Силоизмерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 011 1/ ения ГОСУДАРСТВЕ ОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(56) Авторское свидетельство СССР(57) Использование: метрология, виброиспытания, системы управления колебаниями механических, объектов, робототехника.Сущность изобретения; преобразователь содержит установленные между фланцами 1 и 2 датчик давления 5 и упругий элемент 3, состоящий из набора соединенных между собой чередующихся жестких армирующих6 и упругих 7 слоев. Датчик давления 5 установлен в полости 4 упругого элемента 3, заполненной рабочей средой, В одном из фланцев выполнено заливное отверстие 8, герметично закрытое реэьбовой пробкой 9.1 ил,Предлагаемое устройство относится к машиностроению и может быть использовано в метрологии, виброиспытаниях, системах управления колебаниями механических объектов, робототехнике и т.д,Цель изобретения - повышение точности.На чертеже представлена схема заявленного силоизмерительного преобразователя.Устройство состоит из следующих основных элементов: 1 и 2 - верхний и нижний фланцы, 3 - упругий элемент, 4 - полость заполненная рабочей средой, 5 - датчик давления, 6 и 7 - жесткие армирующие и упругие слои, 8- заливное отверстие с пробкой 9, датчик давления 5 связан с измерительным устройством 10 кабелем 11.Силоизмерительный преобразователь содержит два фланца 1 и 2, причем в одном из фланцев, например в 1, имеется заливное отверстие 8, которое герметично закрывается резьбовой пробкой 9. Фланцы 1 и 2 герметично связаны с набором чередующихся жестких армирующих 6 и упругих слоев 7, образующим в упругом элементе 3 силоизмерительного преобразователя внутреннюю полость 4, заполненную рабочей средой.Датчик давления 5 устанавливается в полости упругого элемента 5, заполненной рабочей средой, и крепится к одному из фланцев, например, второму.В качестве рабочей среды може быть использована вязкая, несжимаемая, неэлектропроводная и немагнитопроводная жидкость (например, глицерин или масло),Жесткие армирующие слои 6 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др,) или из композиционных матери. алов, например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и зпоксидных смол, В сечении жесткие армирующие и упругие слои имеют форму прямоугольников, Оптимальные толщины пд жестких армирующих слоев находятся в диапазонеЬи=(0,001-0,1) О,где 0 - внешний диаметр упругого элемента,Упругие слои 7 связаны с жесткими армирующими слоями 6 и фланцами 1, 2, например склеиванием, и могут быть выполнены на основе высокомолекулярных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например, специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига 6 материала упругих слоев=0,09 10 ,5,010) НИ=0,03.0,73,40 Ьд/Ъу - 006 19,8 б/0.=0,450,95 50 55 5 10 1.5 20 и модулем обьемного сжатия К в следующих диапазонах:6=0,12,3 МПа, К=-0,64,9 ГПа.Упругие материалы с указанными характеристиками являются слабосжимаемыми, так как их коэффициент Пуассона близок к 0,5 и свойство сжимаемости, определяющее высокую несущую способность силоизмерительного преобразователя, проявляется только при сжатии тонких слоев, Свойство сжимаемости проявляемое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, состоит в том, что их нормальная жесткость существенно возрастает (на 2-4 порядка), так как начинает определяться величиной модуля объемного сжатия К, который, в свою очередь, на 24 порядка превосходит модуль сдвига 6. При этом сдвиговая жесткость эластомерного слоя по-прежнему определяется величиной модуля сдвига 6. Степень тонкослойности упругих слоев определяется величиной параметра тонко- слойности где . - -Ьу/В, где ьу - толщина упругих слоев, В=(0-0)/2 - ширина колец,Относительная высота набора чередующихся жестких армиоующих и упругих слоев ограничена сготношением: где Н - высота набора, 0 - внешний диаметр упругого элемента 3, а о 1 ношение толщинединичных жестких армирующих йд и упругих пу слоев равно Относительный размер внутреннего отверстия ограничен соотношением Силоизмерительный преобразователь рабогает следующим образом,Через заливное отверстие 8 полость 4 полностью заливают несжимаемой рабочей средой, Затем отверстие 8 герметично закрывают пробкой 9 и нагружают статической силой, например, устанавливают фланец 1 под опору тяжелого виброактивного объекта. Пространственный вектор сил, приложенный к верхнему фланцу 1, через упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихся жестких армирующих 6 и упругих1818552 ЬА/Ьу=0,06 - 19,8 где пд - толщина жестких армирующих слоев;пу - толщина упругих слоев.относительную высоту набора указанных слоев выбирают из соотношения Н /0=0,03 - 0.73,где Н - высота набора;0 - внешний диаметр упругого элемента,а. параметр тонкослойности упругих слоев элемента выбирают из условия=0,09 102 - 5,0 10 2,где = йу/В; В=(0-0)/2 - ширина колец;О и б - внешний и внутренний диаметры упругого элемента,причем модуль сдвига материала упругих слоев элемента равен 0=0,1 - 2,3 МПа, а модуль обьемного сжатия равен К=0,6-4,9 ГПа. Составитель Д. КлимовТехред М,Моргентал Корректор Н, Ревская Редактор Заказ 1934 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 слоев, 7 и через рабочую среду, заполняющую полость 4, передается на нижний фланец 2, на котором установлен датчикдавления 5 связанный кабелем 11 с измерительным устройством 10. При передаче силы. на нижний фланец 2 происходитэффективное выделение силы одного направления (по оси датчика), так как осеваяжесткость (по оси к) упругого элемента 3 вомного раз больше его поперечной жесткости (по осям х, у), а модуль упругости рабочейсреды в полости 4 во много раз больше еемодуля сдвига. Таким образом, упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихся 15жестких армирующих и упругих слоев, с полостью 4, заполненной рабочей средой, позволяет эффективно выделить силу толькоодного направления - по оси датчика л, которая через рабочую среду передается на 20чувствительный элемент датчика давления5; Давление в рабочей среде, пропорциональное измеряемой силе, воздействуя начувствительный элемент дагчика давленияпорождает электрический сигнал, который 25через кабель 11 передается на измерительный прибор 10,Зап".;нение полости 4 рабочей жидкостью пс; . оляет увеличить г емпфирование вконструкции, что . меньшае г влияние высокочастстных ьолновых резонансов в упру ом элементе 3.Формула изобретенияСилоизмерительный преобразователь,содержащий установленные между фланцами датчик давления и упругий элемент, выполненный в виде набора соединенныхмежду собой чередующихся жестких армирующих и упругих слоев, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения несущей способности и повышения точности за счет исключения влияния неизмеряемых нагрузок, в упругом элементе выполнена полость, в которой размещен датчик давления, заполненная рабочей средой, при этом отношение толщин единичных жестких армирующих и упругих слоев выбирают из соотношения