ДИНАМОМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01L1/04 

Изобретение относится к устройствам для измерения силы, а именно, для измерения статической или плавноменяющейся силы сжатия значительной величины, в частности, для градуировки измерительных и рабочих прессов на нагрузки свыше 10 МН.

Известен трехфлажковый динамометр, состоящий из трех балок с ломаной осью и флажками, а также механизма суммирования перемещений и измерителя перемещений, например индикатора часового типа [1] При нагружении динамометра балки деформируются, при этом они изгибаются, приваренные к ним флажки поворачиваются, а их концы перемещаются. Перемещения флажков суммируются механизмом суммирования перемещений и передаются на измеритель перемещений.

Недостатком динамометра является трение в шарнире, которое приводит к росту вариации показаний и соответственно к снижению точности измерения силы.

Известен многофлажковый динамометр, имеющий стержни с ломаной осью, флажки, механизм преобразования перемещений, состоящий из диад и триад, позволяющий суммировать перемещения практически любого числа флажков, механизм измерения перемещений, например индикатор часового типа [2]
Четырехфлажковый динамометр, работающий по этой схеме, обладает высокой устойчивостью к восприятию эксцентриситета измеряемой силы.

Недостатком четырехфлажкового динамометра является наличие большого числа шарниров, что приводит к снижению точности измерения за счет увеличения сил трения.

Известен двухфлажковый динамометр прототип, имеющий шаровую опору, центральный стержень полого круглого или квадратного сечения и две щеки стержни с ломаной осью, приваренные к стержню или изготовленные из одной заготовки. Вдоль обеих сторон к выступам щек приварены жесткие пластины, называемые флажками. Свободный конец одного флажка выполнен в виде разрезной втулки, в которую вставляется измеритель перемещений, например индикатор часового типа с наконечником для установки иглы. В свободный конец другого флажка ввернут винт с коническим углублением под иглу. Между наконечником индикатора и винтом проходит через отверстие в упругом теле игла, упирающаяся своими острыми концами в углубление наконечника и винта [3]
Недостатком является то, что при нагрузках свыше 1 МН динамометры, изготовленные по этой схеме, например динамометры ДОС-300 и ДОС-500, имеют большую вариацию показаний (до 1%) на первой и второй точках шкалы и большой гистерезис (до 1,5%), что превышает допустимые значения для образцовых динамометров.

Высокое значение вариации показаний объясняется высокой чувствительностью двухфлажковых динамометров к перекосам и эксцентричности приложения силы.

Увеличение гистерезиса объясняется тем, что с увеличением толщины стенки полого стержня ухудшается прокаливаемость стали и, как следствие, увеличивается пластичность материала внутри стенки полого стержня, особенно сильно это влияние проявляется в полых стержнях прямоугольного сечения. Увеличение пластичности материала внутри стенки полого стержня приводит к увеличению гистерезиса, а следовательно, к снижению точности измерений.

Задачей изобретения является повышение точности измерения за счет снижения вариации показаний и гистерезиса.

Сущность изобретения заключается в том, что в динамометре, содержащем шаровую опору, центральный полый стержень с присоединенными к нему стержнями с ломаной осью, пластины, присоединенные одним концом к стержню с ломаной осью, измеритель перемещений с наконечником, подпятник под иглу, центральный полый стержень имеет в измерительной части несквозные продольные пазы, пластины выполнены упругими и другим концом соединены попарно с двумя перемычками, расположенными симметрично, в середине одной из перемычек находится гнездо для крепления измерителя перемещений, а в середине другой перемычки гнездо для крепления подпятника под иглу.

Упругие плоские балки широко используются в динамометрии для преобразования силы в деформацию. Однако в данном изобретении упругие балки в сочетании с перемычками выполняют иную функцию суммирующего механизма пространственного типа, который суммирует перемещения концов балки. В суммирующем механизме отсутствуют шарнирные связи, что приводит к снижению потерь на трение и соответственно к повышению точности измерения.

Продольные сквозные и несквозные прорези в возможном сочетании с наклонными и поперечными прорезями широко используются в динамометрии с целью преобразования силы в деформацию или напряжения с целью повышения точности и чувствительности измерения.

Однако продольные прорези, примененные в изобретении, расположены так, чтобы уменьшить толщину стенки полого стержня, и придают новое свойство улучшают прокаливаемость стержня, что приводит к более равномерной структуре материала, повышению его твердости и соответственно к снижению гистерезиса.

На фиг.1 приведен общий вид динамометра; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1.

Динамометр состоит из полого центрального стержня 1 с присоединенными к нему четырьмя стержнями 2 с ломаной осью, в местах наибольшего поворота сечений которых присоединены одним концом плоские упругие пластины 3, другой конец которых присоединен к двум перемычкам 4. Центральный стержень 1 имеет верхнюю шаровую опору 5 с вкладышем 6 и нижнюю опору 7.

В середине одной перемычки установлен подпятник 8, а в середине другой перемычки установлен и закреплен измеритель 9 перемещений, например индикатор часового типа. Наконечник 10 измерителя 9 перемещений связан с подпятником 8 иглой 11.

Динамометр работает следующим образом.

Измеряемое усилие воспринимается верхней шаровой опорой 5 и вкладышем 6 и передается на полый стержень 1. В результате деформации полого стержня 1 стержни 2 с ломаной осью изгибаются, а упругие балки поворачиваются, изгибаются и скручиваются за счет того, что они попарно соединены перемычками 4, перемычки же 4 при этом сближаются. Сближение перемычек измеряется измерителем 9 перемещений с помощью подпятника 8, иглы 11 и наконечника 10.

В связи с тем, что полый стержень имеет специальные пазы, то в процессе закалки выравнивается твердость по всему сечению полого стержня, в связи с чем улучшается прокаливаемость, снижаются микропластические деформации и соответственно снижается гистерезис динамометра.

Использование динамометра и изменение формы поперечного сечения полого стержня обеспечивают следующие преимущества: повышается точность измерения за счет уменьшения числа шарниров, а также снижается гистерезис за счет улучшения прокаливаемости полого стержня динамометра.

Сущность изобретения: динамометр содержит опору, на которой размещен центральный полый стержень. На наружной поверхности измерительной части стержня выполнены несквозные продольные пазы. Центральный полый стержень соединен со стержнями, каждый из которых выполнен с ломанной осью и связан с одним концом соответствующей упругой пластины. Симметрично относительно оси центрального полого стержня расположены две перемычки, соединенные с другими концами упругих пластин. В середине одной перемычки выполнено гнездо для крепления измерителя перемещения с наконечником, а в середине другой - гнездо для крепления подпятника под иглу. 3 ил.

ДИНАМОМЕТР, содержащий размещенный на опоре центральный полый стержень с измерительной частью с силовоспринимающей шаровой опорой, соединенный со стержнями, каждый из которых выполнен с ломаной осью и связан с одним концом соответствующей пластины, а также измеритель перемещения с наконечником, иглу и подпятник под нее, отличающийся тем, что в него введены расположенные симметрично относительно оси центрального полого стержня две перемычки, при этом пластины выполнены упругими и соединены другими своими концами попарно с перемычками, на наружной поверхности измерительной части центрального полого стержня выполнены несквозные продольные пазы, в середине одной перемычки выполнено гнездо для крепления измерителя перемещения, а в середине другой гнездо для крепления подпятника под иглу.