Многокомпонентный стенд для измерения силомоментных нагрузок

(46 (72 (53 (56 9 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ) Авторское свидетельство СССР 66377, кл. С 01 Ь 5/13, 1971.Горлин С.М. и Слезингер И.И.Аэромеханические измерения. М.: с, 419, 1964.(54)(57) 1. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИПОМОМЕНТНЫХ НАГРУЗОК, содержащий силоприемную раму, основание и связанный с ним рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки, а также связанный с основанием и силоприемной рамой преобразователь поперечной нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения в условиях повышенных вибраций и расширения частотного диапазона путем исключения непосредственного силового воздействия на меха.низм разделения компонент силомоментиой нагрузки, в него введены две жесткие перемычки, центры симметрии которых шарнирно соединены с рычажным механизмом разделения компоненг силомоментной нагрузки, цилиндрическая прорезная пружина, закрепленная одним концом на основании, четыре тяги, одни концы которых шарнирно прикреплены к силоприемной раме, к центру симметрии которои прикреплен другой конец цилиндрической прорезной пружины, четыре упругих элемента, края которых прикреплены к основанию, а средние части прикреплены к соответствующим концам жестких перемычек и шарнирно к другим концам тяг.2. Стенд по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что рычажный механизм разделения компонент силомоментной нагрузки содержит два измерительных преобразователя, две штанги, пять опор и пять двуплечих рычагов, шарнирно установленных посредством опор на основании, при этом одно плечо первого двуплечего рычага через первый измерительный преобразователь связано с одним плечом второго двуплечего рычага, другое плечо которого шарнирно соединено через одну штангу с одним плечом третьего двуплечего рычага, другое плечо которого через второй измерительный преобразователь соединено с одним плечом четвертого двуплечего рычага, другое плечо которого шарнирно соединено с одним плечом пятого двуплечего рычага, другое плечо которого через вторую штангу шарнирно соединено с другим плечом первого двуплечего рйчага, причем опоры выполнены с обеспечением возможности регулировки центра качания двуплечих рычагов.Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сил и ихмоментов при гидродинамических и аэрогидриодинамических исследованиях 5судовых и авиационных конструкций,Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях повышенных вибраций и расширение частотногодиапазона путем исключения непосредственного силового воздействия намеханизм разделения компонент силомоментной нагрузки.На Фиг. 1 представлен схематичнопредложенный стенд, общий вид; на15Фиг2 - принятая система координат;на Фиг.3 - предлагаемое устройство,вид сверху; на фиг.4 - разрез А-Ана фиг.1; на фиг. 5 - 7 схемы положений рычажного механизма для разделения силомоментной нагрузки посленагружения стенда соответственносилой Р, моментом И и силомоментной нагрузкой Ру, И.Предлагаемый стенд имеет основание 1 с установленными на нем симметрично осям координат четырьмя равножесткими упругими элементами 2 и 3(дваупругих элемента находятся впараллельной плоскости) и соединенными между собой жесткими перемычками4, Двухшарнирные стойки 5, связывающие своими концами силоприемнуюраму б с упругими элементами 2 и 3,вместе образуют пространственныйпараллелограм - качалку, К силоприемной раме 6 крепится испытываемоеизделие 7. Соединенный с основанием1 в центре его симметрии преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил Рд и Р крепится к силоприемной раме 6 через однокольцевую цилиндрическую прорезную. пружину 9. Всеэти элементы образуют силовую упругую систему 10 стенда, имеющую пять 45степеней подвижности (в направленияхХ, У, 2 Мх, И), у которой центрышарниров, связывающих вертикальныестойки 5 с силоприемной рамой 6, расположены симметрично относительно 50геометрического центра упругогокольца оцнокольцевой цилиндрическойпрорезной пружины 9 и находятся водной плоскости.Рычажный механизм 11 для разделения силомоментной нагрузки образован из двух независимых силового12 и моментного 13 измерителей,смонтированных на неподвижных опорах 14 основания 1, и расположенных по конструктивным соображениям либо на двух уровнях (как это изображено на чертеже), либо параллельно друг другу. При этом измеритель 13 момента содержит два двуплечих рычага 15 и 16, а измеритель 13 силы - три двухплечих рычага 17 - 18 - 19.Неподвижные опоры 14 скреплены с основанием 1 с возможностью смещения их вдоль рычагов 15 - 19.Подвижные шарниры крайних рычагов 15, 16, 18 и 19 и геометрические центры жестких перемычек 4, скрепляющих попарно упругие элементы 2 и 3, соединены между собой тягами 20 и 21. На свободных концах взаимодействующих рычагов 15 и 16, 17 и 18 смонтированы бесконтактные электрические преобразователи соответственно 22 и 23, например, индуктивные с возможностью их перемещения вдоль и поперек рычагов.Преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил также оборудован аналогичными измерительными преобразователями 24 и 25.Многокомпонентный стенд для измерения силомоментных нагрузок работает следующим образом.Под действием внешних сил и моментов, например, аэродинамических или гидродинамических, приложенных к испытываемому изделию 7, силоприемная рама 6, перемещаясь в вертикальном направлении и вокруг горизонтальных осей Х и 2,воздействует через четыре стойки 5 на четыре упругих элемента 2 и 3, которые деФормируясь, производят силовое замыкание компонент Р, Их и И на основание 1,.Одновременно силовая рама 6, перемещаясь в горизонтальной плоскости, приводит в действие через жесткое в этом направлении кольцо однокольцевой цилиндрической прорезной пружины 9 преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил Р и Р, При этом происходит силовое замыкание компонентов М, Рх и Р, а также разделение и измерение сил Ри Р с использованием вмонтированных в преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил Рх и Р электрических преобразователей 24 и 25. Отсутствие взаимовлияния компонентов Рх, Р и И в преобразователе 8РМт = 2 ф 2 - -. )2 1 ф двух взаимно перпендикулярных сил обеспечивается большой разножесткостью и симметричным расположением стержней его упругого элемента в направлении неизмеряемых и измеряемьгс компонентов, а присоединенная к нему одно- кольцевая цилиндрическая прорезная пружина 9 разгружает преобразователь 8 двух взаимно перпендикулярных сил от действия вертикальной силы Р и 10 моментов Г 1 и М вследствие ее малой жесткости в этих направлениях.В результате производится силовое замыкание на основание 1 всех действующих на стенд сил и моментов.Измерение остальных измеряемых компонентов Р и Г 1 производится путем преобразования перемещений, снятых с геометрических центров жестких перемычек 4, соединяющих упругие элементы 2 и 3. Эти перемещения, вызванные действием силомоментной нагрузки Р и М на упругие элементы 2 и 3, через жесткие перемычки 4 и тяги 10 и 21 приводят в 25 действие рычажный механизм 11 для разделения силомоментной нагрузки. В результате геометрический центр перемычки 4, соединяющей упругие элементы 2 (при заданных на фиг. 2 З 0 направлениях действия сил и моментов),.будет при действии одной вертикальной силы Ру иметь перемещение Ь (фиг.5), равное половине величины этой силы, деленной на приведенную жесткость упругих элементов 2:35 Аналогично, в том же месте от мо 40мента М, действующего вокруг оси2, возникает перемещение (фиг.6),.равное этому моменту, отнесенномук расстоянию Ь между геометрическимицентрами обеих перемычек 4 и приве, 45денной жесткости упругих элементов 2: В результате действия обеих ком 50 понентов тяга 21 передает на соединенные ею концы рычагов 15 и 19 перемещение (фиг.7), равное сумме полученных перемещений: 4Соответственнотяга 20, передаю" щая на рычаги 6 и 18 перемещение от жесткой перемычки 4 упругих элементов 3 (фиг.7), будет иметь ход Рабочие перемещения Дз и Д 5 между свободными концами взаимодействующих рычагов 15 - 17 определяется (фиг.7) как сумма и разность перемещений Д 2 и д , умноженных на передаточные отношения соответствующих рычагов Д ю 1( т +) + ( 6 ). д Рм Г 1 1 х Р М 2 2 Ь Е 2 Ь дэ1 Ри Г 1 ь Р М 22 2 Ь Е 2 1При обеспечении равенства передаточных отношений, отнесенных к соответствующим жесткостям Е и Е2 Э упругих элементов 2 и 3 (что являет- ся условием независимого измерения компонентов), на преобразователях 22 и 23 перемещений образуются рабочие хода Ар и ЙМ, а, следовательно, и электрические сигналы, пропорциональные выделяемым величинам внешних сил Р. и момента М, т.е. при 21 мк4 м=4 М = МПри этом коррекция передаточных отношений рычагов с целью устранения взаимовлияния компонентов достигается поочередным нагружением стенда влияющими нагрузками и перемещением электрических измерительных преобразователей 21 и 23 вдоль рычагов 15- 18 до тех пор, пока действие влияющей нагрузки не прекратится.Под действием влияющего момента М упругие элементы 2 и 3 также будут деформированы (в разных направлениях), однако их перемещения вызовут только поворот жестких перемычек 4 вокруг оси Х, не вызывая перемещения тяг 20 и 21 в измеряемом вертикальном направлении, что обеспечивает отсутствие влияния этой компоненты на измерение Р 11 и Г 1 ьВведение регулировочных приспособлений для перемещения с последующим закреплением неподвижных опор 14 рычажного механизма 11 для разделения силомоментной нагрузки позволяет устанавливать и при необходимости изменять передаточные отношения рычагов, а., следовательно, и чувствительность стенда по Р и И, а перемещением измерительных преобразователей 22 и 23 - устанавливать необходимые соотношения между реальными жесткостями и передаточными отношениями взаимодействующих между собой пар рычагов с целью компенсации возможной некоторой геометрической и силовой асимметрии силовой упругой системы 10 стенда, а, следовательно, и устранения взаимовлияния компонентов Р и И друг на друга. Использование предлагаемого стенда позволяет проводить испытаНиямоделей судовых и авиационных конструкций, в.частности в опытных бассейнах в условиях вибрации буксировочного средства и воздействия на модельволновых нагрузок, благодаря исключению силового воздействия на рычажный 10 механизм для разделения силомоментной нагрузки и преобразователь двухвзаимно перпендикулярных сил, чтоприводит к повышению точности измерения и расширения области рабочих 15 частот, а также уменьшить взаимовлияние компонентов, "расположив центрышарниров вертикальных стоек и однокольцевой прорезной цилиндрическойпружины в одной плоскости, и упрос тить юстировку стенда путем введения регулировочных приспособлений,174795 Составитель А. АмахановДанкулич Техред Л.Иикеш Корре Самборская едакто Заказ 5175 сное 5 илиал ПНП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Тираж 897НИИПИ Государственного компо делам изобретений и от13035, Москва, Ж,Раушск Подпитета СССРрытийя наб., д