Динамометр

 

ДИНАМОМЕТР, содержащий непоцвижную и подвижную колодки, связанные между собой упругой системой. и механотрон с мембраной, закрепленной своим корпусом в непоцвижной колодке и связанный штырем через плоскую пружину с подвижной колодксЛ, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности и динамической прочности , в нем упругая система выполнена в виде трубчатого тела с вырезом, образованным секущей цилиндрической поверкиостью, продольная ось которой расположена в осевой плоскости трубчатого тела перпендикулярно его оси и линии действия измеряемого усилителя, а механотрон установлен своей мембраной в плоскости, проходящей через ось с симметрии секущей цилиндрической по-S верхи ости. (Л СП 1С 00 со ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3 (5!) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 3296536/1 8-1 0 (22 ) 28.05. 8 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) A. M. Ростовцев, Г. С. Берлин;

В. Ф. 11укур, Б. П. Колюшев, Н. К. Логинова, В.. Н. Жиляев и В. В. Иноземцев (53) 531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свицетельство СССР

М 555297, кл, G 01, 1/04, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

% 467244, кл. G 01 L 1/14, 1973 (прототип ) . (54) (57) ОИНАМОМБТР, содержаший непоцвижную и подвижную колодки, связанные между собой упругой системой, и ме санотрон с мембраной закрепленной своим корпусом в непоцвижной колоцке и связанный штырем через плоскую пружину с подвижной колодкой, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности и аинамическoN прочности, в нем упругая система выполнена в виде трубчатого тела с вырезом образованным секушей цилинцрической поверхностью, процольная ось которой расположена в осевой плоскости труб» чатого тела перпендикулярно его оси и линии действия измеряемого усилителя а механотрон установлен своей мембраной в плоскости, проходяшей через ось симметрии секушей цилиндрической поверхности, 1О52ЕМ 2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам длл измерений усилий, и может найти применение в машиностроении, приборостроении, агрегатостроении, мепицине, средствах технической диагностики сель-. хозмашин и a,ругих областях народного хозяйства.

Известны динамометры, содержащие упругую систему в виде призмы и механо- 0 тронный преобразователь деформации упругой системы 1 ) .

Недостатком известного динамометра является нетехнологичность его конст;, рукпии, а также неудовлетворительнал точность иэмерзпий пз-за гистереэиса упругой системы и влияния смещения точ ки приложения усилия.

Наиболее близким по технической сущности к изобрзтению является дина= мометр, содержащий неподвижную и подвижну1О колодки, свчэанные между собой упругой системой, и механотрон с мембраной, закрепленной своим корпусом в неподвижной колодке и свлзвнный шты= рем: ерзз плоскую пружину с подвижной колодкой Г2 .)

11едостатое такОго динамометра сО:* стол т в ссизксзй точ11Остя, Обусловленной влиянием на результаты измерзний сме-»

"-Сс с щения точки приложения измеряемого уС ИПИЛ, И П ИЗГОЙ д. -ПтаМИ Iec!COA ГтесОЧНО=" сти упругой системы.

Бель изобретения -- повып1ение точ:-ности и динамической прочности.

Указанная цепь достигае тол тем, что

35 в д1п1амометре, содержащем неподвижную и подвижную колодки, связанные между собой упругой системой, и механотрон

МЕМбСсДЦОСС ЭаКPeIE СЕНЯссСй СВЩСМ КО1с —.с — - .. - - - - - "сс @. пусом D иеподйижпой колОдке и связан:ный штырем плоскую пружину с подвиж» ной колодкой, упругая система выполнена в виде трубчатого тела с вырезом., образовапиым цилиндрической поверхностью, продольная ось которой расположена в

ОСЕВСсй PFIOCKOCYa Tp" 6 -I I OI О TBJ(9 ПЕрПЕНпикуллрно его Оси и линии действил измеряемого усилил, а механотроп установлен своей мембра11ой в плоскости, прохопл.-: пгей через ось симметрии секущей цилинп5Î рической г1оверхности, На фиг. 1 показано устройство, ОбЩпй В11ПР На фИГ. 2 - тО жЕс ВПП С6ОКУ; на фиг. 3 — разрез Л-А на фиг. 1; на 55 фиг. 4 - схемы нагружения и эпюры из=*

Гс1бй ЮЩИХ МОМЕН ТОБ O I ЬОЗ ПЕ йСТВИЛ С ИПО .- вых фа к то ров, .П и;амометр (фиг. 1 - 3) содержит

;mpyгую систему 1, которая образована пересечением трубчатого тела (в прос тейшем случае пилиндрической трубки) с овальной пипиндрической поверхностью и связывает подвижную 2 и непопвиж« ную 3 части трубчатого тела. В неподвижной 3 части трубчатого тела укреплен корпус 4 механотрона посредством кожуха 5, а его штырь б (внешняя часть управляющего стержня) проходит через отверстие в подвижной 2 части трубчатого тела и связан с последней посредством плоской пружины 7, втулки 8 и винтов 9 и 10. На внутренней части унравллющего стержня укреплены гюдвижные аноды механотрона, между которыми расположен его непод вижнь1Й катод. Механотрон установлен B неподвижной колодке таким образом, что плоскость его мембраны 11 совпадает с плоскостью симметрии упругой системы 1, что необходимо для устранения погрешности измерений, вызываемой продольным смешением точки. при ложения измеряемого усилил,. При этом мембрана механотрона располагаетсл в плоскости, проходящей через ось секущей Овальной (e частном случае круговой) цилиндрической поверхНОС ТИ.

На фиг. 1 показана силоприемная площадка пинамометра, расположенная на подвижной колодке 2 и имеющая длину с и ширину р. В реальных услови ях нагружения измеряемое у "илие F прикладывается к различным точкам силоприемной площадки, имея возможность смешатьсл на величину с в продольном

«направлении и на величину р в поперечном направлении, причем эа продольное направление принято направлениз оси штыря механотрона. Параметры конструкпии пинамометра должны быть выб» раны таким образом, чтобы перемещение штыря механотрона, вызванное указанными смешениями усилил, бглло ми« нимальным.

Воспользуемся известным приемом иэ теоретической механики и приложим условно к правому краю силоприемной площадки (фиг. 1) две противоположно направленные и равные друг другу силы Ф

Б результаге получим, что к силодриемной площадке приложены пва силовых фактора -- усилие.I" и момент Щ, рав1Ы. ный

И =Го

1(- - -52892 4 мого перэмешения (фиг. 4э) Перемещение fg опреаеляется через интеграл Мора по замкнутому контуру цуги S овального кольца

1, =—

Е м (-Ро(Таким образом, смешение точки приложения усилия F в продольном направлении эквивалентно приложению к силоприемной площадке моментаМ(.

Смешение точки приложения усилия V в поперечном направлении. эквивалентно приложению к силоприемной площадке момента (l (кк) ф

М М М М

1О Э S, () М =Fp

Оптимальный выбор размерных соотношений параметров конструкции динамо. метра направлен на то, чтобы перемещения и Х штыря механотрона в направлении цействия усилия F от действия моментов М (и М(были равны нулю. ъ.

fd =0 l4 5 =О

Этот выбор проводится в данном случае на основании результатов расчета, состоящего из цвух этапов: опрецеления перемещения штыря механотрона от смешения усилия F в пределах силоприемной ЗЦ плошацки и установлении оптимальных соотношений размерных параметров конструкции динамометра.

Упрощенная схема нагружения консг рукции цинамометра моментом М = F о(, возникающим, как было отмечено выше, при смещении усилия F в пределах продольного размера о(, силоприемной площадки цинамометра, представлена на фиг. 4а. Конструкция цинамометра может быть отнесена к трижды статически; неопределимым рамам и представляет собой овальное кольцо с большой осью цинамометра 3 и малой осью -8. Основная система имеет виц, представлен- 45 ный на фиг. 45, а эквивалентная система - на фиг. 48. Требуется опрецелить в направлении силы F смещение точки С внутренней консоли цлиной Х)/2 поц действием избигаюшего момента M= Го(.. 50

С целью выявления соотношений м "жду силовыми факторами, цействуюшими в различных сечениях упругого тела, построены обобщенные эпюры от внешних и внутренних силовых факторов, представ- 55 лариные на фиг. 4г - ж. Кроме того, строим эпюру от ециничного усилил, прило° женного к точке С в направлении иско3 гце (х,(- расстояние точки приложения .усилия F от края силоприемной плошацки в процольном направлении.

И прецельном случае а(. «Н, а моt мент М (равен (ч I (IN

М М М M x

Ы5+ Д5+

5 гае Ý вЂ” текущий момент инерции по ауге упругого кольца;

E - модуль упругости материала упругой системы 1 (фиг. 1);

М - изгибающий момент от цей(11 ствий единичной силы (фиг. 4з);

М, М. — моменты в сечении кольца от внутренних силовых факторов: (х } нормальной силы Х1; перерезываюшей силы Xg и текущего изгибающего момента Х;

М - текущий изгибающий момент (() от внешнего момента hh=FaL (фиг. 4а).

B формуле (1) круговые интегралы (ф1 Хэ) суть величины, 5

5 равные нулю, так как эпюра момента

Ph(. ) - кососимметричная, а эпюры от силовых факторов М, Х., и X> - симмег ричные.

М1МХ

Величина ф (11 — (кк(N(g=((так как

S перерезываюшая сила Х =О. ввиду симметричности цействия внешних изгибающих моментов М (фиг. 4в) и кососимметричности воэцействия пере резываюшей силы

Х2 .

Слецовательно, правая часть формулы (1) равна нулю (г - o ) и прецлагаемая конструкция цинамометра не чувствительна к продольному смешению силы.

Поперечное смешение точки приложения силы на величину р эквивалентно приложению .к силонриечной плошацке момента

S 1052

Вследствие того, что конструкция пинамометра выполнена симметричной относительно оси штыря механотрона, а момент М пействует в плоскости, перпенпикулярной к этой оси, очевипно, что вертикальный прогиб штыря $>«0. . Из этого слепует, что оптимальным вариантом конструкции пинамометра является пинамометр с расположением мембраны механотрона в плоскости, про- 10 хопяшей через ось симметрии секущей овальной цилинпрической поверхности, которая может в частном случае быть поверхностью кругового цилинпра, Динамометр работает слепуюшим образом.

Измеряемое усилие F, возпействуя на силоприемную плошапку, вызывает смешение попвижной колодки 2 пинамометра относительно его непопвижной колопки 3. 20

При этом штырь 6 механотрона, связанный с попвижной колопкой, перемешается, что приводит к перемешению попвижных анопов механотрона относительно его непопвижного катода. В результате этого 25 изменяются токи анопов механотрона, причем это изменение анопных токов общеизвестным образом преобразуется в выхопной электрический сигнал механотрона, пропорциональный измеряемому щ усилию F. Шкала отсчетного прибора измерительной схемы, в котопчю включен

892 Ь механотрон, тарируется непосрепственно в епиницах силы.

Преимушеством преплагаемого пинамометра является то, что упругая система конструкции имеет утолщение сечения в местах, примыкающих к колопкам 2 и 3, "пе возникают наибольшие изгибающие моменты от пействия силовых факторов.

Это приближает конструкцию упругой системы к телу равного сопротивления пействуюшим нагрузкам, что позволяет существенно снизить погрешность пинамометра от гистерезиса упругой системы

t и опновременно повысить циклическую пинамическую) прочность конструкции

i при ее работе в условиях повышенных вибраций и ударов. Разрушение конструкций известных пинамометров в указанных неблагоприятных условиях работы происходит в результате возникновения и развития усталостных трещин в местах сопряжения попвижной 2 и непопвн>кной 3 колosок с упругими элементами. Б этих сопря>кениях, кроме того, постигает максимума изгибающий момент, который в преплагаемой конструкции приложен K сечениям, имеющим существенно больший момент инерции, чем в известных.

Использование пинамометра позволяет впвое снизить трудоемкость изготовления

as счет технологи шости и в 1,5 раза повысить точность измерения усилий.

1052892

Составитель В. Герасимова

Редактор Н. Безродная Техред М.Надь Корректор В. Гирня»

Заказ 8846/36 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4