Устройство платформенного типа для многокомпонентного измерения сил и моментов

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ао 1 81938 16 0 ИСА ТИПА ИЯ СИЛсило- яет 37 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК(71) Всесоюзный проектно-технологический и экспериментально-конструкторский институт по спортивным и туристским изделиям(56) Авторское свидетельство СССР 9 449252, кл. С 01 Ь 3/12, 10.10,72Авторское свидетельство СССР У 224859, кл. С О 1 Ь 5/ 16, 20. Об. 83(54) УСТРОЙСТВО ПЛАТФОРМЕННОГ ДЛЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ИЗМЕРЕ И МОМЕНТОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике и позво повысить точность и расширить диапазон измерений компонентов сил и моментов. Устройство состоит из прямоугольной силовоспринимающей плиты 1, соединенной упругими элементами 3(4, 5) с основанием 2. Каждый упругий элемент выполнен в виде плоской Г-образной рамы, состоящей из устадновленных под углом 90 стержней За(4 а, 5 а) и Зб (46,56) с тензорезисторами 7, 8. Один из упругих элементов расположен в середине стороны силовоспринимающей плиты 1, два другихна смежных ее сторонах, на определенном расстоянии, за счет чего достигнута максимальная перегрузочная ЕФ способность, Стержни За (4 а, 5 а) работает на сжатие, а стержни Зб (4 б, Еа и 56) - на из гиб, не оказывая практи- (ффффф чески влияния на деформадию друг друга. 2 ил.12819382цы стержней в каждом упругом элементе 3, 4 и 5 жестко соединены между а- собой и основанием 2. Крепление силовоспринимающей плиты 1 в узлахО Оп и Оз стержней и совместная заделка их противоположных концов обеспечивает рабочую деформациювсех шести стержней За, Зб, 4 а, 46,5 аи 56 в виде растяжения - сжатия,что10 создает максимальную жесткость устройства вцоль и вокруг всех трех координатных осей ОХ, ОУ и ОЕ и уменьшаетпогрешности измерений динамических нагрузок при обеспечении мил15 нимального взаимовлияния междувсеми ортогональными осями посравнению с упругими элемента"ми, работающими на изгиб, сдвиг иликручение. При этом упругие элементы20 расположены так, что плоскость упругого элемента 5 перпендикулярна осисимметрии устройства, а именно осиОУ, плоскости упругих элементов 3 ии 4 развернуты относительно этой оси25 на угол о= 28 - 32 таким обра- тозом, что в пересечении всех указанныхплоскостей с плоскостью ХОУ образуется равносторонний треугольник, отме- осченный на фиг. 1 штрихпунктирной30 линией. Упругий элемент 5 находитсяв середине стороны 2 прямоугольнойсиловоспринимающей плиты 1, упругиеэлементы 3 и 4 находятся на смежных уее сторонах 2 К 1 на расстоянииа.от Ра 35 стороны 21 с упругим элементом 5, енудовлетворяющем соотношению: где ь - половина длины стороны, сое диненной с упругим элементом 5, мм;К - коэффициент отношения смежных сторон силовоспринимающей плиты 1, при этом 45 0,3К 1,35. Изобретение относится к силоизмерцтельной технике и предназначенодля многокомпонентного измерения сттических и динамических сил и моментов,Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения компонентов сил и моментов.На фиг. 1 схематично изображеноустройство, общий вид; на Фиг. 2пример крепления силовопринимающейплиты к упругим элементам и упругихэлементов к основанию,.Устройство платформенного типадля,многокомпонентного измерения сии моментов состоит из силовоспринимающей плиты 1, основания 2, треходинаковых упругих элементов 3-5,которые присоединены к основанию исиловоспринимающей плите болтами 6.Силовоспринимающая плита 1 имеетв плане Форму прямоугольника со сторонами 21 и 2 К 1, где- половина длны стороны параллельной оси ОХ, аК - коэффициент отношения смежных срон в пределах О, 3 с К (1, 35,Все Упругие элементы 3-5 выполнены в виде плоских Г-образных рам, стоящих из двух расположенных под улом 90 стержней За и 36, 4 а и 46, 5 а ина которых размещены тензорезисторьПричем один из стержней в каждой раме, а именно За, 4 а и 5 а, перпендиклярен силовоспринимающей плите 1.бочей деформацией всех упругих элемтов является растяжение - сжатие входящих в их состав стержней.,Вдольосей каждого стержня наклеены по дварабочих тензорезистора 7 (каждый спротивоположной стороны сечения) ивблизи них по два компенсационных(для температурной компенсации) тензорезистора 8 перпендикулярно осямстержней. Все тензорезисторы каждогостержня включены в соответственнокаждый из шести мостов Уинстона так,чтобы выходные сигналы мостов былипропорциональны деформациям растяжения - сжатия стержней, не чувствова 50ли деформации изгиба и были подвержены минимальной температурной ивременной нестабильности. Силовоспринимающая плита 1 жестко соединена с каждым упругим элемен том 3, 4 и 5 в узлах 00и 0 образованных соединением концов стержней За и 36, 4 а и 46, 5 а и 56 в каждой раме 3, 4 и 5, а другие кона = (1,1 К + 0,6) Х, мм,Использование трех двухстержневых.упругих элементов 3-5 по сравнению с шестью отдельными стержнями позволяет вдвое сократить количество точек крепления силовоспринимающей плиты 1 (точки 0 , 0 и 0 на1 2фиг. 1), что повьппает технологичность изготовления устройства (снижает требования к точности его изготовления) и уменьшает его гистерезис, и дает воэможность измерения шести компонент нагрузки (например. трех сил и трех моментов), прикла 3 12819 дываемой в любой точке силовоспри - нимающей плиты 1 с максимальной стабильностью во времени и по температуре. Жесткость каждого упругого элемента 3-5 в его плоскости на порядок превосходит жесткость в перпендикулярном его плоскости направлении.Устройство работает следующим образом.Главный вектор Ри главный момент Я 10 системы статических или динамических сил (или просто нагрузки), приложенной к силовоспринимающей плите, определяются из известных шести уравнений равновесия в принятой на фиг. 1 15 системе координат ХУЕ с помощью определения трех проекций силы Рх, Ру, Рг и трех составляющих момента М(х), М(у) и М(г).Для решения этой задачи исполь зуются известные устройства, например шесть операционных усилителей (по одному на каждый из шести мостов) и шесть сумматоров с соответствующими коэффициентами передачи, так же на операционных усилителях.Расположенные перпендикулярно силовоспринимающей плите 1 стержни За, 4 а и 5 а воспринимают нормальную составляющую к плоскости плиты вектора 30 силы Р, т.е. Рг, и составляющие вектора момента М относительно осей Ох и Оу, т.е. М(х) и М(у), путем соответствующего растяжения и сжатия, При этом стержни 36, 46 и 56 работают на изгиб и практически не оказывают влияния на деформации стержней За, 4 а и 5 а. Стержни 36, 46 и 56, работая на растяжение - сжатие,воспринимают лежащие в плоскости ХОУ состав 40 ляющие вектора силы Р, т.е. Р(х) и Р(у), а также составляющую нектара момента М относительно оси ОЕ, т.е.И(г). При этом стержни За, 4 а.и 5 а не оказывают практического сопротив ления деформациям стержней (рабочим) 36, 46 и 56.За счет описанного расположения точек соединения ООи О силовоспринимающей плиты с упругими эле ментами достигнута минимальная пог 38решность измерения нагрузки по всей поверхности силовоспринимающей плиты и максимальная перегрузочная способность и динамический диапазон из мерений вдоль оси ОЕ.Формула изобретенияУстройство платформенного типа для многокомпонентного измерения сил и моментов, содержащее прямоугольную силовоспринимающую плиту, прикреп-, ленную жестко к основанию через три упругих элемента, состоящих из двух соединенных между собой пед прямым углом стержней с тензодатчиками, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и расширения диапазона измерений, стержни упругих элементов соединены с силовоспринимающей плитой в месте их соединения друг с другом, а первый из упругих элементов расположен в средней части стороны силовоспринимающей плиты, два других - на смежных к ней сторонах, симметрично относительно первого и на расстоянии о от стороны, на которой он расположен, определенном по формулеа = (1,1 К + 0,6) Й,где 1 - половина длины стороны сило-,воспринимающей плиты, на которой расположен первый упругий элемент;К - коэффициент отношения смежныхсторон прямоугольной силовоспринимающей плиты, находящийся в пределах 0,3-1,35,при этом первый из стержней каждогоупругого элемента расположен перпендикулярно плоскости силовоспринимающей плиты, второй стержень первогоупругого элемента расположен вдольстороны, на которой закреплен упругий элемент, а вторые стержни второго и третьего упругих элементовобразуют с плоскостью симметрииугол 28 - 32 в направлении стороныс .первым упругим элементом.аказ 7255/3 ВНИИ по де 113035, МоПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная Тираж 776 Государст лам и 9 обр сква, ЖПодписноеенного комитета СССтений и открытийРаушская наб.,