Датчик силы нажатия

 

ДАТЧИК СИЛЫ НАЖАТИЯ для ручного инструмента, содержащий корпус , выполненныйиз основания и кглипки, и размещенный между ними с наi тягом чувствительный преобразователь , отличающийся тем, что, с целью повьшеиия точности измерений., основание и крышка свободно установлены одно в другой, образуя коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной из продольных сторон с возможностью качания крышки, а чувствительный преобразователь выполнен в виде электроемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом поверхности, воспринимакгщей силу, равным Ь2 R 21i (Л где в - ширина преобразователя; h - его высота, при этом свободные полости корпуса заполнены эластичным герметиком.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 01 L 1/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь

2Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3524979/24-10. (22) 21.12,82. (46) 23.12.84. Бюл. И - 47 (72) В.А.Синицкий, Р.И.Мешкова, С.З.Левтов, В.В.Гайдуков и Ю.В.Чмирев (53) 531. 781 (088. 8) (56) 1.Гершман Я.Г. Устройство для измерения составляющих сил реакций при работе ручной машиной. — Механизированный инструмент и отделочные машины. Экспресс-информация

ЦНИИТЭстроймаш,11 1 8, 1972.

2. Микулинский А.М, и др. Защита от вибраций при работе с пневматическими шлифовальными машинами.

M., "Машиностроение", 1976,. с.41-43 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК СИЛЫ НАЖАТИЯ для ручного инструмента, содержащий корпус, выполненный из основания и крыш„„SU„, 1130749 A ки, и размещенный между ними с на, тягом чувствительный преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений., основание и крьппка свободно установлены одно в другой, образуя коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной из продольных сторон с возможностью качания крышки, а чувствительный преобразователь выполнен в виде электроемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом поверхности, воспринимающей силу, равным где в — ширина преобразователя;

h — его высота, при этом свободные полости корпуса .заполнены эластичным герметиком.

11 30749

Цель изобретения - повышение 50 точности измерений усилия нажатия на рукоятки механизированного инструмента.

Поставленная цель достигается тем,, что в датчике силы нажатия для ручного инструмента,. содержащем корпус, выполненный из основания и ,крышки, и размещенный между ними

Изобретение относится к сило. змерительной технике, а именно к контролю силового взаимодействия человека с механизированным инструментом. 5

Известны устройства (тензодатчики для замера усилий нажатия (13.

Недостатком таких устройств является необходимость снабжения их сложной аппаратурой, кроме того, 1О они требуют длительного подбора датчиков, их крепления, а также мер по компенсации температурной погрешности показаний.

Наиболее близким к изобретению 15 по назначению конструкции является датчик для измерения усилия .нажатия при различных производственных операциях, содержащий держатель, состоящий из плоских по форме основания 20 и крышки., в которой помещены пружинная пластина с опорными клиньями и чувствительный преобразователь— катушки индуктивности. Имея размеры 60х40х15, датчик закрепляется на рукоятке инструмента и воспринимает усилия кисти работающего f2).

Недостатком известного датчика является низкая точность измерения.

Это вызвано тем,что основание и крыш- 30 ка датчика плоские, следовательно, отсутствует четкое сочленение держателя датчика с кистью руки работающего и.рукояткой инструмента.

Кроме того, на точность измерения З5 отрицательно влияет смещение равнодействующей нагрузки, прикладываемой к датчику, от центральной оси крышки, вызванной мьппечной усталостью кисти, вибрацией инструмента и дру- 40 гими причинами; При этом концы пружинной пластины прогибаются неидентично и расстояние их до катушек сокращается несинхронно, а из-за нелинейной зависимости сигналов 45 катушек индуктивности от расстояния до пружинной, пластины возникает дополнительная погрешность в измерении. с натягом чувствительный преобразо-. ватель, основание и крышка свободно установлены одно в другой, образуя коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной иэ продольных сторон с возможностью качания крышки, а чувствительный преобразователь выполнен в виде электроемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом поверхности, воспринимающей силу, равным

2Ь где в — ширина преобразователя;

h — его высота, прн этом свободные полости корпуса заполнены эластичным герметиком.

Сущность изобретения заключается в том, что жесткая крышка корпуса, воспринимающая и передающая внешнее усилие, взаимодействует с податливой пружинящей оболочкой чувствительного преобразователя без каких-либо дополнительных центрирующих силовводяптих элементов. По мере увеличения нагрузки и сжатия преобразователя крышка перекатывается по выпуклой части эллипсообразной оболочки, соприкасаясь с ней с переменным эксцентриситетом в последовательно перемещающихся точках, расположенных в локапьной области, определяемой радиусом эллипсообразной выпуклости. Благодаря безлюфтовому соединению крьппки с основанием и обеспечению ограниченной подвижности качания крышки только в поперечном направлении, а также фиксации чувствительного элемента в корпусе, например, путем его жесткого локального сочленения с основанием обеспечивается строгая повторяемость точек взаимодействия крьппки с оболочкой преобразователя при многократных нагружениях. !

- Силовоспринимающей эллипсообразной поверхности. чувствительного преобразователя придан оптимальный найденный экспериментально радиус

R =М/2%, где в — ширина, h — - высота преобразователя.

При таком радиусе не возникает больших эксцентриситетов приложения нагрузки, так как ширина локальной области взаимодействия крьппки с эллипсообразной поверхностью не превышает 0,1 в, и обеспечивается минимальная высота h оболочки пре113О

749 з образователя, незначительно превьппаюшая высоту заключенного в него плоского элемента датчика, что облегчает условия взаимодействия оболочки с емкостным элементом.

Заполнение свободных во здушных полостей внутри корпуса эластичным герметиком создает вокруг чувствиI тельного преобразователя демпфирующую подушку,. которая защищает 10 локальную область контактирования крышки с оболочкой преобразователя от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды: пыли, влаги, агрессивных газов и других, 15 а также повышает вихропомехозащищенность датчика.

На фиг,l изображен предлагаемый датчик, продольный разрез; на фиг.2 — вид А на фиг.1. 20

Датчик выполнен в продольном направлении размером 65 см, что соответствует активному участку ладони человека.

Датчик силы содержит корпус 1, 25 состоящий из основачии 2 и крьппки

3. Последние коробчатой формы и свободно установлены одно в другой с зазорами между стенками порядка

О,2 мм. Зазоры обеспечивают возможность качания крышки, шарнирно скрепленной с основанием.

Подошва основания 2 образована вогнутой поверхностью соответственно oKpyr oa форме рукояток инстру» ментов. Наружная поверхность крьппки

3 выполнена симметрично выпуклой как в поперечном, так и в продольном сечениях.

Крышка и основание скреплены меж- 40 ду собой осями 4, расположенными вдоль одной оси .кз боковых сторон корпуса и равноудаленными от нее, т.е. крьппка 3 имеет возможность качания в небольших пределах относи- . тельно основания 2.

В поперечной плоскости в центре корпуса 1 между крышкой и основанием зафиксирован чувствительный преобразователь 5 путем его жесткого сочленения с основанием по локальной площадке 6. Он содержит металлический корпус — мембрану 7 эллипсообразной формы, выполненный из упругого материала, например пружинной стали. Внутри корпуса размещен электроемкостный чувствительный элемент 8, представляющий собой пакет упругих электродов 9, разделенных диэлектрической пленкой !О. Свободные полости внутри чувствительного элемента заполняются эластичным компаундом 11, который выполняет также функции герметика. Электроды чувствительного элемента присоединяются к двухпроводному кабелю 12, проходящему через отверстия в торцах крышки и основания.

Свободное пространство внутри корпуса 1 вокруг чувствительного преобразователя 5 заполнено эластичным герметиком 13. В основании

2 предусмотрены отверстия 14 для притягивания датчика к рукояткам инструментов. При длине 65 мм датчик выполняется шириной 18 мм и высотой в среднем продольном сечении 8 мм.

При таких габаритах и форме датчик удобно сочленяется с рукой .рабочего и инструментом.

Перед началом датчик устанавливается (накладывается) на активную часть рукоятки инструмента и прикрепляется к ней с помощью шнуров, проходящих через отверстия в основании. Подошва основания 2, имеющая вогнутую форму, устойчиво без качаний прилегает к рукоятке инструмента.

Датчик работает следующим образом.

При приложении соответствующих усилий работающего к рукоятке инструмента благодаря симметрично вьгпуклой форме крышки корпуса равнодействующая усилия нажатия сосредотачивается в центре последней. Под действием этого усилия крьппка 3 стремится приблизиться к основанию 2, свободно качаясь относительно него в поперечном сечении, исключая тем самым перекосы и заклинивания.

Передача усилия нажатия с крыпг- ки 3 на чувствительный преобразователь происходит с фиксированной локальностью, строго по линии касания эллипсообразиого упругого корпуса

7 преобразователя 5, с крышкой 3, причем эта линия параллельна продольной оси держателя.

Деформация упругого корпуса 7 через прослойку эластичного компаунда 11 передается электроемкостиому элементу 8, при этом электроды 9 сближаются за счет уменьшения микроэазоров, между ними и диэлект1130749

8идЛ фиг. 2

Составитель Н. Вовчук

Редактор С. Саенко Техред Ж. Кастелевич Корректор О. Билак

Заказ 9601/30 Тираж S22 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.1.13035,. Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

S рической пленкой 10, что приводит к соответствующему приращению.общей емкости пакета.

Это приращение преобразуется в электрический сигнал с помощью измерительной схемы, которая присоединяется к датчику с помощью двухпроводного кабеля 12. Измерительная схема заключена в электронном блоке типа УКН, специально. разработанном для предлагаемого датчика.

5 Реализация изобретения позволяет отказаться от стендов для измерения выбрационных характеристик рубильных молотков.