Устройство платформенного типа для многокомпонентного измерения сил и моментов

 

Изобретение относится - к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений компонентов сил и моментов . Устройство состоит из прямоугольной силовоепринимающей плиты 1, соединенной упругими элементами 3

СОЮЗ СОЩ=ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (61) 4 G 01 L 5/16

Яа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3822289/24-10 (22) 03.12.84 (46) 07.01.87. Бюл ¹. 1 (71) Всесоюзный проектно-технологи— ческий и экспериментально-конструкторский институт по спортивным и туристским изделиям (72) M.A.Òðàõèìîâè÷, В.В.Багреев и Н.Ю.Стручкова (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 449252, кл. G 01 L 3/12, 10.10,72, Авторское свидетельство СССР № 224859., кл. С О 1 L 5/ 16, 20. Об. 83. (54) УСТРОЙСТВО ПЛАТФОРМЕННОГО ТИПА

ДЛЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ

И МОМЕНТОВ (57) Изобретение относится - к силоиэмерительной технике и позволяет..SU„„1 81938 А1 повысить точность и расширить диапазон измерений компонентов сил и моментов. Устройство состоит из прямоугольной силовоспринимающей плиты 1, соединенной упругими элементами 3 (4, 5) с основанием 2. Каждь:й упругий элемент выполнен B виде плоской

Г-образной рамы, состоящей из устао новленных под углом 90 стержней За (4а, 5a) и 36 (46,56) с тензорезисторами 7, 8. Один из упругих элементов расположен в середине стороны силовоспринимающей плиты 1, два других на смежных ее сторонах, на определенном расстоянии, за счет чего достигнута максимальная перегрузочная Е

Ф способность. Стержни За (4а, 5a) работают на сжатие, а стержни Зб (4б, Q)

56) — на изгиб, не оказывая практически влияния на деформадию друг дру. га. 2 ил.

1281938

2 цы стержней в каждом упругом элементе 3, 4 и 5 жестко соединены между собой и основанием 2. Крепление силовоспринимающей плиты 1 в узлах

О,, О и О стержней и совместная заделка их противоположных концов обеспечивает рабочую деформацию всех шести стержней За, Зб, 4а, 46, 5аи 56 в виде растяжения — сжатия,что

10 создает максимальную жесткость устройства вцоль и вокруг всех трех координатных осей ОХ, OY u OZ и уменьшает погрешности измерений динамических нагрузок при обеспечении мил

15 нимального взаимовлияния между всеми ортогональными осями по сравнению с упругими элемента" ми, работающими на изгиб, сдвиг или кручение. При этом упругие элементы расположены так, что плоскость упругого элемента 5 перпендикулярна оси симметрии устройства, а именно оси

ОУ, плоскости упругих элементов 3 и и4 развернуты относительно этой оси

25 на угол о = 28 — 32 таким обратозом, что в пересечении всех указанных плоскостей с плоскостью XOY образуется равносторонний треугольник, отмеосченный на фиг. 1 штрихпунктирной

30 линией. Упругий элемент 5 находится в середине стороны 2 прямоугольной силовоспринимающей плиты 1, упругие элементы 3 и 4 находятся на смежных у ее сторонах 2K на расстоянии а.от

Ра35 стороны 21 с упругим элементом 5, енудовлетворяющем соотношению:

Изобретение относится к силоизме рительной технике и предназначено для многокомпонентного измерения ст тических и динамических сил и момен тов, Цель изобретения — повышение точ ности и расширение диапазона измере ния компонентов сил и моментов.

На фиг. 1 схематично изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 пример крепления силовопринимающей плиты к упругим элементам и упругих элементов к основанию,.

Устройство платформенного типа для,многокомпонентного измерения си и моментов состоит из силовоспринимающей плиты 1, основания 2, .трех одинаковых упругих элементов 3-5, которые присоединены к -основанию и силовоспринимающей плите болтами 6.

Силовоспринимающая плита 1 имеет в плане форму прямоугольника со сто ранами 21 и 2КЕ, где (— половина дл ны стороны параллельной оси ОХ, а

K — коэффициент отношения смежных с рон в пределах О, 3 с К с 1., 35 .

Все упругие элементы 3-5 выполне ны в виде плоских Г-образных рам, с тоящих из двух расположенных под у лом 90 стержней 3а и Зб, 4а и 46, 5а и на которых размещены тензорезисторь

Причем один из стержней в каждой ра ме, а именно За, 4а и 5а, перпендик лярен силовоспринимающей плите 1. бочей деформацией всех упругих элем тов является растяжение - сжатие вхо дящих в их состав стержней..Вдоль осей каждого стержня наклеены по два рабочих тензорезистора 7 (каждый с противоположной стороны сечения) и вблизи них по два компенсационных (для температурной компенсации) тензорезистора 8 перпендикулярно осям стержней. Все тензорезисторы каждого стержня включены в соответственно каждый из шести мостов Уинстона так, чтобы выходные сигналы мостов были пропорциональны деформациям растяжения — сжатия стержней, не чувствова50 ли деформации изгиба и были подвержены минимальной температурной и временной нестабильности. где ь — половина длины стороны, сое40 диненной с упругим элементом 5, мм;

К вЂ” коэффициент отношения смежных сторон силовоспринимающей плиты 1, при этом

45 0,3 < К с1,35.

Силовоспринимающая плита 1 жестко соединена с каждым упругим элементом 3, 4 и 5 в узлах О „ О и 0 образованных соединением концов стержней 3а и 36, 4а и 46, Sa и 56 в каждой раме 3, 4 и 5, а другие кона = (1,1К+ 0,6) Х, мм, Использование трех двухстержневых. упругих элементов 3-5 по сравнению с шестью отдельными стержнями позволяет вдвое сократить количество точек крепления силовоспринимающей плиты 1 (точки О, О и 0 на

1 2 фиг. 1), что повьппает технологичность изготовления устройства (снижает требования к точности его изготовления) и уменьшает его гистерезис, и дает воэможность измерения шести компонент нагрузки (например. трех сил и трех моментов), прикла—

3 12819 дываемой в любой точке силовоспри— нимающей плиты 1 с максимальной стабильностью во времени и по температуре. Жесткость каждого упругого элемента 3-5 в его плоскости на порядок превосходит жесткость в перпендикулярном его плоскости направлении.

Устройство работает следующим образом.

Главный вектор Ри главный момент M 10 системы статических или динамических сил (или просто нагрузки), приложенной к силовоспринимающей плите, определяются из известных шести уравнений равновесия в принятой на фиг. 1 15 системе координат XYZ с помощью определения трех проекций силы Рх, Ру, Pz и трех составляющих момента М(х), M(y) и M(z) .

Для решения этой задачи исполь- 20 зуются известные устройства, например шесть операционных усилителей (по одному на каждый из шести мостов) и шесть сумматоров с соответствующими коэффициентами передачи, так- 25 же на операционных усилителях.

Расположенные перпендикулярно силовоспринимающей плите 1 стержни За, 4а и 5а воспринимают нормальную составляющую к плоскости плиты вектора 30 силы Р, т.е. Pz, и составляющие вектора момента М относительно осей Ох и Оу, т.е.. М(х) и М(у), путем соот. ветствующего растяжения и сжатия.

При этом стержни 36, 46 и 56 рабо- 35 тают на изгиб и практически не оказывают влияния на деформации стержней 3а, 4а и 5а. Стержни Зб, 46 и 56, работая на растяжение — сжатие,воспринимают лежащие в плоскости XOY состав40 ляющие вектора силы Р, т.е. Р(х) и

Р(у), а также составляющую вектора момента M относительно оси OZ, т.е.

M(z). При этом стержни За, 4а.и 5а не оказывают практического сопротив- 45 ления деформациям стержней (рабочим)

36, 46 и 56.

За счет описанного расположения точек соединения 0 „ 0 и G силовоспринимающей плиты с упругими эле- 50 ментами достигнута минимальная пог38 4 решность измерения нагрузки по всей поверхности силовоспринимающей плиты и максимальная перегрузочная способность и динамический диапазон из мерений вдоль оси OZ.

Формула изобретения

Устройство платформенного типа для многокомпонентного измерения сил и моментов, содержащее прямоугольную силовоспринимающую плиту, прикреп-. ленную жестко к основанию через три упругих элемента, состоящих из двух соединенных между собой пед прямым углом стержней с тензодатчиками, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и расширения диапазона измерений, стержни упругих элементов соединены с силовоспринимающей плитой в месте их соединения друг с другом, а первый из упругих элементов расположен в средней части стороны силовоспринимающей плиты, два других — на смежных к ней сторонах, симметрично относительно первого и на расстоянии о от стороны, на которой он расположен, определенном по формуле а = (1,1К + 0 6) где (— половина длины стороны сило-, воспринимающей плиты, на которой расположен первый упругий элемент;

К вЂ” коэффициент отношения смежных сторон прямоугольной силовоспринимающей плиты, находящийся в пределах 0,3-1,35, при этом первый из стержней каждого упругого элемента расположен перпендикулярно плоскости силовоспринимающей плиты, второй стержень первого упругого элемента расположен вдоль стороны, на которой закреплен упругий элемент, а вторые стержни второго и третьего упругих элементов образуют с плоскостью симме.грии угол 28 — 32 в направлении стороны с .первым упругим элементом.

1281938

Р Р у Рр

Составитель M.Ïàõoìîâ

Редактор С.Лыжова Техред Н.Глущенко Корректор М.Самборская

Заказ 7255/38 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4