когда цилиндрическая поверхность смещена относительно базовой на весь допуск.

о— допуск.

Втом случае, когда задается несоосность цилиндрической по-, верхности с базовой, то

Вектор центробежной силы от этой неуравновешенности бу­ дет лежать в плоскости, перпендикулярной оси вращения и деля­ щей данную поверхность пополам, и направлен в сторону мак­ симального биения.

2. Биение торЦевых поверхностей ротора относительно базо­ вых, т. е. неперпендикулярность торцевой поверхнсти к оси вра­ щения (табл. 9.1, 2).