Устройство для измерения сил

(19) ИИ ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК бИ 6,01ИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(72) В.С. Дудников, л.В. Аверин, А.Г. Макаренков и Д.Н. Яременко. (71) Днепропетровский ордена Трудо-. вого Красного Знамени государствен.ный университет им, 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 531.781(088.8)(56) 1. Мцаины и стенды для испытаний деталей. Под ред, Д.Н, Решетова. М "Машиностроение", 1979, с. 15.2 Гуманюк.М.Н. Иагнитоупругие силойзмерители. Киев, "Техника", 1981, с 64, 161 (прототип)(54) (57) 1, УСТРОЙСТВО ДНЯ ИЭМЕРБ НИЯ СИЛ, содержащеекорпус и чувст вительный элемент, выполненный в вид полого цилиндра из магнитоупругого материала с обмотками, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения знакопере-, менных усилий, корпус выполнен в виде двух коаксиальных обойм каждая .из которых имеет по два кольцевых выступа, контактируюцих с.торцами . чувствительного элемента, при этом один из выступов на каждой обойме вы полнен подвижным.1012053 2. Устройство по и, 1, о т л ич,а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм, между кольцевыми выступами обойм и чувствительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндрическими поверхностями контактирующие с обоймами, а на торцах шайб выИзобретение относится к силоизмерительной технике и может. бытьиспользовано в различных отрасляхнародного хозяйства, науки и техникидля дистанционного измерения сжимающих и растягивающих сил, например,при статических испытаниях машиностроительных конструкций на прочностьи жесткость, в том числе в составеавтоматизированной системы управления процессом нагружения при испытаниях.Известно устройство для измерениярастягивающих усилий при статическомнагружении с применением П-образныхдинамометров сжатия с индикаторомчасового типа в качестве измерительного средства 11.Однако эти. динамометры позволяютизмерять усилия только одного определенного направления и при том только визуально. Дистанционное измерение усилий, а тем болееиспользование силоизмерительного устройствав качестве датчика обратной связи припрограммном нагружении вообще невозможно.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является магнитоупругий силоизмеритель, включающий чувствительный элемент в виде. З 0полого цилиндра, взаимодействующегосвоими торцами с опорными поверхнос"тями других элементов исследуемойсиловой цепи 21Чувствительный элемент известногосилоизмерителя. не имеет жесткой связи с другими элементами силовой цепи или своим корпусом, поэтому можетизмерять только сжимающие усилия,что существенно ограничивает возможные области применения таких силоизмерителей,Целью изобретения являетая расширение функциональных возможностейустройства путем измерения знакопеременных усилий. 45Поставленная цель достигаетсйтем, что в устройстве для измерениясил, содержащем корпус и чувствительполнены кольцевые выступы, при этомкольцевые выступы, расположенные наторцах, контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с од-ной из цилиндрических поверхностейэтого чувствительного элемента, акольцевые выступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента,ный элемент, выполненный в виде полого цилиндра из магнитоупругого материала с обмотками, корпус выполнен в виде двух коаксиальных.обойм, каждая из которых имеет по два кольцевых выступа, контактирующих с торцами чувствительного элемента,. при этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным.Кроме того, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм, между кольцевыми выступами обойм и чувствительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндрическими поверхностями контактирующие с обоймами, а на торцах шайб выполнены кольцевые выступы, при этом кольцевые выступы, расположенные на торцах, . контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с одной из цилиндрических поверхностей этого чувствительного элемента, а кольцевыевыступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента.На чертеже изображено предлагаемое устройство.Устройство для измерения сил содержит. корпус, состоящий из наружной 1 и внутренней 2 коаксиальных обойм. Между обоймами установлен чувствительный элемент 3 в виде полого цилинра. Чувствительный элемент 3 изготовлен из магнитоупругого материа-. ла, например инвара 36 НХТЮ. На боковой поверхности полого цилиндра закреплены обмотки 4, которые могут быть включены между собой, например, по схеме трансформатора, дросселя и т, д. Обмотки 4 соединены с разъемом 5, закрепленным на обойме 1. Торцы чувствительного элемента 3 взаимодействуют с торцами кольцевых шайб б, Шайбы б своими внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, взаимодействуют соответственно с внутренней 2. и наружной 1 обоймами корпуса, обеспечивая их взаимное центрирование.Торец шайбы б, контактирующий с торцом .чувствительного элемента. 3, выполнен ступенчатым, Образовавшийсякольцевой выступ 7 заходит внутрьполого цилиндра и своей йаружнойцилиндрической поверхностью взаимо-.действует с внутренней поверхностьюкольцевого чувствительного элемента3, центрируя последний относительнообойм корпуса. Выступ 7 может бытЬ 0выполнен на внешнем крае шайбы б.В этом случае он охватывает элемент3 снаружи, при этом его внутренняяцилиндрическая поверхность, взаимодействует с наружной цилиндрической 35поверхностью элемента 3. Противоположный торец шайбы б выполнен с кольцевым выступом 8, расположенным напротив торца. чувствительного элемента 3. 20На обойме 1 выполнены кольцевыевыступы 9 и 10, а на.обойме 2 - колъ 7цевые выступы 11 и 12. Выстцпы 9,11 и 10, 12 направлены навстречудруг другу и взаимодействуют приэтом через прокладку 13, выполненную из мягкого алюминия, с кольце-выми выступами 8 шайб 6, контактиРующих с торцами чувствительногоэлемента 3,Кольцевые выступы 10 и 11 выпол- З 0неыы подвижными вдоль оси обойм, на- .йример, в виде гаек, перемещающйхсяпо резьбам 14 и 15 соответственно.Обойма 2 имеет резьбовой стержень 16, с помощью которого осуществляется кинематическое и силовоезавыкание со звеном 17 силовой .цепи.На обойме 1 закреплена на резьбепроушина 18, с помощью которой также осуществляется кннематическое - 40и силовое замыкание с другим звеном19 сйловой цепи, использующей данноеустройство для измерения сил.Обойма 2 выполнена с внутреннейполостью 2, в которую заходит Резьбовой конец проушины 18.Устройство работает следующимобразом.При нагружении устройства в составе силовой цепи, например, сжимаю"щим усилием, измеряемое усилие от50.проушины 18 передается обойме 1, которая через свой неподвижный кольцевой выступ 9,.прокладку 13 и выступ8 верхней шайбы 6 передает усилие наверхний торец чувствительного элемента 3. Далее через нижний торецэлемента 3 усилие передается нйжнейааайбы б, от нее - неподвижному высту- .пу 12 обоймы 2 и через резьбовой стер 4жень 16 замыкается на звено 17. 60Чувствительный элемент 3 при этомподвергается сжатию.При нагружении устройства растягивающим усилием оно от проушины 18передается обойме 1, от нее через 5 подвижный кольцевой выступ 10, ниж"ние прокладку 13 и шайбу б - на нижний торец чувствительного элемента 3затем через верхний торец элемента3 й верхние шайбу б и прокладку 13 подвижному кольцевому выступу 11.обоймы 2, самой обойме 2 и черезрезьбовой стержень 16 замыкаетсяна- звене 17. Чувствительный элемент3 при этом также подвергается сжа"тию.При сжатии чувствительного элемента 3 меняется его намагниченность,что приводит к соответствующему измерению электрического сигнала, снимаемого с выходйой.обмоткн, пропорциональному приложенному усилию.По результатам предварительной тарировки электрическому сигналу ставится в соответствие эамеряемое усилие. По достижении заданного усилияподается команда на отключение нагру-.жающего устройства. Устройство может использоваться в качестве датчика обратной связи в составе автоматизированной системы управления процессом.нагружения при испытаниях.Выполнение корпуса из двух коаксиальных обойм с двумя кольцевымивыступами на каждой из них, междукоторыми расположен чувствительныйэлемент в виде полого цилиндра, позволяет использовать один чувствитель"ный элемент, работающий на сжатие.;для измерений как сжимающих, так ирастягивающих усилий. Это. значительно расширяет технологические возможности при нагружейии машиностроительных конструкций во время испытаниЯих на прочность и жесткость,Работа чувствительного элемента3 в одном и том же режиме сжатия приизмерении как сжимающих, так и растя.гивающих усилий устраняет такой орга-.нический недостаток магнитоупругихматериалов как различнаячувствитель- .ность,. при растяжении и сжатии позволяет использовать одну и ту жеградуировку. Выполнение одного из выступов обойм перемещающимся по резьбе облегчает сборку устройства и позволяет производить предварительное нагру.жение чувствительного .элемента для уменьшения нелинейности начапьного участка градуировочной характеристики.Установка кольцевых шайб б с выступом 7 на торце обеспечивает взаимное центрирование обойм 1 и 2 корпуса .чувствительного элемента 3, что за счет центрального приложения измеряемого усилия значительно повьааает,точность измеренияВыполнение кольцевых шайб б с кольцевым выступом 8 на торце исключает влияние деформаций (прогибов ). взаимодействуаицих с ними кольцевых ;выступов обойм 1 и 2 на величину пе1012053 10 Составитель Н. ВовчукТехред А. Бабинец Корректор А. Дзятко Редактор М. Бандура Заказ 2747/50 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 редаваемого (измеряемого) усилия, при этом высота выступа 8 должна превышать величину указанных деформаций.Выполнение выступа 8 напротив торца чувствительного элемента 3 исключает появление изгибающих нагрузок на шайбу б и, как следствие, обеспечивает передачу измеряемого усилия равномерно -по всей плоскости торца чувствительного элемента 3.Установкой прокладки 13 достигается передача измеряемого усилия всем периметром кольцевых выступовобойм на кольцевую шайбу б или непосредственно на торец чувствительного элемента 3. В результате этогообеспечивается центральность приложения измеряемого усилия к чувствительному элементу, что повышает точность измерения. Кроме того, могутбыть снижены требования к точностиизготовления выступов обойм корпуса, что повышает технологичностьконструкции и снижает стоимостьизготовления.