Устройство для измерения сил

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ, содержащее корпус и чувст« вительный элемент, выполненный полого цилиндра из магнитоупругого материала с .обмотками, о т л и ч ающее с я тем, что, с целью расширения функциональных в зможностей путем измерения знакопеременныхусилий, корпус выполнен в виде двух коаксиальных обойм,, каждая из которых имеет по два кольцевых выступа, контактирукнцих с торцами чувствительного элемента, при этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным.

(19) (10. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ЫЮ 6,01Ь 112

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

FIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

j (21) 3353638/18-10 (22) 10.11 ° 81 (46) 15.04.83. -Вюл. 9 14 (72) В.С. Дудников, л. В. Аверин, A.Ã. Макаренков и Д.Н. Яременко. (71) Днепропетровский ордена Трудо- вого Красного Знамени государствен.ный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 531. 781(088. 8) . (56) 1. Машины и стенды для испытаний деталей. Под ред. Д.Н. Решетова.

М., "Машиностроение", 1979, с. 15.

2 Гуманюк.М.Н. Магнитоупругие силойзмерители. Киев, "Техника", 1981, с..64, 161 (прототип) ° (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДНЯ ИЭМЕРБНИЯ СИЛ, содержащее корпус и чувст вительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра из магнитоупругого материала с обмотками, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения знакопере-, менных усилий, корпус выполнен в виде двух коаксиальных обойм,. каждая .из которых имеет по два кольцевых выступа, контактируюцих с.торцами чувствительного элемента, при этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным.

1012053

2. Устройство по п. 1, о т л ич,а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм, между кольцевыми выступами обойм и чувствительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндрическими поверхностями контактирующие с обоймами, а на торцах шайб выИзобретение относится к силоизмерительной технике и может. быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники для дистанционного измерения сжимающих и растягивающих сил, например, при статических испытаниях машиностроительных конструкций на прочность и жесткость, в том числе в составе автоматизированной системы управ- 10 ления процессом нагружения при испытаниях.

Известно устройство для измерения растягивающих усилий при статическом нагружении с применением П-образных динамометров сжатия -с индикатором часового типа в качестве измерительного средства (11.

Однако эти. динамометры позволяют измерять. усилия только одного определенного направления и при том толь- 20 ко визуально. Дистанционное измерение усилий, а тем более использование силоизмерительного устройства в качестве датчика обратной связи при программном нагружении вообще невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является магнитоупругий силоизмеритель, включающий чувствительный элемент в виде. ЗО полого цилиндра, взаимодействующего своими торцами с опорными поверхностями других элементов исследуемой силовой цепи (2 ).

Чувствительный элемент известного силоизмерителя. не имеет жесткой связи с другими элементами силовой цепи или своим корпусом, поэтому может измерять только сжимающие усилия, что существенно ограничивает возможные области применения таких силоизмерителей.

Целью изобретения являетая расширение функциональных возможностей устройства путем измерения знакопеременных усилий. 45

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения сил, содержащем корпус и чувствительполнены кольцевые выступы, при этом кольцевые выступы, расположенные на торцах, контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с од- ной из цилиндрических поверхностей этого чувствительного элемента, а кольцевые выступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента. ный элемент, выполненный в виде полого цилиндра из магнитоупругого материала с обмотками, корпус выполнен в виде двух коаксиальных-обойм, каждая из которых имеет по два кольцевых выступа, контактирующих с торцами чувствительного элемента,. при этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным.

Кроме того, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм, между кольцевыми выступами обойм и чувствительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндрическими поверхностями контактирующие с обоймами, а на торцах шайб выполнены кольцевые выступы, при этом кольцевые выступы, расположенные на торцах, . контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с одной из цилиндрических поверхностей этого чувствительного элемента, а кольцевые выступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для измерения сил содержит корпус, состоящий из наружной

1 и внутренней 2 коаксиальных обойм.

Между обоймами установлен чувствительный элемент 3 в виде полого цилиндра. Чувствительный элемент 3 из готовлен из магнитоупругого материа-. ла, например инвара 36НХТЮ. На боковой поверхности полого цилиндра закреплены обмотки 4, которые могут быть включены между собой, например, по схеме трансформатора, дросселя и т. д. Обмотки 4 соединены с разъемом 5, закрепленным на обойме 1. Торцы чувствительного элемента 3 взаимодействуют с торцами кольцевых шайб б. Шайбы б своими внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями. взаимодействуют соответственно с внутренней 2. и наружной 1 обоймами корпуса, обеспе1012053 чивая их взаимное центрирование.

Торец шайбы б, контактирующий с торцом .чувствительного элемента. 3, выполнен ступенчатым. Образовавшийся кольцевой выступ 7 заходит внутрь полого цилиндра и своей йаружной цилиндрической поверхностью взаимо-. действует с внутренней поверхностью кольцевого чувствительного элемента

3, центрируя последний относительно обойм корпуса. Выступ 7 может бытЬ выполнен на внешнем крае шайбы б.

В этом случае он охватывает элемент

3 снаружи, при этом его внутренняя цилиндрическая поверхность .взаимодействует с наружной цилиндрической 35 поверхностью элемента 3. Противоположный торец шайбы 6 выполнен с кольцевым выступом 8, расположенным напротив торца. чувствительного элемента 3. 20

На обойме 1 выполнены кольцевые выступи 9 и 10, а на.обойме 2 - коль цевые выступы 11 и 12. Выстцпы 9,11 и 10, 12 направлены навстречу друг другу и взаимодействуют при этом через прокладку 13, выполненную из мягкого алюминия, с кольце.выми выступами 8 шайб 6, контакти- . рующих с торцами чувствительного элемента 3.

Кольцевые выступы 10 и 11 выполнеыы подвижными вдоль оси обойм, на- . йример, в виде гаек, перемещающйхся по резьбам 14 и 15 соответственно.

Обойма 2 имеет резьбовой стержень 16, с помощью которого осуще- 35 ствляется кинематическое и силовое завыкание со звеном 17 силовой .цепи.

На обойме 1 закреплена на резьбе проушина 18, с помощью которой также осуществляется кннематическое — 40 и силовое замыкание с другим звеном

19 сйловой цепи, использующей данное устройство для измерения сил.

Обойма 2 выполнена с внутренней пОлостью 2 В кОтОрую захОдит резь- 45 бовой конец проушины 18.

Устройство работает следующим образом.

При нагружении устройства в составе силовой цепи, например, сжимаю" щим усилием, измеряемое усилие от 5О. проушины 18 передается обойме 1, которая через свой неподвижный кольцевой выступ 9,.прокладку 13 и выступ

8 верхней шайбы б передает усилие на верхний торец чувствительного эле- 55 мента 3. Далее через нижний торец ,,элемента 3 усилие передается нйжней даайбы б, от нее - неподвижному высту- . пу 12 обоймы 2 и через резьбовой стер4 жень 16 замыкается иа звено 17. 60

Чувствительный элемент 3 при этом подвергается сжатию.

При нагружении устройства растягивающим усилием оно от проушины 18 передается обойме 1, от нее через 65 подвижный кольцевой выступ 10, нижние прокладку 13 и шайбу б — на нижний торец чувствительного элемента 3,. затем через верхний торец элемента

3 и верхние шайбу б и прокладку 13подвижному кольцевому выступу 11. обоймы 2, самой обойме 2 и через резьбовой стержень 16 замыкается на- звене 17. Чувствительный элемент

3 при этом также подвергается сжатию.

При сжатии чувствительного элемента 3 меняется его намагниченность, что приводит к соответствующему измерению электрического сигнала, снимаемого с выходйой обмотки, пропорциональному приложенному усилию.

По результатам предварительной тарировки электрическому сигналу ставится в соответствие эамеряемое усилие. По достижении заданного усилия подается команда на отключение нагру-. жающего устройства. Устройство может использоваться в качестве датчика обратной связи в составе автоматизированной .системы управления процессом.нагружения при испытаниях.

Выполнение корпуса из двух коаксиальных обойм с двумя кольцевыми выступами на каждой из них, между которыми расположен чувствительный элемент в виде полого цилиндра, позволяет использовать один чувствительный элемент, работающий-на сжатие.; для измерения как сжимающих, так и растягивающих усилий. Это. значительно расширяет технологические возможности при нагружейии машиностроитель» ных конструкций во время испытаниЯ их на прочность и жесткость.

Работа чувствительного элемента

3 в одном и том же режиме сжатия при измерении как сжимающих, так и растя. гивающих усилий устраняет такой орга-. нический недостаток магнитоупругих материалов как различная чувствитель- . ность,. при растяжении и сжатии позволяет использовать одну и ту же градуировку.

Выполнение одного из выступов обойм перемещающимся по резьбе облегчает сборку устройства и позволяет производить предварительное нагру.жение чувствительного .элемента для уменьшения нелинейности начапьного участка градуировочной характеристики.

Установка кольцевых шайб 6 с выстуном 7 на торце обеспечивает взаимное центрирование обойм 1 и 2 корпуса чувствительного элемента 3, что за счет центрального приложения измеряемого усилия значительно повъааает,точность измерения.Выполнение кольцевых шайб б с кольцевым выступом 8 на торце исключает влияние деформаций (прогибов ). взаимодействуккцих с ними кольцевых

;выступов обойм 1 и 2 на величину пе1012053

Составитель Н. Вовчук

Техред A. Бабинец

Корректор A. Лзятко

Редактор М. Бандура

Заказ 2747/50 Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 редаваемого (измеряемого) усилия, при этом высота выступа 8 должна превышать величину указанных деформаций.

Выполнение выступа 8 напротив торца чувствительного элемента 3 исключает появление изгибающих нагрузок на шайбу б и, как следствие, обеспечивает передачу измеряемого усилия равномерно -по всей плоскости торца чувствительного элемента 3.

Установкой прокладки 13 достигается передача измеряемого усилия всем периметром кольцевых выступов обойм на кольцевую .шайбу б или непосредственно на торец чувствительного элемента 3. В результате этого обеспечивается центральность приложения измеряемого усилия к чувствительному элементу, что повышает точность измерения. Кроме того, могут быть снижены требования к точности изготовления выступов обойм корпуса, что повышает технологичность конструкции и снижает стоимость изготовления.