Датчик силы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНРЕСПУБЛИК(9) ИИ 91 ьи 4 с 01 ь 1/гг АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ р. Тензометрия Машиностроение ство СССР/00, 196 евай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение м.б. использованов устр-вах для взвешивания подвижныхобъектов и позволяет повысить точность измерений. Датчик состоит издвух торсионных валов, представляю-,щих собой соосно размещенные одинв другом упругие чувствительные элементы 1 и 2. При соединении элементов 1 и 2 они предварительно закручиваются относительно друг друга наугол, соответствующий макс. расчетному значению касательных напряженийв их рабочей части. С момента приложения внешней силы она складываетсяс потенциальной энергией деформированного состояния элементов 1 и 2.На рабочей части элементов 1,2 наклеены тензорезисторы 3. 4 ил.Изобретение относится к устройствам для измерения сил, крутящих моментов и веса объектов, например в устройствах для взвешивания подвиж 5 ных объектов: автомобилей, железнодорожного состава и других объектов в статическом положении и при движении.Цель изобретения - повышение точ ности.На фиг. 1 изображена конструкция датчика в равновесном напряженном состоянии; на фиг. 2 - эпюра напряжений в упругих элементах в равно. весном напряженном состоянии, сечечение А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - эпюра напряжений при действии наибольшего момента внешней силы или крутящего момента; на фиг. 4 - график тео ретической характеристики датчика 11=Г.Датчик состоит из двух торсионных валов, представляющих собой внутренний упругий чувствительный элемент 1, 25 выполненный в виде сплошного или полого стержня, соосно расположенный внутри внешнего цилиндрического упругого элемента 2.На рабочей части одного или обоих 30 упругих элементов наклеены тензорезисторы 3.К одному или обоим концам упругих элементов прикреплены силовводящие элементы 4, к которым прикладывается внешняя сила Р или крутящий момент М,Внутренний 1 и внешний 2 упругие элементы скреплены между собой по концам. Сначала упругие элементы 40 скрепляются между собой на одном конце любым известным способом: шпоночным соединением, шлицевым, сваркой и т.д. Затем этот конец закрепляется в жесткой неподвижной опоре, а к од ному из свободных концов упругого элемента 1 или 2 прикладывается внешняя сила Р или крутящий момент Мр . В результате приложения силы или крутящего момента производится закручивание первого упругого элемента относительно второго на угол, соответствующий максимальному расчетному значению касательных напряжений в рабочей части этого упругого элемента. 55После достижения закручивания первого упругого элемента на заданный угол оба урпугих элемента скрепляются между собой со стороны конца, к которому были приложены внешняя силаР или момент Мр, а затем эта сила Гили момент М , снимаются.В результате освобождения упругихэлементов от действия внешней силычасть потенциальной энергии деформирования закрученного упругого элемента передается на второй и производитего закручивание в противоположномнаправлении до равновесного состояния обоих элементов. Оба упругих чувствительных элемента становятся предварительно напряжены внутренними силами противоположного знака.Такое состояние упругих элементовповышает точность измерения за счетуменьшения величины гистерезиса иуменьшения времени затухания упругих колебаний датчика.Работа датчика заключается в следующем,Скрепленные между собой упругиеэлементы 1 и 2 находятся в равновесном напряженном состоянии. При этомв рабочих частях возникают касательные напряжения разного знака, т,е.упругие элементы находятся в закрученном состоянии на определенныйугол, но каждый в противоположномсостоянии.В теле упругих элементов возникает потенциальная энергия деформированного состояния, величина которойсоответственно пропорциональна углузакручивания каждого элемента и величине касательных напряжений в состоянии равновесия.На фиг. 2 изображена эпюра напряжений в упругих элементах в состоянииравновесия, при этом С, - касательные напряжения рабочей части упругого элемента 1, Г, - касательные напряжения рабочей части упругого элемента 2. Эпюра показывает, что касательные напряжения направлены в противоположные стороны, т.е, имеют разные знаки,При приложении внешней силы илимомента Мр в направлении, укаэанномна фиг, 3, напряжения , увеличиваются до максимального расчетного значения, а напряжения 1, второго упругого элемента уменьшаются и достигаютв определенный момент нулевого значения.С момента приложения внешней силыили момента М потенциальная энергия деформированного состояния упру з 13649 гого элемента 2, высвобождаясь, складывается с внешними силами, что увеличивает чувствительность на самых начальных этапах нагружения. Дейст 5 вие потенциальной энергии деформирования будет происходить до тех пор, пока в упругом элементе 2 касательные напряжения будут равны "0". При дальнейшем приложении внешней части Р или момента Мр упругий элемент 2 будет закручиваться в ту же сторону, что и упругий элемент 1, следовательно жесткость при кручении будет увеличена на жесткость упругого элемента 2, а следовательно, характеристика изменится.На фиг. 4 показана теоретическая градуировочная характеристика датчика, определяемая зависимостью 20Ц=(Г Ч 1,где У - выходная величина, выраженная в относительных единицах угловой деформации для определенной жесткости упругих 25 элементов. В нашем случае С - собственная жесткость упругих элементов 1 и 2, С - суммарная жесткость обоих упру гих элементов. Прямая а показывает характеристику упругих элементовпри их жесткости С, прямая Ь - суммарную характеристику обоих упругих элементов при суммарной жесткости С, З 5 прямая с - разностную характеристику,когда упругие элементы закручены в разные стороны.Точка о на прямой а характеризиует предварительный момент М закрутки одного из упругих элементов, а точка И - выходную величину при значении М.Точка 4, на прямой а характеризует равновесное состояние упругого элемента 1, а точка 1 - равновесное состояние упругого элемента 2, точки У, и У - соответственно их выходные величины при остаточных значениях М41 и МТочка 5 на прямой с характеризует разностное значение выходной величины, переходящее в суммарное значение. Это состояние, когда в упругом элементе 2 касательные напряжения Г становятся равными нулю, после чего они возрастают с одинаковым знаком в обоих упругих элементах.Формула изобретенияДатчик силы, содержащий два соосно размещенных один в другом торсионных вала, жестко связанных между собой по концам, и тензорезисторы, размещенные на валах, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, торсионные валы соединены с предварительным закручиванием один относительно другого на заданный угол.1364916 Составитель И, МальгиноваРедактор В. Данко Техред М.Ходанич Корректор А. Зимокосов Заказ 6587/34 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5