Датчик силы нажатия

ЛО 11307 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(56) 1.Гершман Я,Г, Устройство для измерения составляющих сил реакций при работе ручной машиной. - Механизированный инструмент и отделочные машины. Экспресс-информация ЦНИИТЭстроймаш,11 18, 1972.2. Микулинский А.М, и др. Защита от вибраций при работе с пневматическими шлифовальными машинами. М., "Машиностроение", 1976,. с.41-43 (прототип).(54)(57) дАтчик силы наития ручного инструмента, содержащ пус, выполненныйиз основания и крышними с н азмещенный межд увствительный пт л и ч а ю щ целью повьппения ий., основание ки, и , тягом тель, что, измер бодно образ лены образовй с яустановлены одно я коробчатый кор доль одной из пр можностью качания в другопус, и с оро льных о крышки онател чувствительныи преобр полнен в виде электро мента эллипсообразной радиусом поверхности, щей силу, равным мкостногоформы с ос г де в - ширина преЬ - его высота при этом свободные .заполнены эластичн об ателя; дляий корлости корпугерметиком ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУИзобретение относится к силонзмерительной технике, а именно кконтролю силового взаимодействиячеловека с механизированным инструментом. 5Известны устройства 1 тензодатчикидля замера усилий нажатия 13.Недостатком таких устройствявляется необходимость снабженияих сложной аппаратурой, кроме того, 10они требуют длительного подбора датчиков, их крепления, а также мерпо компенсации температурной погрешности показаний.Наиболее близким к изобретению 15по назначению конструкции являетсядатчик для измерения усилия .нажатияпри различных производственных операциях, содержащий держатель, состоящий из плоских по форме основания 20и крышки., в которой помещены пружинная пластина с опорными клиньями ичувствительный преобразователь -катушки индуктивности. Имея размеры 60 х 40 х 15, датчик закрепляетсяна рукоятке инструмента и воспринимает усилия кисти работающего 2.Недостатком известного датчикаявляется низкая точность измерения.Это вызвано тем,что основание и крьппка датчика плоские, следовательно,отсутствует четкое сочленение держателя датчика с кистью руки работающего и.рукояткой инструмента.Кроме того, на точность измерения З 5отрицательно влияет смещение равнодействующей нагрузки, прикладываемойк датчику, от центральной оси крышки, вызванной мьппечной усталостьюкисти, вибрацией инструмента и другими причинами; При этом концы пружинной пластины прогибаются неидентично и расстояние их до катушексокращается несинхронно, а из-занелинейной зависимости сигналов 45катушек индуктивности от расстояниядо пружинной, пластины возникаетдополнительная погрешность в измерении,Цель изобретения - повышение 50 точности измерений усилия нажатия на рукоятки механизированного инструмента.Поставленная цель достигается тем что в датчике силы нажатия для 55 ручного инструмента содержащем корпус, выполненный из основания и ,крышки, и размещенный между ними с натягом чувствительный преобразо-.ватель, основание и крышка свободноустановлены одно в другой, образуякоробчатый корпус, и скреплены вдольодной из продольных сторон с возможностью качания крышки, а чувствительный преобразователь выполненв виде электроемкостного элементаэллипсообразной формы с радиусомповерхности, воспринимающей силу,равным2 Ьгде в - ширина преобразователя;Ь - его высота,прн этом свободные полости корпусазаполнены эластичным герметиком.Сущность изобретения заключаетсяв том, что жесткая крышка корпуса,воспринимающая и передающая внешнееусилие, взаимодействует с податливойпружинящей оболочкой чувствительногопреобразователя без каких-либо дополнительных центрирующих силовводяших элементов. По мере увеличениянагрузки и сжатия преобразователякрьппка перекатывается по выпуклойчасти эллипсообразной оболочки,соприкасаясь с ней с переменнымэксцентриситетом в последовательноперемещающихся точках, расположенных в локапьной области, определяемой радиусом эллипсообразной выпуклости. Благодаря безлюфтовому соединению крьппки с основанием и обеспечению ограниченной подвижности качания крьппки только в поперечномнаправлении, а также фиксации чувствительного элемента в корпусе,например, путем его жесткого локального сочленения с основанием обеспечивается строгая повторяемостьточек взаимодействия крьппки с оболочкой преобразователя при многократных нагружениях.Силовоспринимающей эллипсообразной поверхности. чувствительного преобразователя придан оптимальный найденный экспериментально радиус=М/21где в - ширина,Ь - высота преобразователя.При таком радиусе не возникает больших эксцентриситетов приложения нагрузки, так как ширина локальной области взаимодействия крьппки с эллипсообразной поверхностью не превьппает 0,1 в, и обеспечивается минимальная высота Ь оболочки пре1130 749 зобразователя, незначительно превьппаюшая высоту заключенного внег о плоского элемента датчика,что облегчает условия взаимодействия оболочки с емкостным элементом,Заполнение свободных воздушныхполостей внутри корпуса эластичнымгерметиком создает вокруг чувствительного преобразователя демпфирующую подушку,.которая защищает 0локальную область контактированиякрышки с оболочкой преобразователяот воздействия неблагоприятныхфакторов окружающей среды: пыли,влаги, агрессивных газов и доугих, 15а также повышает вихропомехозащищенность датчика.На фиг,1 изображен предлагаемыйдатчик, продольный разрез; нафиг.2 - вид А на фиг.1. 20Датчик выполнен в продольномнаправлении размером б 5 см, чтосоответствует активному участкуладони человека.Датчик силы содержит корпус 1, 25состоящий из основачии 2 и крьппки3. Последние коробчатой формы и сво-бодно установлены одно в другой сзазорами между стенками порядка0,2 мм. Зазоры обеспечивают возможность качания крышки, шарнирноскрепленной с основанием.Подошва основания 2 образованавогнутой поверхностью соответственно округлой форме рукояток инструментов. Наружная поверхность крьппки3 выполнена симметрично выпуклойкак в поперечном, так и в продольном сечениях. Крышка и основание скреплены меж ду собой осями 4, расположенными вдоль одной оси .кз боковых сторон корпуса и равноудаленными от нее, т,е. крьппка 3 имеет возможность качания в небольших пределах относи- . ф тельно основания 2.В поперечной плоскости в центре корпуса 1 между крышкой и основанием зафиксирован чувствительный преобразователь 5 путем его жестко- э 0 го сочленения с основанием по локальной площадке б. Он содержит металлический корпус - мембрану 7 эллипсообразной формы, выполненный из упругого материала, например пружинной стали. Внутри корпуса размещен электроемкостный чувствительный элемент 8, представляющий собой пакет упругих электродов 9, разделенных диэлектрической пленкой О. Свободные полости внутри чувствительного элемента заполняются эластичнымкомпаундом 11, который выполняеттакже функции герметика. Электродычувствительного элемента присоединяются к двухпроводному кабелю 12,проходящему через отверстия в торцах крышки и основания. Свободное пространство внутрикорпуса 1 вокруг чувствительногопреобразователя 5 заполнено эластичным герметиком 13. В основании2 предусмотрены отверстия 14 для притягивания датчика к рукояткаминструментов. При длине 65 мм датчик выполняется шириной 18 мми высотой в среднем продольномсечении 8 мм.При таких габаритах и форме датчик удобно сочленяется с рукой .рабочего и инструментом.Перед началом датчик устанавливается (накладывается) на активную часть рукоятки инструмента и прикрепляется к ней с помощью шнуров, проходящих через отверстия в основании. Подошва основания 2, имеющая вогнутую форму, устойчиво безкачаний прилегает к рукоятке инструмента.Датчик работает следующим образом.При приложении соответствующих усилий работающего к рукоятке инструмента благодаря симметрично вьг пуклой форме крышки корпуса равнодействующая усилия нажатия сосредотачивается в центре последней. Под действием этого усилия крьппка 3 стремится приблизиться к основанию 2, свободно качаясь относительно него в поперечном сечении, исключая тем самым перекосы и заклинивания.Передача усилия нажатия с крыпгки 3 на чувствительный преобразователь происходит с фиксированной локальностью, строго по линии касания эллипсообразного упругого корпуса 7 преобразователя 5, с крышкой 3, причем эта линия параллельна продольной оси держателя. Деформация упругого корпуса 7 через прослойку эластичного компаунда 11 передается электроемкостному элементу 8, при этом электроды 9 сближаются за счет уменьшения микроэазоров, между ними и диэлект1130749 ВидА Фиг. Составитель Н. ВовчукСаенко Техред Ж,Кастелевич Корректор О.Б Редакто аказ 9601/30 Тираж В 22 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.Проектная, 4 3рической пленкой 10, что приводит к соответствующемуприращению,общей емкости пакета.Это приращение преобразуется в электрический сигнал с помощью измерительной схемы, которая присоединяется к датчику с помощью двухпроводного кабеля 12. Измерительная схема заключена в электронном блоке типа УКН, специально.разработанном для предлагаемого датчика.5 Реализация изобретения позволяет отказаться от стендов для измерения выбрационных характеристик рубильных молотков.