Время успокоения подвижной системы в приборах всегда стремятся иметь наименьшим, а это возможно при затухающих колебаниях.

Быстрота затухания колебаний может быть определена через отношение двух соседних амплитуд одного знака, например (рис. 1, б)

Для расчета успокоителя должны быть известны t_усп (обычно около 4 с), J, D и l.

Основным расчетным параметром успокоителей служит коэффи­циент успокоения С, который для большинства измерительных приборов, имеющих b £ 0,6-0,7, может быть определен по фор­муле Н. Н. Разумовского

Определив С, можно выбрать тип успокоителя и найти его основные конструктивные размеры.

Виды успоко­ителей.

В зависимости от тормозящей среды и необходимого коэффи­циента успокоения (эффективности успокоителя) в приборах применяют различные виды успоко­ителей:

Магнитоиндукционные,

воздушные,

жидкост­ные,

С сухим и внутренним трением(сравнительно редко).

К успокоителям можно отнести поглотители и амортизаторы.

 

МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЕ УСПОКОИТЕЛИ

 

Коэффи­циент успокоения у них пропорционален первой степени скорости движения подвижной системы прибора,

Достоинства: Му не зависит от колебаний температуры окружающей среды, его значение можно регули­ровать, не боятся толчков и вибраций.

Основными недостатками этих успокоителей являются отри­цательное влияние магнитного поля на измерительный механизм прибора.

Принцип действия. Успокоитель состоит из двух основных частей — магнита и металличе­ского элемента (рис.1), в котором при движении в поле магнита наводятся вихревые токи. Успокаи­вающий момент Му возникает в результате тормозящего взаимодей­ствия между полем магнита и вихревыми токами, наводимыми в металлическом элементе.

 

 

Рис. 1. Конструктивные схемы магнитоиндукционных успокоителей.

 

Конструктивно подвижный элемент успокоителя выполняют в виде сектора 3 (или диска) (рис. 1, б), каркаса 5 с обмоткой (рис. 1, в) или кольца 6 (рис. 1, г).

Секторный успокоитель (рис. 1, б) состоит из алюминиевого (медного) сектора (или диска) толщиной 0,3—1 мм, закрепленного на подвижной системе прибора, который движется в полюсном зазоре одного или нескольких постоянных магнитов 4. Коэффи­циент успокоения (в Н*см*с/рад) с достаточной точностью может быть определен по формуле

где В — магнитная индукция постоянного магнита, Гс; b — ши­рина полюса, см; R₀ — расстояние от центра вращения диска до центра следа полюса магнита, см; W — электрическое сопротивле­ние материала диска, Ом.

 

Кольцевой успокоитель (рис. 1, г)

представляет собой коль­цо 6, связанное с подвижной системой прибора, которое дви­жется в зазоре между магнитом 4 и ярмом 7, где создается магнит­ное поле.

Сила, противодействующая движению кольца,

откуда коэффициент успокоения

где R, h и а — внутренний радиус, длина и толщина кольца; р — удельное сопротивление материала кольца; V — линейная скорость на среднем радиусе кольца.

Сила, противодействующая движению кольца, пропорциональна линейной скорости на среднем радиусе кольца.

ЖИДКОСТНЫЕ УСПОКОИТЕЛИ

 

Жидкостные успокоители в основном применяют в стационар­ных и лабораторных приборах. Они позволяют получить наиболь­ший коэффициент успокоения по сравнению со всеми другими ти­пами успокоителей, поэтому их используют в приборах, подвиж­ные системы которых обладают большими массами и моментами инерции (например, в самопишущих и весовых измерительных приборах, вибраторах осциллографов, сейсмографах и т. д.).

 

Успокоение свободных колебаний подвижной системы в жид­костных успокоителях происходит за счет трения о жидкость либо всей подвижной системы прибора, либо только подвижной части успокоителя. Успокоители первого типа носят название резервуарных. Их применение весьма ограничено.

Наиболее широкое распространение получили успокоители второго типа, где успокоение происходит за счет трения о жид­кость только подвижной части успокоителя. Их можно разделить на поршневые, пластинчатые, поплавковые и капиллярные.

В качестве жидкостей в успокоителях применяют различные масла: трансформаторное, турбинное, парафиновое и синтетиче­ские. Используют также глицерин и силиконовые жидкости.

Рис. 3. Жидкостные успокоители

Для получения необходимой вязкости применяют смеси жид­костей с различной вязкостью.

Основным недостатком жидкостных успокоителей является то, что с изменением температуры значительно изменяется вяз­кость жидкости и зависящий от нее коэффициент успокоения.

Резервуарные успокоители. Успокоители этого вида (рис. 3, а), в которых вся подвижная система 2 прибора помещается в резер­вуар 1 (обычно корпус прибора), наиболее просты по конструк­ции, но не позволяют, с достаточной точностью определить анали­тически коэффициент успокоения. Необходимое значение его уста­навливают путем подбора вязкости жидкости, заливаемой в резер­вуар.

Резервуарные успокоители большого распространения не по­лучили. Их используют главным образом для датчиков сейсмо­графов и вибраторов осциллографов.

Поршневые успокоители. Успокоители этого вида (рис. 3, б, в, г) применяют для успокоения подвижной системы прибора, совершающей прямолинейные колебания. Успокоители данного вида могут быть с постоянным коэффициентом успокоения (рис. 3, б, в) и с регулируемым (рис. 3, г).

Поршневой успокоитель с постоянным коэффициентом успокое­ния (рис. 3, б) состоит из неподвижного цилиндра 2, заполнен­ного тормозной жидкостью, в котором перемещается поршень 1, связанный с подвижной системой прибора. При движении поршня создается разность давлений по обеим его сторонам, и вязкая жидкость проталкивается через зазор между стенками цилиндра и поршнем из одной части цилиндра в другую, в результате чего и создается успокоение собственных колебаний подвижной си­стемы прибора.

Поршневой успокоитель одностороннего действия (рис. 3, в) применяется в реле времени, который создает выдержку времени только при движении поршня вверх. В этом случае отверстия, имеющиеся в поршне 2, закрываются шайбой 1, которую прижи­мает к поршню давление жидкости. При обратном ходе тормозная жидкость, проходя через отверстия в поршне, поднимает шайбу и свободно переливается в верхнюю часть цилиндра.

Поршневой успокоитель с регулируемым коэффициентом успо­коения показан на рис. 3, г. В этом случае зазор б между порш­нем 1 и стенкой цилиндра 2 делается меньше, но верхняя и нижняя части цилиндра сообщаются между собой через специальное отверстие — капилляр 3 радиуса г. При движении поршня тор­мозная жидкость будет проталкиваться не только через зазор d, но и через капилляр. Изменяя проходное сечение капилляра вин­том 4, можно менять коэффициент успокоения в некоторых пре­делах.

 

Капиллярный успокоитель более сложной конструкции, применяемый, например, в вибраторах осциллографа, приведен на рис. 3, з. Он состоит из двух капилляров — рабочего 1 и вспомо­гательного 2. Через рабочий капилляр проходит нить 3 петли вибратора, поперечные колебания которой подлежат успокоению. Вспомогательный капилляр служит для поддержания необходи­мого количества масла в рабочем капилляре.

ВОЗДУШНЫЕ УСПОКОИТЕЛИ

Воздушные успокоители применяют в приборах, где не тре­буется получения больших коэффициентов успокоения или исполь­зование жидкостных успокоителей невозможно из-за наличия резких перепадов температуры окружающей среды. В ряде слу­чаев применение жидкостных успокоителей затруднено необходи­мостью создания герметизации корпусов приборов и возможностью расплескивания жидкости.

Воздушные успокоители просты по конструкции, имеют не­большую массу и в изготовлении самые дешевые. Они находят широкое применение в электроизмерительных, авиационных, массоизмерительных и других приборах.

По устройству и принципу действия воздушные успокоители похожи на жидкостные, только тормозящей средой у них является не жидкость, а воздух, имеющий весьма малый коэффициент вязкости, который почти не зависит от температуры.

Наибольшее распространение получили воздушные успокои­тели трех видов: поршневые (рис. 4, а, б, в) для вращательного и прямолинейного движения, крыльчатые (рис. 4, г) - для вращательного движения и сильфонные (рис. 4, д) — для прямо­линейного движения.

Поршневые успокоители применяют как при вращательном движении поршня, так и при прямолинейном.

Поршневой успокоитель с качающимся поршнем показан на рис. 4, а. Он состоит из поршня 1, жестко закрепленного на ры­чаге 2, сидящем на оси вращения подвижной системы прибора и камеры 3, в которой движется поршень.

Зазор dмежду поршнем и стенками камеры берется в преде­лах 0,02—0,1 мм.

Коэффициент успокоения для поршня с острыми краями (в Н*см*с/рад) определяется как:

 

где S — площадь поршня, см²; R — расстояние от центра поршня до оси вращения, см; d — зазор между поршнем и стенкой ка­меры, мм.

Две конструкции поршневого успокоителя, в котором поршень движется прямолинейно, приведены на рис. 4, б, в. Успокоители состоят из корпуса 1, штока 4, крышки 6, поршня 2, калибро­ванного отверстия 3, регулировочного винта 5 и фильтра 7.

Рис. 4. Воздушные успокоители

На рис. 4, в приведена конструкция успокоителя, используемого в гироскопи­ческих приборах.

Коэффициент успокоения можно регулировать в некоторых пределах путем изменения выходного сечения в отверстии 3, через которое выходит воздух, выталкиваемого поршнем. Регули­ровка осуществляется поворотом винта 5.

 

Крыльчатые успокоители (рис. 4, г) состоят из крыла 1, закрепленного на оси подвижной системы прибора, неподвижной камеры 2 и крышки 3.

Ввиду наличия зазоров d = (0,3--1) мм между крылом и стенками камеры при движении крыла возникает перепад давле­ний воздуха по обеим его сторонам, который и создает успокаи­вающий момент.

При необходимости увеличить торможение ставят не одно, а два симметрично расположенных крыла.

Крылья штампуют из листового алюминия толщиной 0,1 — 0,15 мм. Иногда для увеличения жесткости на крыльях выштамповывают ребра жесткости. Для увеличения коэффициента успо­коения на 20—30% кромки крыльев загибают.

Сильфонные успокоители (рис. 4, д) используют при прямо­линейном движении штока 1. Принцип действия сильфонного успокоителя и его расчет аналогичны принципу действия и рас­чету поршневого успокоителя. При сжатии сильфона 2 воздух из него выталкивается через калиброванные отверстия 3 и фильтр 4.

5. УСПОКОИТЕЛИ СУХОГО И ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ *)