Способ измерения силы

 

/ и

В.К. Асташев, В.И. Бабицкий, M.Е. Герц и Ю.Л. Пилумов " ! ) l 1, 1

Государственный научно-исследовательский институт машиностроения имени академика А.А. Благонравова. (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано -при-измерении сил, возникающих в механических устройствах.

Известные способы измерения сил частотными методами используют эффект изменения собственных частот колебательной системы под действием приложенных к ней силовых нагрузок (1 ).

Известен способ измерения силы, заключающийся в том, что возбуждают механические колебания системы, воздействуют на нее через силопередающий элемент и по изменению резонансной частоты системы определяют величину силы (2).

В этом способе направления колебаний и воздействия силопередающего элемента различны и реализуется режим безотрывных колебаний силопередающего

20 элемента и колебательной системы.

Однако, в условиях повышения скоростей механизмов. машин и автоматических линий и требований к точности и

I надежности их работы. чувствительность и быстродействие известных способов и устройства измерения сил недостаточны, Цель изобретения — увеличение чув- . ствительности.

Указанная цель достигается тем, что колебания возбуждают до возникновения периодических разрывов контакта между колебательной системой и силопередающим элементом, изменяют час- тоту возбуждения до получения максимальной амплитуды виброударного режима и определяют величину силы по изменению этой частоты.

На фиг. 1 изображена схема колебательной системы; на фиг. 2 — график зависимости перемещения масс от времени; на фиг. 3 — амплитудно-частотная характеристика системы; на фиг. 4 устройство для реализации способа.

Колебательная система. например линейный осциллятор с массой 1 и упругостью 3 (фиг. 1), возбуждается

Наличие виброударного взаимодействия в предлагаемом способе приводит к большему изменению частотных свойств колебательной системы по сравнению с известными способами, что выражается в увеличении чувствительности, определяемой как производная частота по силе, отнесенная к единице частоты. При этом частота виброударного режима значительно превосходит собственные частоты колебательной системы, время переходного процесса меньше и скорость измерения вьппе, чем у известных способов. Выбранное направление силового воздействия обеспечивает максимум составляющей ударного импульса, при котором достигается максимальное повышение частоты q виброударного режима. Пример устройст40

3, 8773 периодической силой F,. Силовое воздей ствие .через силопередающий элемент 2 передается на колебательную систему в .направлении возбуждения колебаний.

При":малой величине силы возбуждения в системе устанавливается режим безотрывных колебаний, в котором массы

1 и,.2 движутся совместно. При увеличении возбуждения контакт между массами разрывается и устанавливается в виброударный режим, причем соударения происходят через равные промежут,ки времени Т. Зависимости перемещения

Х масс 1 и 2 от времени показаны на

Ю фиг ° 2 °

Амплитудно-частотная характеристи- ка рассматриваемой системы для массы

1 имеет вид (фиг. 3), где неустойчивая ветвь показана пунктиром. Анало- . гичные характеристики имеют и другие колебательные системы при наличии соударений, На низких частотах система имеет резонанс с частотой(94 величина которой не зависит от величины усилия P и реализуется режим безотрывных колебаний. При достаточно большой силе возбуждения на высоких частотах в системе возникает область внброударного резонансного режима с устойчивой и неустойчивой ветвями характеристик.

Изменяя частоту возбуждения,так, чтобы система удерживалась неустойчивой резонансной кривой, можно добиться получения максимальных амплитуд колебаний. Частота (И = Т

35 виброударного режима с максимальной амплитудой колебаний однозначно определяется величиной силы P.

68 4 ва, реализующего способ, показан на фиг, 4, Устройство содержит колебательну1псистему, например, пьезокерамическую пластину 1 и силопередающий элементстержень 2. Устройство отличается от известных тем, что оно снабжено шариковой направляющей 3, а колебательная система и силопередающий элемент установлены с возможностью относительного движения в направлении колебаний, что обеспечивается закреплением пластины на опоре направляющей, а стержень выполнен в виде подвижного элемента направляющей.

Напряжение на обкладках создается задающим генератором и выбирается из условия появления разрывов контакта между пластиной и бойком. Изменением частоты генератора переводят систему в виброударный режим с максимальной амплитудой колебаний, и определяют величину силы по изменению частоты внброударнбго режима.

Расчет но известным формулам показывает, что величины .частот и чувствительность способа и устройства могут быть увеличены по сравнению с известнь ми способами соответственно в 3 и 4,5 раза (предельные величины). Достигаемое при этом соответствующее увеличение скорости измерений приводит к существенному повьппению производительности оператора, проводящего, например, экспериментальные исследования силовых нагрузок в механизмах.,Предлагаемый способ измерения силы может быть легко автоматизирован с помощью стандартных элементов систем беспоисковои адаптации.

Формула изобретения .

Способ ИЗмерения силы, заключающийся в том, что возбуждают механические колебания системы, воздействуют на на нее через силопередающий элемент и по изменению резонансной частоты системы определяют величину силы, о.т л и ч а ю шийся тем, что с целью увеличения чувствительности, колебаний возбуждают до возникновения периодических разрывов контакта между колебательной системой и силопередающим элементом, изменяют частоту возбуждения до получения максимальной амплитуды виброударного режи877368

5 ма и определяют величину сиЛы по изме> нению этой частоты.

g 1 7цг. / (paã. 3 фут. ф

Составителв Н. Вдучук

M. Illapoms

° -- Е

Заказ 9602/65, Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

А Л 2, 4

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское

I 582464, кл. G

2. Авторское

Ф 461322, кл. С (прототип)е

6 свидетельство СССР

01 L 1/l0, 26.09.75. свидетельство СССР

01 1. l/10 20.06.72