радиальный планиметр

Формула изобретения

Радиальный планиметр, имеющий раздвижной обводной рычаг, состоящий из двух частей, первая часть которого, невыдвижная, содержит большую шестерню на кольце и установлена с возможностью вращения на внешнем кольце поворотного столика, и вторая - выдвижная с обводным штифтом и прорезью посередине, снабжена зубчатой рейкой и размещена с возможностью продольного перемещения в направляющих на первой части обводного рычага; поворотный столик, включающий корпус, в котором размещены с возможностью вращения фрикционный диск с однородной матовой поверхностью, а также три малые шестерни одинаковых размеров, образующие вместе с большой шестерней на кольце первой части обводного рычага планетарную передачу, причем центральная малая шестерня посажена на валу фрикционного диска; механизм радиального перемещения обкатного ролика со скоростью, пропорциональной квадрату линейно измеряемого радиуса обводного рычага, отличающиеся тем, что в нем механизм радиального перемещения обкатного ролика выполнен в форме шарнирного ромба, у которого оси вращения двух противоположных вращающихся пар жестко скреплены с тросиком и установлены с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения в направляющих на первой невыдвижной части обводного рычага, введены два барабана, огибаемые тросиком, концы которого закреплены на одном барабане так, что тросик имеет возможность совершать перемещение по замкнутому контуру при одновременной размотке его одного конца и намотки второго, а на валу барабана с закрепленными концами тросика жестко посаженная шестерня, состоящая в зацеплении с зубчатой рейкой, что на поверхности второй выдвижной части обводного рычага.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения площадей фигур произвольного очертания.

Известен радиальный интегриметр, используемый для обработки дисковых диаграмм, содержащий поворотный столик, в центре которого установлен штифт, обводной рычаг с продольным пазом, размещенный на рычаге счетный механизм с обкатным роликом и визир. При обработке диаграмм визир обводят вдоль записанной кривой. Паз рычага скользит по неподвижному штифту. В результате такого движения угол поворота ролика вокруг оси, описываемый счетным механизмом, оказывается пропорциональным произведению расстояния между визиром и штифтом на угол рычага [1].

Недостатком интегриметра является то, что им нельзя определять площади фигур на плане. Показания счетчика в нем фиксируют лишь длину линии круговой кривой.

Известен также радиальный планиметр для определения площади фигур произвольного очертания, имеющий раздвижной обводной рычаг, состоящий из двух частей: первой - невыдвижной с большой шестерней, установленный с возможностью вращения на кольце поворотного столика, а второй - выдвижной с прорезью по середине и обводным штифтом, а на ее поверхности укреплена зубчатая рейка. Эта часть способна перемещаться в направляющих на первой части. Имеется также поворотный столик, включающий корпус, в котором размещены с возможностью вращения фрикционный диск, а также три малые шестерни одинаковых размеров, образующие вместе с большой шестерней на кольце первой части рычага планетарную передачу, причем центральная малая шестерня посажена на валу фрикционного диска. В приборе содержится также механизм радиального перемещения обкатного ролика со скоростью, пропорциональной квадрату линейно изменяемого радиуса обводного рычага, включающий вал, жестко посаженную на валу шестерню и эксцентрик, наружная кромка которого определяется зависимостью =k ²+с, где - угол в радианах, k - коэффициент, с - постоянное слагаемое [2].

Недостатком известного устройства можно считать трудности получения надежных результатов измерения площадей контуров, особенно когда этот инструмент имеет общепринятые размеры, например, с диаметром фрикционного диска до 100 мм. Обусловлено это тем, что у инструмента таких малых размеров эксцентрик механизма радиального перемещения обкатного ролика со скоростью, пропорциональной квадрату линейно изменяемого радиуса обводного рычага, будет иметь столь вытянутые очертания на одном конце, при которых заостренная грань на его периферийной кромке не может свободно погружаться и перемещаться в бороздке ролика контактирования.

В случае неплотного прижатия эксцентрика к ролику контактирования заостренная грань будет перемещаться в верхней, расширенной части бороздки с отклонениями от проектной черты, а это отрицательно скажется на точности радиального перемещения обкатного ролика и на результате измерения площади. Важно и то, что такие искажения неминуемы при работе обкатного ролика на периферийной полосе фрикционного диска, где фиксируются наибольшей величины передаточные числа. Получить более приемлемые результаты, т.е. повысить точность измерения площади, можно при увеличении в несколько раз размеров постоянного слагаемого эксцентрика, т.е. когда в известной формуле, определяющей образующую эксцентрика, =k+с - значения постоянного слагаемого с будут превосходить величину k ². В этом случае размеры фрикционного диска увеличатся до 220-250 мм, что неприемлемо для полевого прибора.

Кроме того, в этом планиметре сложен в изготовлении сам механизм радиального перемещения обкатного ролика.

Целью изобретения является повышение надежности работы инструмента и точности измерения площадей.

Указанный результат достигается тем, что в новом решении механизм радиального перемещения обкатного ролика выполнен в форме шарнирного ромба, у которого оси вращения двух противоположных пар жестко скреплены с тросиком и установлены с возможностью продольного возвратно-поступательного перемещения в направляющих на первой невыдвижной части обводного рычага. Дополнительно введены два барабана, огибаемые тросиком, имеющим возможность совершать перемещения по замкнутому контуру в результате одновременной размотки одного его конца и намотки второго, причем оба конца тросика закреплены на одном барабане, на котором посажена также шестерня, состоящая в зацеплении с зубчатой рейкой, закрепленной на поверхности второй выдвижной части обводного рычага.

Выполнение механизма радиального перемещения обкатного ролика со скоростью, пропорциональной квадрату линейного перемещения обводного рычага в форме шарнирного ромба, кардинально упрощает конструкцию этого наиболее значимого узла, так как в нем вместо сложной формы эксцентрика с заостренными по контуру концами и такой же сложности контактного ролика используется всего лишь четыре звена в форме простых пластинок продолговатой формы. В инструменте предложенной конструкции противоположные пары шарнирного ромба могут беспрепятственно совершать перемещения по принципу “одна пара сближается, вторая - раздвигается”, а обкатный ролик, имеющий кинематическую связь с ведомой парой шарнирного ромба, может надежно совершать радиальные перемещения, притом по всей длине радиуса фрикционного диска и с одинаковой точностью. Работа шарнирнирного ромба исключает возможность появления заторов в перемещениях обкатного ролика, он всегда перемещается одинаково свободно и плавно на всем своем пути, включая и периферийную полосу фрикционного диска, что обеспечивает постоянное соблюдение расчетной величины передаточного числа.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид;

На фиг.2 показан продольный разрез;

На фиг.3 представлен поясняющий чертеж.

Планиметр содержит столик 1, включающий корпус 2, на котором установлены подшипник 3, фрикционный диск 4, шестерни планетарной передачи 5, что на валу фрикционного диска, и 6 - сателлиты. На корпусе размещена также с возможностью вращения первая невыдвижная часть обводного рычага 7, несущая на кольце шестерню 8, обкатный ролик со счетным механизмом 9 и пружину 11. Обкатный ролик со счетным механизмом установлены с возможностью радиального перемещения в направляющих 10. В процессе работы обкатный ролик 9 взаимодействует с фрикционным диском 4. На невыдвижной части рычага размещены также барабаны 17 и 18, огибаемые тросиком 19, концы которого закреплены на барабане 17 с возможностью одновременного разматывания одного конца и наматывания второго, обеспечивая перемещение тросика по замкнутому контуру. С тросиком 19 скреплены оси вращательных пар шарнирного ромба 14 и 15 со звеньями 12 и 13, а сами пары имеют возможность возвратно-поступательного перемещения в направляющих 16. На оси барабана 17 установлена шестерня 20, состоящая в зацеплении с зубчатой рейкой 21, что размещена на поверхности второй выдвижной части рычага 22. Вторая выдвижная часть рычага 22 размещена на корпусе первой невыдвижной части 7 с возможностью перемещения в направляющих 23. На конце рычага установлены штифт 24 для обводки контура, а также рукоятка 25. На приборе также установлены гибкие звенья 26 и 27, одни концы которых закреплены на корпусе счетного механизма 9, а вторые на вращательных парах шарнирного ромба 28 и 29.

Работает планиметр следующим образом.

Сначала устанавливают прибор на плане так, чтобы перемещение рычага достигало границ рабочего контура. На самом контуре фиксируют точку, совмещают с ней острие обводного штифта 24, а затем снимают со счетчика 9 отсчет. Далее производят обводку контура путем перемещения штифта 24 по всей линии, обозначающей границу участка, а по окончании снова берут показания на счетчике. Разница отсчетов, снятых после обводки и до нее, даст площадь участка в делениях ролика. В период радиального перемещения обводного рычага меняется точка контактирования фрикционов, а с ней изменяется и передаточное число. Оно будет пропорционально квадрату отрезков линейного перемещения обводного рычага. При повороте рычага по азимуту происходит перекатывание обкатного ролика, а длина пройденного им пути будет пропорциональна площади участка.

В качестве примера конкретного выполнения предложенного планиметра предположим, что при радиальном перемещении обводного штифта на 100 мм зубчатая рейка, установленная на выдвижной части рычага, прокрутит шестерню 20, а вместе с нею и барабан 17 на один оборот. Приняв диаметр барабана 17 меньшим рабочего диаметра шестерни 20 в 3,72 раза, получим перемещение тросика 19, огибающего барабан, на 26,9 мм.

Пусть, например, шарнирный ромб выполнен со звеньями, равными 108,4 мм, а вращательные пары перед началом обводки будут удалены от центра фрикционного диска на 68,76 мм - пары 14 и 15 (положение а) и 83,80 мм - пары 28 и 29 (положение а’).

При равномерном погружении выдвижной части обводного рычага отрезками по 20 мм будет происходить перемещение вращательных пар 14 и 15 наружу от центра последовательно от положения а к б, далее к в, г, д и е. Удаленность от центра названных точек показана в таблице. Одновременно будет происходить сближение вращательных пар 28 и 29 соответственно от положения а’ к б’, далее к в’, г’, д’ и е’. Величины перемещений показаны в таблице. Из этих данных видно, что величины перемещений обкатного ролика пропорциональны квадрату отрезков линейного перемещения обводного рычага, т.е. квадрату линейно изменяемого радиуса обводного рычага.

Закономерности перемещения вращательных пар от точек а’ к б’ и т.д. к центру фрикционного диска (и обратно) используется в работе предложенного планиметра следующим образом.

Пусть перед началом работы обкатный ролик размещался на удалении 8 мм от центра фрикционного диска. Перемещая обводной рычаг 22 на 20 мм, добьемся перемещения вращательных пар 14 и 15 от положения литер “а” к литеру “б” на 5,37 мм, от чего вращательные пары 28 и 29 сместятся к центру на 4,71 мм, а обкатный ролик 9 под действием пружины отодвинется наружу по линии радиуса на этот же отрезок, т. е. на 4,71 мм. При очередном продвижении обводного рычага на 20 мм обкатный ролик продвинется дальше к периферии и будет отстоять от центра фрикционного диска на удалении 12,71 мм. При очередном продвижении обводного рычага на 20 мм обкатный ролик продвинется дальше к периферии и будет отставать от центра фрикционного диска на удалении 18,11 мм. При свершении очередных радиальных перемещений обводного рычага по 20 мм обкатный ролик будет последовательно перемещаться по поверхности в точки фрикционного диска с радиусами 24,4 мм, далее - 31,8 мм и наконец - 40,7 мм. Такие величины радиусов представляют собой половину величины квадратов чисел 4, 5, 6, 7, 8 и 9.

Этим и подтверждается возможность трансформирования величин линейного перемещения обводного рычага в величины, пропорциональные квадрату этих расстояний.

На момент подачи заявки на изобретение имелись только эскизные чертежи на предлагаемое решение.

Достоинство предложенного планиметра в простоте его конструкции и надежности в работе при соблюдении точности результатов измерения.

Источники информации.

1. В.М.Плотников, В.А.Подрешетников, А.Н.Тетеревятников. Интегрирующие измерительные приборы. М.: Машиностроение, 1997, с.127.

2. И.А.Григорашенко, Г.И.Кузьмин. Радиальный планиметр. Патент Российской Федерации №2171448, кл. G 01 В 5/26, бюл №21 2001 г. Заявка №99121044/28 от 05.10.1999, опубл. 27.07.2001, бюл. №21.