Способ измерения силы

(72) Авторы изобретен Асташе Бабицкий,осударственный научно-исследовательский институт ашиностроения имени академика А.А. Благонравова.) СПОСО ЕНИЯ СИЛЫ лемент и по астоты систесилы 2 , этом способе ночи аправления колеилопередающего ний и воздействия элемента различны безотрывных колеба элемента и колебат Однако, в условиях тей механизмов. май и требов реализуется режи опередающесистемы. ии силльнойповыш ния скоро томатиче очности н и ии Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано .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 11.Известен способ измерения силы, заключающийся в том, что возбуждают механические колебания системы, воздействуют на нее через силопередающий э изменению резонансй ч мы определяют велинадежности их работы. чувствительностьи быстродействие известных способови устройства измерения сил недостаточны.Цель и ув,ствительнУказанная цель достигается тем,что колебания возбуждают до возникновения периодических разрывов контактамежду 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 - графикзависимости перемещения масс отвремени; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика системы; на фиг. 4 20устройство для реализации способа.Колебательная система. напримерлинейный осциллятор с массой 1 и упругостью 3 (фиг. 1), возбуждается зобретения - увеличение чости30 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 фу виброударного режима. Пример устройст 40 45 50 55 3, 8773 периодической силой Г,. 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 "10 виброударный режим, причем соударения происходят через равные промежут,ки времени Т. Зависимости перемещения Х масс 1 и 2 от времени показаны наЮфиг215Амплитудно-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 И/4 величина которой не зависит от величины усилия Р, 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 ОЛ = Т35 виброударного режима с максимальной амплитудой колебаний однозначно определяется величиной силы Р. 68 4ва, реализующего способ, показан нафиг, 4,Устройство содержит колебательну 1 псистему, например, пьезокерамическуюпластину 1 и силопередающий элементстержень 2. Устройство отличаетсяот известных тем, что оно снабженошариковой направляющей 3, а колебательная система и силопередающийэлемент установлены с возможностьюотносительного движения в направленииколебаний, что обеспечивается закреплением пластины на опоре направляющей,а стержень выполнен в виде подвижногоэлемента направляющей.Напряжение на обкладках создаетсязадающим генератором и выбирается изусловия появления разрывов контактамежду пластиной и бойком. Изменениемчастоты генератора переводят системув виброударный режим с максимальнойамплитудой колебаний, и определяютвеличину силы по изменению частотывнброударнбго режима.Расчет но известным формулам показывает, что величины .частот и чувствительность способа и устройства могутбыть увеличены по сравнениюс известньми способами соответственно в 3 и 4,5 раза (предельныевеличины). Достигаемое при этом соответствующее увеличение скоростиизмерений приводит к существенномуповьппению производительности оператора, проводящего, например, экспериментальные исследования силовых нагрузок в механизмах.,Предлагаемыйспособ измерения силы может бытьлегко автоматизирован с помощью стандартных элементов систем беспоисковоиадаптации.Формула изобретенияСпособ 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 щ и й с я 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 измеФ нению этой частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе-Т,Маточка . Кооректонсное а р .ар Редактор С, Крупенийа 910 Подлкомитета СССРи открытийушская наб. д. 4/5город, ул. Проектна тфф, гТираж сударственного ам изобретений осквад ЖР