Многокомпонентный стенд для измерения силомоментных нагрузок

 

1. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ СИЛСМОМЕНТНЫХ НАГРУЗОК , содержащий силоприемную раму, основание и связанный с ним рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки, а также связанный с основанием, и силоприемной рамой преобразователь поперечной нагрузки , отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения в условиях повышенных вибраций и расширения частотного диапазона путем исключения непосредственного силового воздействия на механизм разделения компонент силомоментной нагрузки, в него введены две жесткие перемычки, центры симметр ии которых шарнирно соединены с рычажным механизмом разделения компоненг силомоментной нагрузки, цилиндрическая рорезная пружина, закрепленная одним концом на основании, четыре тяги, одни концы которых шарнирно прикреплены к силоприемной раме, к центру симметрии которой прикреплен другой конец цилиндрической прорезной пружины, четыре упругих элемента , края которых прикреплены к основанию , а средние части прикреплены к соответствующим концам жестких перемычек и шарнирно к другим концам тяг, 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки содержит два измерительных преобразователя, две штанги , пять опор и пять двуплечих рычагов , шарнирно установленных посредством опор на основании, при этом одно плечо первого двуплечего рычага через первый измерительный преобразователь связано с одним плечом второго двуплечего рычага, другое плечо которого шарнирно соединено через одну штангу с одним плечом третьего двуплечего рычага, другое плечо которого через второй измерительный преобразователь соединено с одним Ч плечом четвертого двуплечего рычага, к| другое плечо которого шарнирно соединено с одним плечом пятого двуплече:о |Го рычага, другое плечо которого через вторую, штангу шарнирно соединено СП с другим плечом первого двуплечего рычага, причем опоры выполненыс обеспечением возможности регулировки центра качания двуплечих рычагов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) (1! 1 (51)4 G 01 L 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .,;

H ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ . р.,-, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3716244/24-10 (22) 06.01.84 (46) 23.08.85. Бюл. В 31 (72) В.Г. Петров (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 366377, кл. G 01 L 5/13, 1971.

Горлин С.М. и Слезингер И.И.

Аэромеханические измерения. И.: с. 419, 1964. (54)(57) 1. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ СТЕНД

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ..СИПОИОМЕНТНЫХ НАГРУЗОК, содержащий силоприемную раму, основание и связанный с ним рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки, а также связанный с основанием и силоприемной рамой преобразователь поперечной нагрузки, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения в условиях повышенных вибраций и расширения частотного диапазона путем исключения непосредственного силового воздействия на меха.низм разделения компонент силомоментиой нагрузки, в него введены две жесткие перемычки, центры симметрии которых шарнирно соединены с. рычажным механизмом разделения компоненг силомоментной нагрузки, цилиндрическая прорезная пружина, закрепленная одним концом на основании, четыре тяги, одни концы которых шарнирно прикреплены к силоприемной раме, к центру симметрии которой прикреплен другой конец цилиндрической прорезной пружины, четыре упругих элемента, края которых прикреплены к основанию, а средние части прикреплены к соответствующим концам жестких перемычек и шарнирно к другим концам тяг.

2. Стенд по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки содержит два измерительных преобразователя, две штанги, пять опор и пять двуплечих рычагов, шарнирно установленных посредством опор на основании, при этом одно плечо первого двуплечего рычага через первый измерительный преобразователь связано с одним плечом второго двуплечего рычага, другое плечо которого шарнирно соединено через одну штангу с одним плечом третьего двуплечего рычага, другое плечо которого через второй измерительный преобразователь соединено с одним плечом четвертого двуплечего рычага, другое плечо которого шарнирно соединено с одним плечом пятого двуплече,го рычага, другое плечо которого через вторую штангу шарнирно соединено с другим плечом первого двуплечего рйчага, причем опоры выполнены с обеспечением возможности регулировки центра качания двуплечих рычагов.

1174795

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сил и их моментов при гидродинамических и аэрогидриодинамических исследованиях 5 судовых и авиационных конструкций.

Цель изобретения — повышение точности измерения в условиях повышенных вибраций и расширение частотного диапазона путем исключения непосредственного силового воздействия на механизм разделения компонент силомоментной нагрузки.

На фиг. 1 представлен схематично предложенный стенд, общий вид; на фиг ° 2 — принятая система координат; на фиг.3 — предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг.4 — разрез A-А на фиг.1; на фиг. 5 — 7 схемы положений рычажного механизма для разделе- 20 ния силомоментной нагрузки после нагружения стенда соответственно силой Р моментом N> и силомоментной нагрузкой Ру, И .

Предлагаемый стенд имеет основание 1 с установленными на нем симметрично осям координат четырьмя равножесткими упругими элементами 2 и 3 (два упругих элемента находятся в параллельной плоскости) и соединенны- 30 ми между собой жесткими перемычками

4. Двухшарнирные стойки 5, связывающие своими концами силоприемную раму 6 с упругими элементами 2 и 3, вместе образуют пространственный параллелограм — качалку. К силоприемной раме 6 крепится испытываемое изделие 7. Соединенный с основанием

1 в центре его симметрии преобразователь 8 двух взаимно перпендикуляр- щ ных сил P„ H P крепится к силоприемной раме 6 через однокольцевую цилиндрическую прорезную пружину 9. Все эти элементы образуют силовую упругую систему 10 стенда, имеющую пять степеней подвижности (в направлениях

Х, Y Z, М, Ng) у которой центры шарниров, связывающих вертикальные стойки 5 с силоприемной рамой 6, расположены симметрично относительно gp геометрического центра упругого кольца оцнокольцевой цилиндрической прорезной пружины 9 и находятся в одной плоскости.

Рычажный механизм 11 для разделе- 55 ния силомоментной нагрузки образован из двух независимых силового

12 и моментного 13 измерителей, смонтированных на.неподвижных опорах

14 основания 1, и расположенных по конструктивным соображениям либо на двух уровнях (как это изображено на чертеже), либо параллельно друг другу. При этом измеритель 13 момента содержит два двуплечих рычага

15 и 16, а измеритель 13 силы — три двухплечих рычага 17 — 18 — 19.

Неподвижные опоры 14 скреплены с основанием 1 с возможностью смещения их вдоль рычагов 15 — 19.

Подвижные шарниры крайних рычагов

15, 16, 18 и 19 и геометрические центры жестких перемычек 4, скрепляющих попарно упругие элементы 2 и 3, соединены между собой тягами

20 и 21. На свободных концах взаимодействующих рычагов 15 и 16, 17 и

18 смонтированы бесконтактные электрические преобразователи соответственно 22 и 23, например, индуктивные с возможностью их перемещения вдоль и поперек рычагов.

Преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил также оборудован аналогичными измерительными преобразователями 24 и 25.

Многокомпонентный стенд для измерения силомоментных нагрузок работает следующим образом.

Под действием внешних сил и моментов, например, аэродинамических или гидродинамических, приложенных к испытываемому изделию 7, силоприемная рама 6, перемещаясь в вертикальном направлении и вокруг горизонтальных осей Х и Z,âîçäåéñòâóåò через четыре стойки 5 на четыре упругих элемента

2 и 3, которые деформируясь, производят силовое замыкание компонент

Р, И и N+ на основание 1..

Одновременно силовая рама 6, перемещаясь в горизонтальной плоскости, приводит в действие через жесткое в этом направлении кольцо однокольцевой цилиндрической прорезной пружины

9 преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил P„ H P>, При этом происходит силовое замыкание компонентов Ng, Рх и Р, а также разделение и измерение сил Р и Р с использованием вмонтированных в преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил Р и Р электрических преобразователей 24 и 25.

Отсутствие взаимовлияния компонентов Py. P и Ii в преобразователе 8

1174795

1 Рц И»

a = — (--" — — )

3 Z> 2 Ь получим

1 p„

4Р д, = Р„; э двух взаимно перпендикулярных сил обеспечивается большой разножесткостью и симметричным расположением стержней его упругого элемента в направлении неизмеряемых и измеряемых компонентов, а присоединенная к нему однокольцевая цилиндрическая прорезная пружина 9 разгружает преобразователь

8 двух взаимно перпендикулярных сил от действия вертикальной силы Р и 10 моментов H„ и И» вследствие ее малой жесткости в этих направлениях.

В результате производится силовое замыкание на основание .1 всех дейст вующих .на стенд сил и моментов.

Измерение остальных измеряемых компонентов Рч и Г1» производится путем преобразования перемещений, снятых с геометрических центров жестких перемычек 4, соединяющих упругие элементы 2 и 3. Эти перемещения, вызванные действием силомоментной нагрузки Р и М» на упругие элементы 2 и 3, через жесткие перемычки 4 и тяги 10 и 21 приводят в 25 действие рычажный механизм 11 для разделения силомоментной нагрузки.

В результате геометрический центр перемычки 4, соединяющей упругие элементы 2 (при заданных на фиг. 2 З0 направлениях действия сил и моментов),. будет при действии одной вертикальной силы Ру иметь перемещение

h< (фиг.5), равное половине величины этой силы, деленной на приведенную жесткость упругих элементов 2:

4

Соответственно тяга 20, передающая на рычаги !6 и 18 перемещение. от жесткой перемычки 4 упругих элементов 3 (фиг.7), будет иметь ход

Рабочие перемещения Д2 и Д 2. между свободными концами взаимодействующих рычагов 15 — 17 определяется (фиг.7) как сумма и разность перемещений Д и А, умноженных на передаточные отношения соответствующих рычагов

Д2ь= - (-." + — ) + —,-(- — — );

i Рм Г1 i2 Р М»

Z 2 Ь Z 2 L

ДЭ2

Ри Г1» ig P М»

Z2 2 Ь Z 2 L

Ф

При обеспечении равенства передаточных отношений, отнесенных к соответствующим жесткостям Z u Z

2 Э упругих элементов 2 и 3 (что являет- ся условием независимого измерения компонентов), на преобразователях

22 и 23 перемещений образуются рабочие хода Ар и ЙМ, а, следовательно, и электрические сигналы, пропорциональные выделяемым величинам внешних сил Р . и момента М», т.е. при д = — "P г Z

Аналогично, в том же месте от мо40 мента М», действующего вокруг оси

2, возникает перемещение (фиг.6), .равное этому моменту, отнесенному к расстоянию Ь между геометрическими центрами обеих перемычек 4 и приве, 45 денной жесткости упругих элементов 2:

Mz

Д е

LZ

В результате действия обеих ком50 понентов тяга 21 передает на соединенные ею концы рычагов 15 и 19 перемещение (фиг.7), равное сумме полученных перемещений: Р„М

2 2 2 ) ° ) 21мк

4м„=4Ы = -M< .

При этом коррекция передаточных отношений рычагов с целью устранения взаимовлияния компонентов достигается поочередным нагружением стенда влияющими нагрузками и перемещением электрических измерительных преобразователей 21 и 23 вдоль рычагов 1518 до тех пор, пока действие влияющей нагрузки не прекратится.

Под действием влияющего момента

М» упругие элементы 2 и 3 также будут деформированы (в разных направлениях), однако их перемещения вызовут только поворот жестких перемычек

4 вокруг оси Х, не вызывая перемещения тяг 20 и 21 в измеряемом вертикальном направлении, что обеспечивает отсутствие влияния этой компоненты на измерение Р11 и Г1».

1174795

Введение регулировочных приспособлений для перемещения с последующим закреплением неподвижных опор 14 рычажного механизма 11 для разделения силомоментной нагрузки позволяет устанавливать и при необходимости изменять передаточные отношения рычагов, а., следовательно, и чувствительность стенда по Р и И, а перемещением измерительных преобразователей 22 и 23 — устанавливать необходимые соотношения между реальными жесткостями и передаточными отношениями взаимодействующих между собой пар рычагов с целью компенсации возможной некоторой геометрической и силовой асимметрии силовой упругой системы 10 стенда, а, следовательно, и устранения взаимовлияния компонентов Р и H друг на друга.

- /»

Использование предлагаемого стенда позволяет проводить испытаНия моделей судовых и авиационных конструкций, в.частности в опытных бассейнах в условиях вибрации буксировочного средства и воздействия на модель волновых нагрузок, благодаря исключению силового воздействия на рычажный

1р механизм для разделения силомоментной нагрузки и преобразователь двух, вз аимно перпендикулярных сил, что приводит к повышению точности измерения и расширения области рабочих

15 частот, а также уменьшить взаимовлияние компонентов, "расположив центры шарниров вертикальных стоек и однокольцевой прорезной цилиндрической пружины в одной плоскости, и упрос20 тить юстировку стенда путем введения регулировочных приспособлений.

1174795

Я-Я

Фиг. 4! 174795

Составитель А. Амаханов

Редактор Н. Данкулич Техред Л.Микеш Корректор М. Самборская

Заказ 5175/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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