Тензометрический динамометр



Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр
Тензометрический динамометр

 


Владельцы патента RU 2511060:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству многокомпонентных тензометрических динамометров с внутренним каналом, и может быть использовано в различных областях техники (например, в робототехнике, экспериментальной гидро- и аэродинамике). Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение потребительских качеств динамометра за счет обеспечения максимально возможного проходного сечения его внутреннего канала, используемого для размещения коммуникаций. Это достигается тем, что в динамометре, содержащем симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания, две взаимно перпендикулярные пары продольных упругих балок с поперечными подрезами на внутренних поверхностях, промежуточное основание в виде двух дополнительных жестких колец, которые соединены между собой посредством четырех продольных упругих пластин, крестообразно расположенных в поперечном сечении вдоль боковых граней упругих балок, и выполнены с лысками напротив соответствующих пар упругих балок, связанных с кольцами промежуточного основания со стороны, противоположной соединенному с соответствующей парой упругих балок кольцевому основанию, и тензопреобразователи, размещенные на гранях упругих балок и упругих пластин, жесткие кольца промежуточного основания размещены напротив поперечных подрезов противолежащих продольных упругих балок, а на поверхности лысок этих колец выполнены поперечные выступы с профилем поверхности по форме подрезов соответствующих продольных упругих балок, отделенные от поверхности указанных подрезов зазором, величина которого выполнена превышающей величину деформации продольных упругих балок и пластин при максимальной измеряемой нагрузке. 10 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству многокомпонентных тензометрических динамометров, и может быть использовано в различных областях техники (например, в робототехнике, экспериментальной гидро- и аэродинамике).

Известен тензометрический динамометр (см. авт. свид. СССР №1397756, кл. G01L 5/16, 1986 г.), содержащий два жестких опорных основания, последовательно соединенных через промежуточное основание двумя взаимно перпендикулярными парами параллельных между собой и симметричных относительно продольной оси упругих балок, и тензопреобразователи, размещенные на гранях промежуточного основания и напротив поперечных подрезов, выполненных на внутренней поверхности упругих балок, причем промежуточное основание размещено между обеими парами балок и соединено с ним со стороны, противоположной связанному с соответствующей парой опорному основанию.

Недостатками конструкции являются сложность монтажа измерительных схем с тензопреобразователями на гранях промежуточного основания и отсутствие внутреннего продольного канала, необходимого (например, при использовании в робототехнических системах) для размещения в его полости различных коммуникаций (кабелей, трубопроводов) и механизмов.

Известен тензометрический динамометр (см. авт. свид. СССР №1613886, кл. G01L 5/16, G01L 1/22, 1988 г.), содержащий симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания, две взаимно перпендикулярные пары продольных упругих балок с поперечными подрезами на внутренних поверхностях, промежуточное основание в виде двух дополнительных жестких колец, которые соединены между собой посредством четырех продольных упругих пластин, крестообразно расположенных в поперечном сечении вдоль боковых граней упругих балок, и выполнены с лысками напротив соответствующих пар балок, связанных с дополнительными кольцами со стороны, противоположной соединенному с соответствующей парой балок кольцевому основанию, и тензопреобразователи, размещенные на гранях балок и упругих пластин.

Динамометр обеспечивает измерение пяти компонент нагрузки, удобен для монтажа измерительных схем с тензопреобразователями и имеет внутренний продольный канал.

Рассмотренное последним техническое решение является наиболее близким аналогом к заявленному предложению и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком конструкции этого динамометра при заданных внешних габаритных размерах является ограничение размера его внутреннего канала шириной дополнительных жестких колец промежуточного основания в месте расположения лысок, обеспечивающей необходимую жесткость и точность работы динамометра. Это снижает потребительские качества динамометра.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение потребительских качеств динамометра.

Технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в обеспечении максимально возможного проходного сечения внутреннего канала, используемого для размещения коммуникаций, при сохранении необходимой жесткости конструкции и внешних габаритных размеров динамометра.

Этот технический результат достигается тем, что в известном техническом решении, выбранном в качестве прототипа и содержащем симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания, две взаимно перпендикулярные пары продольных упругих балок с поперечными подрезами на внутренних поверхностях, промежуточное основание в виде двух дополнительных жестких колец, которые соединены между собой посредством четырех продольных упругих пластин, крестообразно расположенных в поперечном сечении вдоль боковых граней упругих балок, и выполнены с лысками напротив соответствующих пар балок, связанных с кольцами промежуточного основания со стороны, противоположной соединенному с соответствующей парой балок кольцевому основанию, и тензопреобразователи, размещенные на гранях балок и упругих пластин, жесткие кольца промежуточного основания размещены напротив поперечных подрезов противолежащих продольных упругих балок, а на поверхности лысок указанных колец промежуточного основания выполнены поперечные выступы с профилем поверхности по форме подрезов соответствующих продольных упругих балок, отделенные от поверхности указанных подрезов зазором, величина которого выполнена превышающей величину деформации продольных упругих балок и пластин при максимальной измеряемой нагрузке.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение дополнительных поперечных колец промежуточного основания с выступами, входящими в поперечные подрезы продольных упругих балок, обеспечивает возможность реализации замкнутой жесткой компоновки промежуточного основания и продольных упругих элементов динамометра при максимально возможном проходном сечении внутреннего канала в кольцах опорных и промежуточного оснований (отверстие внутреннего канала может быть выполнено почти до касания внутренней поверхности продольных упругих балок, при этом лыски колец промежуточного основания прорезаются отверстием канала и без поперечных выступов, расположенных в пространстве внутри поперечных подрезов противолежащих продольных упругих балок, кольца промежуточного основания распадаются на полукольца, нарушая целостность и жесткость конструкции). Это позволяет улучшить потребительские качества динамометра за счет расширения возможности размещения в полости его внутреннего канала различных коммуникаций и механизмов при сохранении необходимой жесткости конструкции без изменения ее габаритов. При этом работоспособность динамометра с таким большим каналом обеспечивается выполнением величины зазора между поверхностями подрезов упругих балок и выступов, превышающей величину деформации продольных упругих балок и упругих пластин при максимальной измеряемой нагрузке.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого динамометра; на фиг.2 - вид справа на фиг.1; на фиг.3 - вид сверху на фиг.1; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6-10 - электрические схемы соединения тензопреобразователей.

Динамометр содержит симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания 1 и 2, пару продольных, разнесенных в вертикальной плоскости упругих балок 3 с тензопреобразователями R1-R4 для измерения нормальной поперечной силы Y, пару продольных, разнесенных в горизонтальной плоскости упругих балок 4 с тензопреобразователями R5-R8 для измерения боковой поперечной силы Z и четыре продольные упругие пластины 5, крестообразно расположенные в поперечном сечении вдоль боковых граней упругих балок, с тензопреобразователями R17-R24 для измерения крутящего момента Мк. На внутренних поверхностях упругих балок 3 и 4 напротив тензопреобразователей R1-R4 и R5-R8 выполнены поперечные цилиндрические подрезы 6, служащие для повышения чувствительности и избирательности динамометра к поперечным силам. На боковых гранях упругих балок 3 размещены тензопреобразователи R9-R12 для измерения изгибающего момента в горизонтальной плоскости My, а на боковых гранях упругих балок 4 - тензопреобразователи R13-R16 для измерения изгибающего момента в вертикальной плоскости Mz. Тензопреобразователи R1-R4, R5-R8, R9-R12, R13-R16, R17-R24 соединены в мостовые измерительные схемы в соответствии с фиг.6-10. Концы продольных упругих пластин 5 соединены дополнительными жесткими поперечными кольцами 7 и 8, образуя структуру промежуточного основания динамометра типа «беличье колесо». Кольца 7 и 8 выполнены с лысками 9 и 10 для соответствующего размещения балок 3 и 4. Концы пары продольных упругих балок 3 соединены с жестким кольцевым основанием 1 и с дополнительным жестким поперечным кольцом 8, расположенным около основания 2, соответственно концы пары продольных упругих балок 4 соединены с жестким кольцевым основанием 2 и с дополнительным жестким поперечным кольцом 7, расположенным около основания 1.

Кольца 7 и 8 промежуточного основания размещены напротив поперечных подрезов 6 соответствующих противолежащих продольных упругих балок 3 и 4, а на поверхности лысок 9 и 10 указанных колец промежуточного основания выполнены поперечные жесткие выступы 11 с профилем поверхности по форме подрезов 6 соответствующих продольных упругих балок 3 и 4, отделенные от поверхности указанных подрезов зазором 12. Величина зазора выполнена превышающей величину деформации продольных упругих балок и пластин при максимальной измеряемой нагрузке.

Таким образом, корпус динамометра имеет осесимметричную трубчатую конструкцию с жесткими 1, 2, 7, 8, 11 и упругими 3, 4, 5 элементами, при этом диаметр внутреннего канала ограничен практически только расстоянием между парами балок 3 и 4 (фиг.3 и 4). Силовая схема динамометра представляет собой последовательное соединение кольцевого основания 1 с кольцевым основанием 2 через пару балок 3, промежуточное основание с жесткими 7, 8, 11 и упругими 5 элементами и пару балок 4, при этом упругие элементы соответственно ориентированы по отношению к компонентам измеряемой нагрузки. Размещение упругих пластин 5 в пространстве между парами упругих балок 3 и 4 обеспечивает компактность и жесткость конструкции динамометра и его хорошие метрологические качества.

Работа динамометра осуществляется следующим образом.

Внешняя нагрузка прикладывается к кольцевому основанию 2. Компоненты внешней нагрузки создают поперечное (Y и Z), изгибающее (My и Mz) и крутящее (Мк) нагружения динамометра. При этом поперечная сила Y вызывает плоскопараллельное смещение кольцевого основания 2 и дополнительных жестких колец 7 и 8 в вертикальной плоскости относительно кольцевого основания 1 (фиг.2). Это приводит к изгибу балок 3 и соответствующему сжатию-растяжению тензопреобразователей R1-R4, а в измерительной диагонали моста (фиг.6) появляется электрический сигнал, пропорциональный поперечной силе Y. Подрезы 6 обеспечивают независимость показаний этого компонента динамометра от точки приложения силы.

Аналогично поперечная сила Z вызывает плоскопараллельное смещение кольцевого основания 2 и дополнительных жестких колец 7 и 8 в горизонтальной плоскости относительно кольцевого основания 1 (фиг.3), изгиб упругих балок 4, соответствующее сжатие-растяжение тензопреобразователей R5-R8 и появление электрического сигнала в измерительной диагонали моста (фиг.7), пропорционального поперечной силе Z.

Изгибающий момент My, действующий в горизонтальной плоскости, вызывает изгиб упругих балок 3, соответствующее сжатие-растяжение тензопреобразователей R9-R12 и появление электрического сигнала в измерительной диагонали моста (фиг.8), пропорционального величине изгибающего момента My.

Аналогично изгибающий момент Mz, действующий в вертикальной плоскости, вызывает изгиб упругих балок 4, соответствующее сжатие-растяжение тензопреобразователей R13-R16 и появление электрического сигнала в измерительной диагонали моста (фиг.9), пропорционального величине изгибающего момента Mz.

Крутящий момент Мк вызывает плоскопараллельный поворот дополнительных жестких поперечных колец 7 и 8 одно относительно другого, косой изгиб упругих пластин 5, соответствующее сжатие-растяжение тензопреобразователей R17-R24 и появление электрического сигнала в измерительной диагонали моста (фиг.10), пропорционального величине крутящего момента Мк. Симметрия конструкции обеспечивает слабую зависимость показаний этого компонента динамометра от действия изгибающих моментов и поперечных сил.

Тензометрический динамометр, содержащий симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания, две взаимно перпендикулярные пары продольных упругих балок с поперечными подрезами на внутренних поверхностях, промежуточное основание в виде двух дополнительных жестких колец, которые соединены между собой посредством четырех продольных упругих пластин, крестообразно расположенных в поперечном сечении вдоль боковых граней балок, и выполнены с лысками напротив соответствующих пар балок, связанных с дополнительными кольцами со стороны, противоположной соединенному с соответствующей парой балок кольцевому основанию, и тензопреобразователи, размещенные на гранях балок и упругих пластин, отличающийся тем, что в нем жесткие кольца промежуточного основания размещены напротив поперечных подрезов противолежащих продольных упругих балок, а на поверхности лысок указанных колец промежуточного основания выполнены жесткие поперечные выступы с профилем поверхности по форме подрезов соответствующих продольных упругих балок, отделенные от поверхности указанных подрезов зазором, величина которого выполнена превышающей величину деформации продольных упругих балок и пластин при максимальной измеряемой нагрузке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к испытаниям смазочно-охлаждающих технологических сред, используемых при резании металлов. .

Изобретение относится к области контроля и регистрации, измерения, обработки и хранения данных, а именно контроля состояния гибких соединений, используемых в различных сферах промышленности и отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к области обработки материалов резанием и может быть использовано для измерения составляющих силы резания. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения усилий и/или моментов. .

Изобретение относится к устройству и способу определения вектора силы и может быть использовано в тактильном датчике для руки робота. .

Изобретение относится к способу и устройству определения вектора силы. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения боковой составляющей силы тяги жидкостных ракетных двигателей малой тяги.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой.

Изобретение может быть использовано для измерения малых давлений с повышенной чувствительностью и точностью. Тензорезисторный преобразователь силы содержит упругий элемент, выполненный за одно целое с опорном кольцом.

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения усилий в подъемных устройствах. .

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к многоканальным измерительным устройствам для измерения сил и моментов, действующих на модель летательных аппаратов в аэродинамической трубе.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для измерения деформаций в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при изготовлении весоизмерительных приборов. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тензорезисторным преобразователям силы, и может быть использовано в разработке и изготовлении датчиков для измерения диапазонов малых давлений.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, и, в частности, в ракетной технике. Устройство работает следующим образом. В двуплечих рычагах делаются отверстия таким образом, чтобы центры отверстий и оси вращения лежали в одной плоскости. Аналогично выполняются ответные отверстия в основании. Систему тяг в «расслабленном» состоянии устанавливают на основание. В совмещенные отверстия на двуплечих рычагах вставляют технологические штыри. После чего одну из тяг при помощи талрепа натягивают до необходимого состояния. Натяжение одной тяги приводит к перекосу системы и зажатию одного из технологических штырей в отверстии. Далее при помощи талрепа начинаем натягивать вторую тягу до полного освобождения штыря от зажима («перекоса»), образовавшегося при натяжении первой тяги. Освобождение другого технологического штыря из отверстия будет свидетельствовать о том, что отверстия в двуплечих рычагах полностью совместились. Далее, на полностью собранную тягу устанавливают предварительно оттарированный съемный элемент с закрепленными на нем тензодатчиками, предварительно закрепляя его с помощью зажимов. Вращая талреп, поднатягивают тягу до момента появления сигналов с тензодатчиков, выбирают провис тяги. После чего полностью ослабляют зажимы и вновь закрепляют съемный элемент уже с усилием, предотвращающим проскальзывание поджатых друг к другу тяги и съемного элемента. С этого момента съемный элемент и тяга работают на растяжение совместно как единый элемент тяги. Таким образом, изменяя площадь поперечного сечения съемного элемента, не меняя при этом геометрических размеров самой тяги, можно изменить степень деформации и измеряемое усилие, а также равномерно распределить управляющий момент на тяге, и тем самым максимально совместить диапазон измерений с рабочим диапазоном используемых тензодатчиков, что автоматически повышает точность измерения и снижает трудоемкость изготовления и контроля. 6 ил.
Наверх