Устройство для измерения усилий

Устройство для измерения усилий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Автор изобретения Ю, Н, Коробкин (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения момента кручения осевых и тангенциальных сил, например при испытаниях материалов в условиях сложного напряженного состояния.

Известно устройство для измерения момента кручения и осевой сжимающей силы, содержащее пару тензоэлементов, скрепленных с одной стороны и связанных с силоприемной головкой другой стороной, и тензорезисторы, включенные в цепи мостовой схемы (13 .

Однако данное устройство имеет низкую точность из-за взаимного влияния сил, и .ограниченный диапазон измерения иэ-за напряжений в тензоэлементах, вызываемых также взаимным влиянием ю сил.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тензо метрический датчик силы для измерения осевой сжимающей силы и тангенциаль2 ных сил, содержащий пару тензоэлементов, скрепленный одной стороной и связанных с силоприемной головкой другой стороной, и тензорезисторы, включенные в цепи мостовой схемы 52) .

5 Однако известный датчик имеет низкую точность иэ-за трения при относительных смещениях тензозлементов, температурных влияний на сопротивление тензорезисторов, кроме того, датчик не

10 позволяет измерять силы растяжения и момент кручения, а диапазон его измерения ограничен высокими контактными напряжениями в соединениях тензоэлементов с силоприемной головкой.

Целью изобретения является повышение точности эа счет уменьшения трения между конструктивными элементами при измерении компонентов усилий.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для измерения усилий, / содержащее два коаксиальных упругих элемента с тензореэисторами, соединенных одними конц между собой лоприемной головки 5 в параллельных плоскостях слоями перпендикулярно оси устройства, а восемь многослойных резинометаллических элементов 7 установлены взаимно перпендикулярно попарно слоями параллельной оси устройства между шлицевыми выступами внутреннего упругого элемента 2 и шлицевыми пазами силоприемной головки 5 (фиг. 2), ig причем многослойные резинометаллические элементы 7 установлены на равных расстояниях от многослойных резинометаллических элементов 6 (фиг. 1, расстояния с» -c»). Замыкание силовой цепи: силоприемная голбвка 5 — упругий элемент 1 осуществляется наружныы кольцевым выступом 8 силоприемной головки 5 и фланцем 9 наружного упругого элемента 1, Упругие элементы 1 и 2 снабжены тензорезисторами 10-13, включенными в цепи мостовой схемы, с учетом знака деформации or измеряемых сил, внецентренности приложения сил и температурд ной компенсации тензорезисторов (фиг.

3-7). На упругий элемент 1 для измерения осевых сил по его средней части (фиг, 1) наклеены восемь тензорезисторов: четыре наклеены параллельно оси элемента, а другие — перпендикулярно его оси, Два тензорезистора Я и

v с продольной деформацией включены в одно плечо, а два других R и Р4 — в другое плечо моста, два диаметрально

/ t

3S противоположных тензорезистора, Я с поперечной деформацией включены в одно смежное плечо моста а два других—

Я, Я4 в другое плечо моста, смежное с продольными тензорезисторами (фиг. 3 и 4). На упругий элемент 2 в его средней части (фиг. 1) наклеены восемь теизорезисторов взаимно перпендикулярно попарно и под углом 45 к его оси для измерения момента кручения (фиг.

5-7). Эти тензореэисторы соединены

45 по схеме полного моста, причем два диаметрально противоположных тензорезистора Я.,и Я с одним знаком дефор1 мации включены в одно плечо моста, а два других, с тем же знаком деформа50 ции; R и R> включены в противополож-!

1 ное плечо моста, два диаметрально проrHB0IIoJIOKHbIX тЕНэоРеэистоРа 2 и Я 2c другим знаком деформации включены в одно и ежное плечо моста, а два других и Я4 — в другое смежное плечо мосЦ: 1 . та. Кроме того, на упругий, элемент 2 у его основания (фиг. 1) для измерения тангенциальных сил наклеены четыре

3, 97990 фланцем, а другими концами связанных с силоприемной головкой, введены. многослойные реэинометаллические элементы, наружный упругий элемент выполнен с внутренним кольцевым выступом, силоприемная головка — с наружным коль цевым выступом, и шлицевыми пазами, а на внутреннем упругом элементе выполнены шлицевые выступы, причем между внутренним кольцевым выступом и фланцем наружного упругого элемента и наружным кольцевым выступом сил>приемной головки установлены два коль. цевых многослойных резинометалличес ких элемента, параллельными слоями, а восемь плоских многослойных реэинометаллических элементов установлены попарно слоями между шлицевыми выступами внутреннего упругого элемента и шлицевыми пазами силоприемной головки.

Такое соединение упругих элементов с силоприемной головкой позволяет увеличить контактное давление между силовоспринимаюшими поверхностями упругих элементов и силоприемной головки, обеспечить кинематическую развязку сил, кроме того тензорезисторы включены в мостовую схему с учетом знака деформации от измеряемых сил, внецентренности их приложении и температурной компенсации сопротивления тензорезисторов.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение A-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема соединения тензорезисторов, наклеенных на упругий элемент осевых сил; на фиг. 4 -.развертка упругого элемента осевых сил; на фиг. 5 - -схема соединения тензорезисторов для измерения момента кручения; на фиг. 6 — схема соедигвния тензорезисторов для измерения тангенциальных сил; на фиг. 7. — развертка упругого элемента момента кручения и тангенциальных сил.

Динамометр содержит коаксиальную в виде, полых цилиндров пару упругих элементов осевой силы 1 и момента кручения и тангенциальных сил 2, скрепленных одной стороной фланцами 3 и 4, а другой стороной связанных с силоприемной головкой 5 через многос юй=.. ные. резинометалличесиие элементы 6 и

7, два кольцевых многослойных резинометалличес1их элемента 6 установлены между внутренним кольцевым выступом и фланцем наружного упругого элемента

1 и наружным кольцевым выступом си5 9799 тенэорезистора (фиг. 6-7), причем главные оси генэорезисгоров параллельны оси упругого элемента 2 и находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях и диаметрально противоположные тензоре- 5 зисторы Р., К, Р+, Р включены в смежные плечи моста соответственно.

При приложении к силоприемной головке 5 момента кручения осевой и тангенциальных сил, она пвредаег их через мно-<й гослойные резинометалличвские элементы

6 и 7 на упругие элементы 1 и 2. Транзисторы 10-13 передают информацию о силах на блок регистрации (не показан).

Осевая сила не действует на упругий И элемент 2, так как она скомпенсирована резиновыми слоями параллельными ей многослойных реэинометаллических элементов 7. Момент кручения и тангенциальная сила не действует на упругий 39 элемент 1 осевой силы, гак как они скомпенсированы резиновыми слоями параллельно действующим силам многослойных резинометаллических элементов 6, Внецентренность приложения сил с одной 25 стороны компенсируется многослойными реэинометаллическими элементами 6 и 7, а с другой стороны — схемой наклейки и соединения тензореэисгоров в полный мост. Взаимная развязка сил позволяет 30 повысить точность измерения сил. Диапазон измерения сил увеличен, гак как элементы 1 и 2 кинематически развязаны от взаимного влияния сил многослойными реэинометаллическими элементами 6 и 7,э которые к тому же выдерживают более высокие удельные нагрузки, чем шариковые.

С помощью предлагаемого устройства, можно измерять тяговые характеристики 4й авиационных двигателей усилия, при производстве и эксплуатации газовых и гидравлических турбин, судовых силовых установок, при бурении скважин, Кроме того, с помощью устройства можно оценивать также КПД двигателей внутреннего сгорания, производить контроль центровки

05 загрузки самолета, г.е. испольэовать в условиях, где есть необходимость в опновременном измерении момента круче, ния, осевых и гангенциальных сил.

Формула изобретения

Устройство для измерения усилий, содержащее два коаксиальных упругих элемента, с тензореэисторами, соединенных одними концами между собой, а другими концами, связанных с силоприемной головкой, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения трения между конструк RBHblMH элементами при измерении компонентов усилий, в него введены многослойные резинометаллические элементы, наружный упругий элемент выполнен с внутренним кольцевым выступом, силоприемная головка — с наружным кольцевым выступом, и шлицевыми пазами, а на внутреннем упругом элементе выполнены шлицевые выступы, причем между внутренним кольцевым выступом и фланцем наружного упругого элемента и наружным кольцевым выступом силоприемной головки установлены два кольцевых многослойных резиномегаллических элемента параллельными слоями, а восемь плоских многослойных резинометаллических элементов ус тановлены попарно слоями между шлицевыми выступами внутреннего упругого элемента и шлицевыми пазами силопривмной головкй.

Источники информации, принятыв во внимание при экспертизе

l< Калинников А. E. Приспособление для одновременного измерения осевой силы и крутящего момента в трубчатом образце. - Заводская лаборатория, 1969, ¹ 11, 2. Авторсков свидетельство СССР

¹ 375500, кл. 6 03. 4 1/22, 1971 (прототип), 979905

Х з щ

У

Фиг. 7

Составитель В, Курбатова

Редактор В, Иванова Техред С.Мигунова Корректор М Шароши

Заказ 9345/29 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, S, Раушская наб., д. 4/5

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