Силоизмерительный преобразователь

 

Использование: метрология, виброиспытания , системы управления колебаниями механических .объектов, робототехника. Сущность изобретения: преобразователь содержит установленные между фланцами 1 и 2 датчик давления 5 и упругий элемент 3, состоящий-из набора соединенных между собой чередующихся жестких армирующих 6 и упругих 7 слоев. Датчик давления 5 установлен в полости 4 упругого элемента 3, заполненной рабочей средой. В одном из фланцев выполнено заливное отверстие 8, герметично закрытое резьбовой пробкой 9. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s<)s G 01 (1/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

8 5

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4942625/10 (22) 04.06.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Институт машиноведения им. А.А. Благонравова (72) Д.В. Климов, С.В..Кравченко, В.А,.Тихонов и H.Ã. Яковлев (56) Авторское свидетельство СССР

hL 316951, кл. G 01 I 1/16, 1971, Авторское свидетельство СССР

f4777 "37, кл. 60) 1 1/02, 1974.

Заявка ФРГ N 3344901, кл. G 011 1/04, 1985. (54) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

„„ЯЯ„„1818552 А1

{57) Использование: метрология, виброиспытания, системы управления колебаниями механических, объектов, робототехника.

Сущность изобретения: преобразователь содержит установленные между фланцами 1 и 2 датчик давления 5 и упругий элемент 3, состоящий из набора соединенных между собой чередующихся жестких армирующих

6 и упругих 7 слоев. Датчик давления 5 установлен в полости 4 упругого элемента 3, заполненной рабочей средой, В одном из фланцев выполнено заливное отверстие 8, герметично закрытое реэьбовой пробкой 9.

1 ил, 1818552

Предлагаемое устройства относится к машиностроению и может быть использовано в метрологии, виброиспытаниях, системах управления колебаниями механических объектов, робототехнике и т.д, Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже представлена схема заявленного силоизмерительного преобразователя.

Устройство состоит из следующих основных элементов: 1 и 2 — верхний и нижний фланцы, 3 — упругий элемент, -4 — полость заполненная рабочей средой, 5 — датчик давления, 6 и 7 — жесткие армирующие и упругие слои, 8- заливное отверстие с пробкой 9, датчик давления.5 связан с измерительным устройством 10 кабелем 11.

Силоизмерительный преобразователь содержит два фланца 1 и 2, причем в одном из фланцев, например в 1, имеется заливное отверстие 8, которое герметично закрывается резьбааой пробкой 9. Фланцы 1 и 2 герметично связаны с набором чередующихся жестких армирующих 6. и упругих слоев 7, образующим в упругом элементе 3 силоизмерительного преобразователя внутреннюю полость 4, заполненную рабочей средой.

Датчик давления 5 устанавливается в полости упругого элемента 5, заполненной рабочей средой, и крепится к одному из фланцев, например, второму.

В качестве рабочей среды може быть использована вязкая, несжимаемая, неэлектропроводная и немагнитоправодная жидкость (например, глицерин или масло), Жесткие армирующие слои 6 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др,) или из композиционных материалов, например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и зпоксидных смол. В сечении жесткие армирующие и упругие слои имеют форму прямоугольников, Оптимальные толщины hA жестких армирующих слоев находятся в диапазоне

hА=(0,001-0,1) О, где 0 — внешний диаметр упругого элемента, Упругие слои 7 связаны с жесткими армирующими слоями 6 и фланцами 1, 2, например склеиванием, и могут быть выполнены на основе высокомолекулярных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например, специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига 6 материала упругих слоев

j =0,09 ° 10 ...5,0 10 ) Н/0=0,03„.0,73, 40 hA/h> — 0 06 19,8

d/0=-0,45...0,95

5

1.5

20 и модулем обьемного сжатия К в следующих диапазонах:

6=0,1...2,3 МПа, К=-0,6...4,9 ГПа.

Упругие материалы с указанными характеристиками являются слабосжимаемыми, так как их коэффициент Пуассона близок к

0,5 и свойство сжимаемости, определяющее высокую несущую способность силоизмерительного преобразователя, проявляется только при сжатии тонких слоев, Свойство сжимаемости проявляемое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, состоит в том, что их нормальная жесткость существенно возрастает (на 2-4 порядка), так как начинает определяться величиной модуля объемного сжатия К, который, в свою очередь, на 2...4 порядка превосходит модуль сдвига G. При этом сдвиговая жесткость эластомерного слоя по-прежнему определяется величиной модуля сдвига G.

Степень танкослойности упругих слоев определяется величиной параметра тонкослойности где =-hy/В, где ьy — толщина упругих слоев, В=(0-d)/2 — ширина колец, Относительная высота набора чередующихся жестких армирующих и упругих слоев ограничена соотношением: где Н вЂ” высота набора, 0 — внешний диаметр упругого элемента 3, а о1нашение толщин единичных жестких армирующих hA и упру. гих hy слоев равно

Относительный размер внутреннего отверстия ограничен соотношением

Силаизмерительный преобразователь рабогает следующим образам, Через заливное отверстие 8 полость 4 полностью заливают несжимаемой рабочей средой, Затем отверстие 8 герметично закрывают пробкой 9 и нагружают статической силой, например, устанавливают фланец 1 под опору тяжелого виброактивнаго объекта. Пространственный вектор сил, приложенный к верхнему фланцу 1, через упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихся жестких армирующих 6 и упругих

1818552 рующих и упругих слоев, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения несущей способности и повышения точности за счет исключения влияния неизмеряемых нагрузок, в упругом элементе выполнена полость, в которой размещен датчик давления, заполненная рабочей средой, при этом отношение толщин единичн ых жестких армирующих и упругих слоев выбирают из соотношения слоев, 7 и через рабочую среду, заполняющую полость 4, передается на нижний фланец 2, на котором установлен датчик давления 5 связанный кабелем 11 с измерительным устройством 10. При передаче си- 5 лы. на нижний фланец 2 происходит эффективное выделение силы одного направления (по оси датчика), так как осевая жесткость (по оси z) упругого элемента 3 во много раз больше его поперечной жестко- 10 сти (по осям х, у), а модуль упругости рабочей среды в полости 4 во много раз больше ее модуля сдвига . Таким образом, упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихся 15 жестких армирующих и упругих слоев, с полостью 4, заполненной рабочей средой, позволяет эффективно выделить силу только одного направления — по оси датчика z, которая через рабочую среду передается на 20 чувствительный элемент датчика давления

5; Давление в рабочей среде, пропорциональное измеряемой силе, воздействуя на чувствительный элемент дагчика давления порождает электрический сигнал, который 25 через кабель 11 передается на измерительный прибор 10, 3ап :нение полости 4 рабочей жидкостью пс:,оляет увеличить г. мпфирование в конструкции, что - меньшае влияние высо- 30 кочастстных ьолновых резонансов в упругом эл ементе 3.

Формула изобретения

Силоизмерительный преобразователь, содержащий установленные между фланца- 35 ми датчик давления и упругий элемент, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихся жестких армиhA/hó=0,06 — 19,8 где hp, — толщина жестких армирующих слоев;

h — толщина упругих слоев. относительную высоту набора указанных слоев выбирают из соотношения

Н /D=0,03 — 0.73, где Н вЂ” высота набора;

0 — внешний диаметр упругого элемента, а параметр тонкослойности упругих слоев элемента выбирают из условия (=0,09 10 — 5,0 10 где = йу/В;

В=(0-d)/2 — ширина колец;

D u d — внешний и внутренний диаметры упругого элемента, причем модуль сдвига материала упругих слоев элемента равен 6=0,1 — 2,3 МПа, а модуль обьемного сжатия равен К=0,6-4,9 ГПа.

Составитель Д. Климов

Техред М,Моргентал Корректор Н. Рввская

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1934 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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