ДИНАМОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01L1/04 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, может найти применение в измерительной технике при измерении усилий и нагрузок.

Известен динамометр [1], содержащий корпус со шкалой и с установленным на нем пружинным разрезным кольцом, размещенные в корпусе измерительную пружину, выполненный в виде полой трубки шток, внутри которого размещена зажимная цанга, и установленную на штоке телескопическую втулку.

Динамометр [1] имеет следующие недостатки: мало эффективен при измерении сил малого номинала, так как рабочий диапазон характеристики пружины выбирается выше нуля и силы трения большого числа подвижных элементов снижают чувствительность и искажают истинные значения измерений, кроме того, результаты измерений на нем не точны и не стабильны, так как характеристики измерительных пружин нестабильны по характеристикам используемой проволоки и с течением времени (старение и усталость металла).

Наиболее близким техническим решением к заявленному является динамометр [2] , содержащий цилиндрический корпус, навинченный на основание, со шкалой нагрузок, цилиндр с указательной стрелкой, резьбовую втулку, пустотелый винт, установочный диск, головку, на стенки окна которой нанесена риска, цилиндрический тарировочный груз с центральным отверстием, надеваемый на свободный конец штока с кольцевой риской в зоне окна головки и опирающийся на пяту, соединенную через измерительный элемент в виде цилиндрической винтовой пружины с резьбовой втулкой, закрепленной на торце цилиндра и навернутой на пустотелый винт, жестко связанный с установочным диском, вставленным в головку с риской, совпадающей с кольцевой риской штока как в нагруженном, так и в ненагруженном состоянии, а указательная стрелка, прикрепленная к цилиндру, при этом совмещается с нулевым делением шкалы нагрузок на цилиндрическом корпусе или с делением, соответствующим приложенной штоку нагрузке.

Техническое решение по [2] имеет следующие недостатки: мало эффективно при измерении сил малого номинала, так как рабочий диапазон характеристики пружины выбирается выше нуля, силы трения подвижных элементов динамометра снижают чувствительность и искажают истинные значения измерений, результаты измерений на динамометре не точны и не стабильны, так как характеристики измерительных пружин не стабильны по характеристикам используемой проволоки и с течением времени (старение и усталость металла), кроме того, оно сложно по конструкции и трудоемко в настройке и корректировке изменяемых параметров винтовой пружины.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет возможности измерения сил малого номинала в поле гравитации и увеличения точности.

На фиг. 1 представлен динамометр, общий вид; на фиг. 2 - то же, разрез по оси штока; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3; на фиг. 5 - развертка по внутренней поверхности корпуса динамометра; на фиг. 6 - шайба измерительного элемента, вид в плане; на фиг. 7 - диаграмма нагружения динамометра по параметрам P-L.

Динамометр состоит из цилиндрического корпуса 1, выполненного в виде пустотелой гильзы 2 с навинченной на верхний торец крышкой 3. Снаружи гильзы 2 на боковой поверхности выполнен сквозной продольный паз 4. По обе стороны от паза 4 в шахматном порядке нанесены с заостренными вершинами интервальные риски 5 шкалы 6 нагрузок.

Внутри корпуса 1 размещен шток 7, выступающий за пределы гильзы 2 и крышки 3. Выступающие концы штока 7 снабжены резьбовыми хвостовиками 8 и 9 для навинчивания рабочих наконечников. Внизу на штоке 7, внутри корпуса 1, закреплена втулка 10, соединенная с указательной стрелкой 11, выступающей в зоне шкалы 6 через паз 4 за пределы корпуса 1. По обе стороны от втулки 10 установлены калибровочные шайбы 12 для регулировки осевого положения стрелки 11 относительно нулевой риски шкалы 6 и осевых люфтов штока 7 в исходном положении. Под нижней шайбой 12 в корпусе 1 установлена фрикционная втулка 13.

На внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 с постоянным периодом выполнены три ступенчатые группы 14-16 продольных пазов 17 с постоянным расстоянием друг от друга и с равномерным шагом t укорачивания их продольной глубины, начиная с самого длинного и относительно каждого предыдущего, причем каждый паз 17 одной группы имеет эквивалентные себе пазы в двух других группах, заканчивающихся торцовыми опорными площадками 18. Со стороны торцовой части пазы 17 по параметру заужены на величину К, а в местах перехода выполнены плавные скосы 19.

На опорных площадках 18 ярусами с шагом, равным шагу t, между опорными площадками 18 пазов 17 и с зазором S между собой установлены оттарированные по весовым параметрам шайбы 20 измерительного элемента динамометра, причем зазоры S соизмеримы с шагом интервальных рисок 5. В центрах шайб 20 выполнены отверстия 21, на противоположных плоскостях - кольцевые выступы 22 и впадины 23 соответственно, а по наружному контуру - по три радиальных выступа 24 в виде усов, расположенных в продольных пазах 17. Со штоком 7 шайбы 20 сопряжены с кольцевыми зазорами δ.

Динамометр работает следующим образом.

В зависимости от характера работ по измерению усилий или нагрузок на хвостовики 8 и 9 навертываются соответствующие наконечники, обеспечивающие тяговое или толкающее направление хода штока 7. В момент работы при нагружении динамометра шток 7 перемещается относительно корпуса 1 вверх и на верхнюю шайбу 12 кольцевой впадины 23 нанизывается первая, самая нижняя, шайба 20. При выборке зазора S между кольцевым выступом 22 нижней шайбы 20 и кольцевой впадины 23 второй шайбы 20, расположенной над нижней, начинает подниматься сцентрированная по первой вторая шайба 20. Таким образом, через циклические паузы выбора зазоров S начинают подниматься третья, четвертая и т. д. шайбы 20. При перемещении штока 7 вверх выступы 24 шайб 20 выходят из зауженных участков пазов 17 и перемещаются со штоком 7 свободно без трения о корпус 1, а ненанизанные шайбы 20 не соприкасаются со штоком 7 за счет кольцевых зазоров δ между ними, исключающих трение между штоком 7 и шайбами 20. Диаграмма нагрузок (см. фиг. 7) имеет ступенчатый вид, т.е. участки хода штока 7 S = =ΔL чередуются с участками прироста нагрузок Δ Р. Ход штока 7 Δ L и прирост нагрузок ΔР регистрируются стрелкой 11 по рискам 5 шкалы 6. Ширина каждой риски 5 равна зазору S и для удобства отсчета риски 5 в вершинах заострены, что обеспечивает точное совмещение острия рисок 5 с острием стрелки 11. Верхнее положение стрелки 11 в каждом конкретном измерении дает результат измеряемой величины нагружения динамометра. Разгрузка динамометра ведется в обратной последовательности нагружению, и динамометр приводится в исходное положение для последующих измерений.

Использование предложенного динамометра по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность его работы при измерении сил малого номинала за счет выполнения измерительного элемента в виде размещенного на штоке набора шайб, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, выполненных с кольцевыми выступами и впадинами на плоскостях и с тремя радиальными выступами, опирающимися на торцовые части в зоне заужения скосами трех групп ступенчатых продольных пазов, выполненных на внутренней поверхности корпуса с постоянным периодом и с равномерным шагом укорачивания в каждой группе; повысить точность и стабильность измерения за счет исключения применения спиральной пружины и исключения избыточных сил трения элементов подвижной системы за счет зазоров между корпусом и шайбами, между шайбами и штоком и центровки шайб в радиальном направлении кольцевыми выступами и впадинами; упростить конструкцию за счет сокращения числа деталей; упростить настройку за счет упрощения конструкции.

Использование: измерение сил малого номинала в поле гравитации. Сущность изобретения: динамометр содержит цилиндрический пустотелый корпус в виде гильзы, на боковой поверхности снаружи которого выполнен продольный паз. По обе стороны от паза нанесены интервальные риски шкалы нагрузок. В корпусе размещен шток с резьбовыми хвостовиками. На внутренней поверхности гильзы с постоянным периодом выполнены три ступенчатые группы продольных пазов с равномерным шагом укорачивания. С торцевой части пазы заужены и в местах перехода скошены. На штоке закреплена втулка, соединенная с указательной стрелкой. Измерительный элемент динамомера выполнен в виде размещенного на штоке набора шайб с тремя радиальными выступами, размещенными в продольных пазах. На плоскостях каждой шайбы выполнены выступ и впадина. 7 ил.

ДИНАМОМЕТР, содержащий размещенные в цилиндрическом корпусе со шкалой нагрузок шток, измерительный элемент и указательную стрелку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет возможности измерения сил малого номинала в поле гравитации и увеличения точности, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса с постоянным периодом выполнены три ступенчатые группы продольных пазов с равномерным шагом укорачивания, со стороны торцевой части пазы по периметру заужены и в местах перехода скошены, измерительный элемент выполнен в виде размещенного на штоке набора шайб, каждая с тремя радиальными выступами, расположенными в продольных пазах, при этом шайбы расположены на одинаковом расстоянии одна от другой, а на плоскостях каждой шайбы выполнены кольцевые соответственно выступ и впадина.