Весы на упругих опорах

 

1. ВЕСЫ НА УПРУГИХ ОПОРАХ , содержащие коромысло с грузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов, упругие, вертикально расположенные, ленточные опоры, через которые коромысло связано с основанием и чашками, отличающиеся тем, что, с цепью уменьшения зависимости чувствительности весов от диапазона нагрузки , ленты упругих опор размещены так, что точки, находящиеся на расстоянии одной трети их рабочей длины от лентодержатепя на коромысле, расположены в одной плоскости, причем длина рабочей Части каждой опоры выбрана кз соотношения °. р - максимальная заданная продельная11агрузка на упругую опору , кг; Е - модуль упругости материала опоры, кг/см ; I 1 - ширина и толщина соответственно рабочей части упругой опо- |/Л ряы, см. 2. Весы по п. 1, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что они содержат уравновешид вагсаций механизм в виде рейтера, центр тяжести груза которого совмещен с указанной плоскостью.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК вв®0 no 3Ш + 01 G 3/12

OIlHCAHME ИЗОБРЕТЕНИ

H ABTOPGHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3338884/18-10 (22) 18.09.81 (46) 15.07.83, Бкцт. М 26 (72) Я. В. Васильев, B. H. Мамонтов, М. Е. Медник и А. И, Совертксв (71) Институт неорганической химии Си бирского отделения АН СССР и Новосибирскийинститут инженеров геодезии, аэрофотосъвмкй и картографии (53) 681.26(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР М 609061, кл. И 01 G 3/08, 1976.

2, Дубов Б, С. и др. Упругие опоры весоизмерительных приборов. М., Машгиз ; 1954, с. 35 (прототип). (54)(57) 1. ВЕСЫ НА УПРУГИХ ОПО.РАХ, содеркащие коромысло с грузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов. упругие, вертикально расположенные, ленточные опоры, через которые коромысло связано с основанием и чашками, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью уменьшения зависимости чувствительности весов от диапазона нагрузки, ленты упругих опор размещены так, что точки, находящиеся на расстоянии одной трети их рабочей длины от лентодержателя на коромысле, расположены в одной плоскости, причем длина рабочей . части каждой опоры выбрана из соотношения (Ebh g Ebh

)гр 12р где P - максимальная заданная продень» ная нагрузка на упругую опоруэ кг i

- модуль упругости материала опоры кг/см

Ф

9 „- ширина и толщина соответствен

1 но рабочей части упругой опоры, см.

2. Весы по и. 1> о т л и ч а ю щ не с я тем, что они содержат уравновешивающий механизм в виде рейтера, центр тяжести груза которого совмещен с указанной плоскостью.

1029012

Изобретение относится к весоизмерительной технике, а точнее к коромысловым весам с упругими ленточными опорами.

Известны коромысловые весы с упру- 5 гимн ленточными опорами (1), Однако их метрологические характеристики (такие как чувствительность, цена деления шкалы. весов, предельная абсолютная погрешность нелинейности цены деления шкалы весов от нагрузки) подбирались путем сложной регулировки взаимного расположения лентодержателей упругих опор.

Наиболее близкими по технической суш-15 ности к изобретению являются весы на опорах, содержащие коромысло с грузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов, связанные с коромыслом одним концом упругие, вертикально 2п распол ожен ные, лент очные on оры, че ре з которые коромысло связано с основанием и чашками P2).

Недостатком этих весов является значительная зависимость чувствительности 25 вес ов от диапаз она н агрузки, Бель изобретения — уменьшение зависи мости чувствительности весов от диапазона нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в весах на упругих опорах, соррржаших коромысло с т рузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов. упругие вертикально распопженные, ленточные опоры, через которые

35 коромысло связано с основанием и чашками, ленты упругих опор размещены так, что точки, находящиеся на расстоянии одной трети их рабочей длины от лентодержателя на коромысле, расположены в од- „ ной плоскости, причем длина рабочей части каждой опоры выбрана из соотношения, ьЬ ЮМ о ы

45 где P — максимальная заданная продольная нагрузка на упругую опору, кг; — модуль упругости материала 50 опоры, кг/см ;

2, b 4 — длина, ширина и толщина соответственно рабочей части упругой опоры, см.

Весы содержат уравновешивающий ме- 55 ханизм в виде рейтера, центр тяжести груза которого совмещен с указанной плоскос тью.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение двухчашечных весов с упругими ленточными опорами, в общем случае имеющих различную длину рабочей час ти; на фиг, 2 — весы, в которых уравновешивание производится рейтерным механизмом; на фиг, 3 — весы, у которых точки выхода упругих опор иэ зашемлений в лентодержателях, эакрецпенных на коромысле, лежат в одной плоскости; на фиг. 4 - упругая опора, работающая на рас тяже ние.

Весы содержат коромысло 1, подвешен, ное к основанию 2 с помощью центральной упругой опоры 3, закрепленной в лент одержа телях 4 и 5; груз опри емну ю чашку 6 с нагрузкой, устройство уравновешивания 7 (фиг. 1 и 3 в качестве этого устройства используется чашка с гирями; на фиг, 2 — рейтерный механизм), грузовой компенсатор 8 постоянной составляющей устойчивости весов. Чашки подвешены к коромыслу через переходни1 ки 9 и груэоприемные упругие опоры 10, защемленные в лентодержателях 11 и 12, В весах (фиг. 1) центральная упругая опора 3 работает на растяжение с изгибом, а груэоприемные опоры 10 — на сжатие с изгибом. Расстояния С1„,d,c) g равны одной трети длины рабочей части соответствующих упругих опор.

Б варианте исполнения (фиг. 2 ) грузоприемная опора 10 работает на растяжение с изгибом, а уравновешивание производится рейтерным механизмом 7, перемещающимся вдоль коромысла 1 параллельно плоскости, отсекающей отрезки на упругих опорах, равные одной трети длины их рабочей части, отсчитывая от точки выхода опор из лентодержателей, расположенных на коромысле, Рейтерный механизм имеет сменные грузы 13, центры тяжести которых лежат в указанной выше плоскости, В варианте исполнения (фиг. 3) центральная упругая опора 3 работает на сжатие с изгибом, а грузоприемные опоры

10 — на растяжение с изгибом, причем длины рабочих частей опор равны между собой.

В качестве примера рассмотрим двухчашечные равноплечные коромысловые весы с диапазоном изменения нагрузки

20 кг на каждую чашку, в которых вес коромысла с грузовым компенсатором составляет 15,2 кг, вес чашки — 2,6 кг, толщина и ширина грузоприемных опор равняется соответственно hq,g 00,02 см, 102Я012 ф„. 1,6 см; толщина и ширина централь,ной опоры fly 0,03 см, Ьа. 3,2 см, а модуль упругости опор E 2 10 кГ/см, б

Т.е. максимальная нагрузка на грузоприемную упругую опору равняется Р 22,6 кг5 а на центральную опору — Р 60,4 кг.

С учетом этих параметров выбирается длина рабочей части грузоприемных опор, равная .),е пр ) =g х.гп ",I дУе

" гЛ! Р (, = OISIN CQ и длина рабочей части центральной опоры, 1 равная: 15

0,$ с м

42 60,4

Поэтому в варианте исполнения весов, I 20 когда .все упругие опоры работают на растяжение (сжатие) с изгибом, лентодержа- тели упругих опор на коромысле размещены так, что точки выхода груэоприемных упругих опор лентодержателей находятся на 0,27 см выше (ниже) чем аналогичная точка выхода центральной опоры. для варианта исполнения, когда грузоприемные опоры работают на сжатие (растяжение) с изгибом, а центральная опора на растяжение (сжатие), лентодержатели на ко -.

30 ромысле располагаются так, что соответствующие точки выхода груэоприемных опор- находятся на 0,063 см выше (ниже), чем аналогичная точка выхода центральной опоры, Такое расположение на ко-З5 ромысле лентодержателей обусловлено одним общим для всех 4-х вариантов исполнения весов условием: сечения грузоприемных упругих опор, находящиеся на расстоянииЯ = ф-.0,103 см, и сече- 40 ние центральйой опоры, находящееся на расстоянии / =6 /3= 0,166 см, считая от точек выхода опор иэ лентодержателей на коромысле, находятся в одной плоскости. 45

Поясним это на примере весов, в которых все опоры работают на растяжейие.

B этом случае лентодержатели грузо приемных опор, расположенные на коромысле, всегда направлены вниз, а ленто- 50 держатели центральной опоры - вверх (фиг. 2). Поэтому для того, чтобы обеспечить здесь выполнение приведенного условия необходимо, чтобы точки выхода груэоприемных опор иэ лентодержателей 55 на коромысле лежали на к /3=0,31/3 см

I выше, а аналогичная точка выхода центральной опоры на 3g =0,5/3 см ниже плоскости, отсекающей по одной третьей длины от каждой опоры, считая от точки выхода ее из лентодержателей на коромысле. В итоге расстояние 1IQ вертикали между точками выхода грузоприемных опор и точкой выхода центральной опоры как и отмечалось оказывается равным е

6 y(>+< 8= 0,31 3+ОЯъ =ОД7 см

Весй работают, так, что при измейении нагрузки на упругие опоры постоянство цены деления шкалы весов определяется постоянством устойчивости весов, обусловленной деформацией упругих опор и изменением потенциальной энергии грузов в поле силы тяжести. При условии .

ГеХЕЬМ(ГГЗР г пефорегепип упругих опор при повороте коромысла происходит практически по дуге окружности и поэтому устойчивость весов, обусловленная деформацией упругих опор, и фактически не зависит от нагрузки, Чтобы убедиться, что при предлагаемом расположении пентс деожателей на коромысле и точек выхода опор из заделок в лентодержателях, длина рабочей части которых удовлетворяет приведенному условию, линейно зависящая от нагрузки составляющая устойчивости весов, связанная с.цотенциальной энергией грузов, не влияет на цену деления шкалы весов, рассмотрим. в качестве примера грузоприемную опору, работающую на растяжение при положении коромысла, отключенном от горизонтального положения на угол о (фиг. 4).

Удаление Н точки выхода упругой опоры из заделки в лентодержатепе на коромысле от горизонтальной плоскости, проведенной через точку выхода опоры иэ заделки на переходнике прис(= О, равное длине 0 рабочей части опоры, при откло- ненном положении коромысла íà угол Ы. равноР91ис где R — радиус изгиба опоры, равный ) g. Это означает, что при повороте коромысла груз поднимается на большую высоту, чем точка выхода опоры иэ заделки в лентодержателе на коромысле на величину 3-Н=g-$q1ngP,, Вертикальное перемещение груза о носительно точки А, находящейся на касательной, проведенной из точки защемления опоры на коромысле, на расстоянии g =k/3, считая от точки выхода упругой опоры (фиг. 4) равно

Р-Н-И(Ъ-(СО fS) "Разлагая вь ражения

В- и@ - СО . (3 а ряд, п у

3 1029012

Е-Н= оР б-Са 5 +. ° ° уп

ЦЬ-Есо .ЦЪ=Е Р/Е-М ф-4!)+...

Сравнение этих выражений показывает, что, с точностью до бесконечно малых второго порядка, перемещения груза по вертикали относительно точки А при поворте коромысла не происходит. Спедует подчеркнуть, что точка А не с8впадает с мгновенным центром вращения О опоры, находящимся на пересечении .наса тепьных, проведенных иэ точек выхода упругой опоры из заделки на коромысле и переходнике.

Сказанное справедливо и дпя груэопри. емной опоры, работающей на сжатие, и дпя центральной опоры, работающей как на сжатие, так и на растяжение с изгибом, 20

Если сечения всех упругих опор, проведенные в точках А, распопоженных на соответствующих касательных на расстоянии Cf 8 /j отсчитывая от точки выхода

1 опоры из лентодержатепя, распопоженного y5 на коромыспе, помещены в одной ппоскости, то при повороте коромысла не происходит вертикальное перемещение грузов относительно этой плоскости и поэтому по-, тенциальная энергия грузов, подвешенных к грузоприемным опорам, а такж грузов, центры тяжести которых находятся в упомянутой плоскости, не изменяется при изменении нагрузки. B этом случае цена де» пения шкалы весов опредепяется только ,35 энергией деформации упругих опор и, сле-. доватепьно, не зависит от нагрузки для 5 2 4 b /(р ) кривизне деформированных опор не постоянна, что йриводит к зависимости цены депения шкалы весов 40 от нагрузки.

Предлагаемое взаимное расположение лентодержатепей опор, связанное с предлагаемым выбором их дпин рабочей части, обеспечивает гораздо меньшее (по сравнению с прототипом) изменение цены депения шкалы весов в широком диапазоне изменения нагрузок, Кроме того, юстировка весов после их сборки сводится топько к регулировке вертикального положения центра тяжести коромыспа гру- . зовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов. Это означает, что отпадает необходимость регупировки вертикального взаимного положения дентодержатепей упругих опор на коромысле и,следовательно,отпадает необходимость конструирования и изготовпения в такихвесах коромысеп с регулируемыми положениями пентодержатепей в вертикальных цлоскостях.Кроме тогоприменение бапее ко»

/ ротких, по сравнению с прототипом, упруINK опор значительно повышает боковую жесткость и устойчивость подвижной части весов, критическая сила которой (действующая в направлении, перпендикупярном плоскости поворота коромысла j обратно пропорциональна квадрату дпины рабочей части упругой опоры, что с одной .стороны повышает надежность работы ве сов, а с другой - искпючает необходи. мость применения специальных устройств в целях предохранения подвижной части весов от случайных боковых нагруэok.

С другой стороны, уменьшение длины.Ю ругой опоры по сравнениюоб1Е /(р) Ф провождается таким увеличением иэгибной жесткости опор, которое приводит к необходимости спишком высоко поднимать центр тяжести коромысла, но практически уже не уменьшает нелинейной вариации цены деления шкапы весов при изменении нагрузки.

1029012

1029012

Составитель М. Гулевич

Редактор Т. Парфенова Техреа Т Маточка Корректор В.Бутягин

Заказ 4995/38 Тираж 643 Подписное, БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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