Способ измерения поперечной нагрузки

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ на брус, заключающийся в прикреплении двух опор параплельно продольной оси бруса в двух точках , закреплении штанги на первой А опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту , отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повьш1ения точности, опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формуле , где 1 - масштабный коэффициент связи поперечной нагрузки с расстоя нием между штангой и второй опорой. в 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опоры к брусу прикрепляют в крайних продольных слоях.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 1. 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3574671/24-10 (22) 07.04.83 (46) 30. 01. 85. Бюл. Р 4 (72) А.П.Локтионов (71) Курский политехнический институт (53) 53 1.781(088.8) (56) 1. Справочник машиностроителя под ред. С.В.Серенса. М., ГИТНМЛ, 1962, с. 572.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 681334, кл. G 01 L 1/04, 1978 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧ.

НОЙ НАГРУЗКИ на брус, заключающийся в прикреплении двух опор параллельно продольной оси бруса в двух точках, закреплении штанги на первой.Л0. 11 4 А опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности, опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формуле

8 =%8 где k — масштабный коэффициент связи поперечной нагрузки с расстоянием d" между штангой и второй

Ch опорой. е

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что опоры к брусу прикрепляют в крайних продольных слоях.

1137346

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения нагрузок на силовые элементы конструкции механизмов и машин, и предназначено для измерения поперечных (перерезывающих) сил в деталях машин.

Известен способ, согласно которому внутренние усилия, возникающие в сечениях стержня, определяют из- 10 мерением перемещений (прогибов, углов, поворота), при этом удается избежать искажающего влияния местных деформаций (1).

Однако по способу необходимы изме- 15 рения в нескольких сечениях стержня.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ измерения поперечной нагрузки, заключающийся в прикреплении двух опор 20 параллельно продольной оси бруса в двух точках, закреплении штанги на первой опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и опре- 25 делении величины нагрузки по масш-. табному коэффициенту. По этому способу измеряют изгибные перемещения бруса на продольном измерительном участке, расстояние между точкой на упругой линии на втором конде измерительного участка и касательной к упругой линии на первом конце измерительного участка (относительный прогиб в системе координат), связан- З ной с первой опорой, а также относительный угол поворота упругой линии на концах измерительного участка.

Перерезывающую силу вычисляют по измеренным линейному и угловому пере- 40 мещениям с учетом предварительно определенных двух масштабных коэффициентов для линейного и углового перемещений 12).

Однако известный способ измерений 45 недостаточно точен и сложен, так как необходимо определять два масштабных коэффициента — отдельно по линейному и угловому перемещениям, одновременно с линейным перемещением тре-50 бует измерять угол поворота опор относительно друг друга, что сложнее измерения линейного перемещения, так как требует, например, кроме отсчетной трубы (или микроскопа) наличия 55 дополнительных средств измерения: рейки и системы зеркал. Способ реализуется устройством, для монтажа которого на брусе необходим продольный участок, свободный от внешней нагрузки, длиной, складывающейся из суммы длины измерительного участка— расстояния между опорами и двух боковых участков длиной не менее высоты поперечного сечения. Боковые участки необходимы для удовлетворения принципа Сен-Банана. Такой протяженный участок на силовом элементе сложной формы часто отсутствует, например, на колесной оси телескопической стойки самолета.

Цель изобретения — упрощение способа и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения поперечной нагрузки, заключающемуся в прикреплении двух опор параллельно продольной оси бруса в двух точках закрепления штанги на первой опоре и ориентированы в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту, опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формуле

9=k+, где 1 — масштабный коэффициент связи поперечной нагрузки с расстоя. нием Ю между штангой и второй опорой.

При этом опоры к брусу можно прикреплять в крайних продольных слоях.

На фиг. 1 изображен консольный брус, нагруженный поперечной нагрузкой; на фиг. 2 — участок бруса с измерительным сечением; на фиг. 3 — то же, поперечный разрез; на фиг. 4 опора.

На чертежах обозначены брус 1, измерительное поперечное сечение 2, нормаль 3 к продольному слою бруса в точке А, опоры 4 и 5, штанга 6, гибкая связь 7, основание 8, вильчатый элемент 9, зубцы 10, точечные упоры 11, гибкие перемычки 12 в опорах 4 и 5, сила Р, приложенная к брусу на расстоянии L от измерительного поперечного сечения 2, изгибающий момент IN, приложенный к брусу, перерезывающая сила О и изгибающий момент И,1 в сеМ чении А-Б, расстояние 1 между расчетной заделкой бруса. и сечением приложения внешних силовых факторов, расстояние Й между точкой Б и нор1137346

Ограничение на минимальное расстояние h как в известных способах, так и в предлагаемом накладывают в соответствии с принципом Сен-Ванана.

Расчетным путем масштабный коэффициент определяют по формуле

К= 1 (1) с кс где G — модуль сдвига материала бруса;

F — площадь поперечного сечения бруса;

Кс- коэффициент сдвига; а — длина базы измерения — расстояние между опорами 4 и 5.

50 малью 3 к продольному слою бруса в точке А.

Сущность изобретения заключается в следующем.

К брусу 1 в его ненагруженном состоянии прикрепляют две опоры 4 и 5.

Опоры 4 и 5 прикрепляют к брусу в точках А и Б в общем измерительном поперечном сечении симметрично нейтральному слою. Опоры 4 и 5 ориенти- 10 руют вдоль бруса 1 по продольным слоям бруса. К первой опоре 4 прикрепляют штангу 6 поперек бруса 1 в направлении ко второй опоре 5, при этом расстояние между штангой 6 и 15 опорой 5 должно быть равно нулю.

Затем определяют масштабный коэффициент К связи перерезывающей силы

Q с линейным расстоянием Р между штангой 6 и опорой 5 по нормали к штанге

6 вдоль бруса 1.

Масштабный коэффициент К определяют экспериментально или расчетным путем. Экспериментально масштабный коэффициент К определяют следующей 2S .совокупностью операций: измеряют и доводят до нуля расстояние d" между штангой 6 и опорой 5 в ненагруженном состоянии бруса 1, затем нагружают брус 1 известной тарировочной нагрузкой — поперечной силой P на расстоянии „ не менее высоты бруса от измерительного поперечного сечения 2 и измеряют расстояние d" между штангой 6 и опорой 5, вычисляют масштаб35 ный коэффициент по формуле к= /г„.

Если в ненагруженном состоянии бруса имеется ненулевое расстояние д между штангой 6 и опорой 5, то масш40 табный коэффициент вычисляют по формуле р — "о

При нагружении бруса неизвестной подлежащей измерению нагрузкой измеряют линейное расстояние d между штангой 6 и второй опорой 5 (между точкой Б в поперечном сечении 2 и перпендикуляром к продольному слою бруса в точке А) .

По Результату измерения расстояния Р рассчитывают перерезывающую силу Q, действующую в измерительном поперечном сечении 2, по формуле

0= Kd"

Если в ненагруженном состоянии брусаимеется ненулевое расстояние d между штангой 6 и опорой 5, то перерезывающую силу Q рассчитывают по формуле а =Кд - Kdî

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит опоры 4 и 5, ориентированные вдоль бруса 1 в точках А и Б — на концах поперечного измерительного участка. Опоры 4 и 5 прикреплены к брусу 1 гибкой связью.

Каждая опора 4 и 5 выполнена в виде жесткого основания 8 с жестким двухзубцовым плоским вильчатым элементом

9, содержащим зубцы — шипы 10. Линия, проходящая. через вершины зубцов 10, определяет ориентацию опоры. Опоры

4 и 5 с зубцами 10 являются эквивалентом ножевой опоры. Для придания устойчивости опора снабжена точечными упорами 11 со скругленными тупыми вершинами. Упоры 11 соединены с вильчатым элементом 9 гибкими перемычками †:пластинчатыми пружинами

12. К опоре 4 в направлении опоры

5:жестко прикреплена штанга 6. Устройство содержит также оптический измеритель расстояния между опорой

5 и штангой 6.

Устройство работает следующим образом.

Под действием поперечной нагруз ки поперечное сечение 2 сдвигается (фиг. 2) ° Жесткие плоские вильчатые элементы 9 с зубцами 10 ориентируют опоры 4 и 5 по продольным слоям бруса в точках А и Б, штанга 6 располагается по перпендикуляру 3 к продольному слою с точкой А и отклоняется от опоры 5 на расстояние

У, по результату измерения которого рассчитывают перереэывающую силу.

В стационарной аппаратуре, работающей в условиях воздействия вибрации, способ может быть реализован

1137346 щщццц Заказ 10512/30 Тираж 898 Подписное .алллал ллл Патлат, г.улеород, ул.Паоеатааа, Й с применением в качестве опор жестких приливов на поверхности бруса.

Прилив имеет узкое поперечное сечение в сочленении с брусом с ориентацией большой оси сечения вдоль бруса. Поскольку приливы образуют неоазъемное соединение с брусом, то

I в этом варианте гибкая связь отсутствует.

Предлагаемый способ позволяет измерять перерезывающую силу на порядок точнее прототипа,при упрощении процесса измерения . Упрощение сокраща. ет трудозатраты на процесс измерений.