Способ измерения поперечной нагрузки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСйИЛЯМепжикРЕСПУБЛИК 0% 01) 4(51) С Ь 1/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ 746 71/24-10,01.85. Бюл, НфП.Локтионоврский политехн ческии инсти шиностроителИ., ГИТНИЛ тельство СССР1/04, 1978 У 681 (прот где 1 - масштабный коэффициентнагрузки с ру штангой и язистояоройР поперечноинием 8 междопорой.2. Способ по п. 1, ощ и й с я тем, что опорыкрепляют в крайних продол 54) ( ОЙ Н ПОПЕР ЕЧющийся) 1. СПОСОВ ИЗМЕРУЗКИ на брус,еплении двух опольной оси брускреплении штанг РЕНИЯаключар парап ель- точличаюбрусу пр ных слоях в прн но перво х, з(21) 3 (22) 0 (46) 3 (72) А (71) К тут (53) 5 (56) 1 под ре 1962,1.781(088.8)Справочник мС.В.Серенса572,вторское свид4, кл. С 01 Ьип) . опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности, опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формулеО -1 сд"Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения нагрузок на силовые элементы конструкции механизмов и машин, и предназначено для измерения поперечных (перерезывающих) сил в деталях машин,Известен способ, согласно которому внутренние усилия, возникающие в сечениях стержня, определяют из мерением перемещений (прогибов, углов, поворота), при этом удается избежать искажающего влияния местных деформаций 11.Однако по способу необходимы изме рения в нескольких сечениях стержня.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ измерения поперечной нагрузки, заключающийся в прикреплении двух опор20 параллельно продольной оси бруса в двух точках, закреплении штанги на первой опоре и ориентировании в на" правлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и опре делении величины нагрузки по масштабному коэффициенту. По этому способу измеряют изгибные перемещения бруса на продольном измерительном участке, расстояние между точкой на упругой линии на втором конде измерительного участка и касательной к упругой линии на первом конце измерительного участка (относительный прогиб в системе координат), связан- З ной с первой опорой, а также относительный угол поворота упругой линии на концах измерительного участка. Перерезывающую силу вычисляют по измеренным линейному и угловому пере мещениям с учетом предварительно определенных двух масштабных коэффициентов для линейного и углового перемещений 12.1Однако известный способ измерений 45 недостаточно точен и сложен, так как необходимо определять два масштабных коэффициента - отдельно по линейному и угловому перемещениям, одновременно с линейным перемещением требует измерять угол поворота опор относительно друг друга, что сложнее измерения линейного перемещения, так как требует, например, кроме отсчетной трубы (или микроскопа) наличия 55 дополнительных средств измерения: рейки и системы зеркал, Способ реализуется устройством, для монтажа которого на брусе необходим продольныйучасток, свободный от внешней нагрузки, длиной, складывающейся изсуммы длины измерительного участка -расстояния между опорами и двух боковых участков длиной не менее высоты поперечного сечения. Боковые участки необходимы для удовлетворенияпринципа Сен-Банана. Такой протяженный участок на силовом элементе сложной Формы часто отсутствует, например, на колесной оси телескопическойстойки самолета.Цель изобретения - упрощение способа и повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения поперечной нагрузки, заключающемуся вприкреплении двух опор параллельнопродольной оси бруса в двух точкахзакрепления штанги на первой опореи ориентированы в направлении второйопоры, нагружении бруса поперечнойнагрузкой и определении величинынагрузки по масштабному коэффициенту,опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузкурассчитывают по Формулей=мф,где 1 - масштабный коэффициент связипоперечной нагрузки с расстоянием Ю между штангой и второйопорой.При этом опоры к брусу можно прикреплять в крайних продольных слоях.На фиг. 1 изображен консольныйбрус, нагруженный поперечной нагрузкой; на фиг. 2 - участок бруса с измерительным сечением; на Фиг. 3 - тоже, поперечный разрез; на Фиг. 4опора.На чертежах обозначены брус 1, измерительное поперечное сечение 2, нормаль 3 к продольному слою бруса в точке А, опоры 4 и 5, штанга 6, гибкая связь 7, основание 8, вильчатый элемент 9, зубцы 10, точечные упоры 11, гибкие перемычки 12 в опорах 4 и 5, сила Р, приложенная к брусу на расстоянии Ь от измерительного поперечного сечения 2, изгибающий момент М, приложенный к брусу, перерезывающая сила О и изгибающий момент И 1 в сеМБ чении А-Б, расстояние 1 между расчетной заделкой бруса. и сечением приложения внешних силовых Факторов, расстояние Й междуточкой Б и норОграничение на минимальное расстояние 6 как в известных способах, так и в предлагаемом накладывают в соответствии с принципом Сен-Ванана. Расчетным путем масштабный коэффициент определяют по формулеК= 1 (1)фксгде 6 - модуль сдвига материала бруса;Г - площадь поперечного сечениябруса;Кс- коэффициент сдвига;а - длина базы измерения - расстояние между опорами 4 и 5. 455055 малью 3 к продольному слою бруса в точке А.Сущность изобретения заключается в следующем.К брусу 1 в его ненагруженном состоянии прикрепляют две опоры 4 и 5. Опоры 4 и 5 прикрепляют к брусу в точках А и Б в общем измерительном поперечном сечении симметрично нейтральному слою. Опоры 4 и 5 ориенти руют вдоль бруса 1 по продольным слоям бруса. К первой опоре 4 прикрепляют штангу 6 поперек бруса 1 в направлении ко второй опоре 5, при этом расстояние между штангой 6 и опорой 5 должно быть равно нулю.Затем определяют масштабный коэффициент К связи перерезывающей силы Й с линейным расстоянием Р между штангой 6 и опорой 5 по нормали к штанге 0 6 вдоль бруса 1.Масштабный коэффициент К определяют экспериментально или расчетным путем. Экспериментально масштабный коэффициент К определяют следующей 25 .совокупностью операций: измеряют и доводят до нуля расстояние д" между штангой 6 и опорой 5 в ненагруженном состоянии бруса 1, затем нагружают брус 1 известной тарировочной нагрузкой - поперечной силой Р на расстояниине менее высоты бруса от измерительного поперечного сечения 2 и измеряют расстояние д 1 между штангой 6 и опорой 5, вычисляют масштаб 35 ный коэффициент по формулек:/у,Если в ненагруженном состоянии бру. са имеется ненулевое расстояние д между штангой 6 и опорой 5, то масш 40 табный коэффициент вычисляют по формуле рф - фо При нагружении бруса неизвестной подлежащей измерению нагрузкой измеряют линейное расстояние с 1 между штангой 6 и второй опорой 5 (между точкой Б в поперечном сечении 2 и перпендикуляром к продольному слою бруса в точке А) .По результату измерения расстояния Р рассчитывают перерезывающую силу й, действующую в измерительном поперечном сечении 2, по формуле6= Кд"Если в ненагруженном состоянии брусаимеется ненулевое расстояние О между штангой 6 и опорой 5, то перерезывающую силу 6 рассчитывают по формулей =Ко - К гоУстройство, реализующее предлагаемый способ, содержит опоры 4 и 5, ориентированные вдоль бруса 1 в точках А и Б - на концах поперечного измерительного участка. Опоры 4 и 5 прикреплены к брусу 1 гибкой связью. Каждая опора 4 и 5 выполнена в виде жесткого основания 8 с жестким двухзубцовым плоским вильчатым элементом 9, содержащим зубцы - шипы 10, Линия, проходящая через вершины зубцов 10, определяет ориентацию опбры. Опоры 4 и 5 с зубцами 10 являются эквивалентом ножевой опоры, Для придания устойчивости опора снабжена точечными упорами 11 со скругленными тупыми вершинами. Упоры 11 соединены с вильчатым элементом 9 гибкими перемычками в пластинчатыми пружинами 12. К опоре 4 в направлении опоры 5:жестко прикреплена штанга 6, Устройство содержит также оптический измеритель расстояния между опорой 5 и штангой 6.Устройство работает следующим образом.Под действием поперечной нагрузки поперечное сечение 2 сдвигается (фиг, 2) . Жесткие плоские вильчатые элементы 9 с зубцами 10 ориентируют опоры 4 и 5 по продольным слоям бруса в точках А и Б, штанга 6 располагается по перпендикуляру 3 к продольному слою с точкой А и отклоняется от опоры 5 на расстояние д, по результату измерения которого рассчитывают перереэывающую силу.В стационарной аппаратуре, работающей в условиях воздействия вибрации, способ может быть реализован1137346 0512/30 Тираж 898 Подписноеент ф, г.Ужгород, ул,Проектная, 4 ВНИИП с применением в качестве опор жестких приливов на поверхности бруса.Прилив имеет узкое поперечное сечение в сочленении с брусом с ориентацией большой оси сечения вдоль бруса, Поскольку приливы образуют неоазъемное соединение с брусом, то в этом варианте гибкая связь отсутствует.Предлагаемый способ позволяет измерять перерезывающую силу на порядок точнее прототипа,при упрощении процесса измерения . Упрощение сокраща ет трудозатраты на процесс измерений.