МАНОМЕТРИЧЕСКАЯ ПРУЖИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к упругим чувствительным элементам, используемым в приборах для измерения давления, робототехнических системах, особенно работающим в условиях вибраций и в силовом режиме.

Известны конструкции манометрических пружин с различной формой поперечного сечения - восьмеркообразной, плоскоовальной, эллиптической /1/. Недостатком таких пружин является различная деформация внутреннего и внешнего контуров поперечного сечения, при этом в стенках внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения возникает различное напряженно-деформированное состояние. Это отрицательно сказывается на прочности манометрической пружины. Различная деформация внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения является также причиной невысокой точности манометрической пружины.

Известна манометрическая пружина, выполненная из двух полосообразных деталей, герметично соединенных по краям, при этом с целью компенсации температурных погрешностей ее полосообразные детали выполнены из материалов, имеющих разный коэффициент линейного расширения /2/.

Такая конструкция манометрической пружины учитывает температурную деформацию внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения, но не учитывает различие деформаций внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения вследствие их взаимного расположения и положения относительно центральной оси манометрической пружины. В результате в пружине такой конструкции деформация внешнего и внутреннего контуров сечения также различна и различны эквивалентные напряжения в стенках внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения. Это приводит к снижению прочности манометрической пружины. Разные деформации внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения обуславливают потерю точности манометрической пружины.

Задача изобретения - увеличение долговечности и надежности манометрической пружины.

Техническим результатом изобретения является повышение точности манометрической пружины и ее прочности.

Поставленный технический результат достигается при выполнении манометрической пружины по двум вариантам.

При выполнении манометрической пружины по первому варианту поставленный технический результат достигается тем, что манометрическая пружина выполнена составленной из двух профилированных полос, герметично соединенных по краям и образующим внешний и внутренний контуры поперечного сечения. При этом материалы, из которых выполнены профилированные полосы, образующие внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины обладают разными механическими характеристиками (пределом текучести, пределом упругости, пределом выносливости) и имеют разные модули упругости первого рода.

При выполнении манометрической пружины по второму варианту поставленный технический результат достигается тем, что манометрическая пружина выполняется составленной из двух профилированных полос разной толщины, герметично соединенных по краям и образующим внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины.

Между поставленным техническим результатом изобретения и существенными признаками конструкции пружины, выполненной по первому варианту, существует следующая причинно-следственная связь.

Известно, что внешний и внутренний контуры поперечного сечения манометрической пружины деформируются по-разному. Это объясняется, во-первых, тем, что стенка внешнего контура поперечного сечения располагается дальше от центральной оси пружины; во-вторых, тем, что при деформации поперечного сечения пружины во внешнем контуре поперечного сечения возникают продольные (вдоль продольной оси пружины) растягивающие внутренние усилия, а во внутреннем контуре поперечного сечения возникают продольные сжимающие внутренние усилия.

Различная деформация внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения манометрической пружины подтверждается как экспериментальными, так и расчетными данными /1, 3/.

Выполнение манометрической пружины по первому варианту позволяет увеличить ее точность и прочность из-за следующего.

Выполнение профилированных полос, образующих внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины из материалов, обладающих разными механическими характеристиками (пределом текучести, пределом упругости, пределом выносливости) и имеющих разные модули упругости первого рода, позволяет подобрать материалы профилированных полос с такими указанными характеристиками, при которых деформации внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения будут одинаковыми, и будут равными или незначительно отличаться эквивалентные напряжения, возникающие в стенках внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения.

Равенство деформаций внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения манометрической пружины обуславливает повышение точности манометрической пружины.

Так как эквивалентные напряжения, возникающие в стенке внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения, будут одинаковыми или незначительно отличаться друг от друга, то увеличится прочность манометрической пружины.

При выполнении манометрической пружины по второму варианту, увеличение ее точности и прочности объясняется следующим.

Выполнение манометрической пружины из профилированных полос разной толщины позволяет подобрать такое соотношение толщин профилированных полос, образующих внешний и внутренний контуры поперечного сечения, при котором деформации внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения будут одинаковыми. Равенство деформаций внешнего и внутреннего контуров поперечного сечения пружины приводит к увеличению ее точности, а также означает более равномерное распределение напряжений в поперечном сечении пружины. Вследствие чего повышается прочность манометрической пружины.

На фиг.1 представлен общий вид манометрической пружины.

На фиг.2 показано плоскоовальное поперечное сечение манометрической пружины, составленное из двух профилированных полос, которые образуют внешний и внутренний контуры поперечного сечения, а также положение поперечного сечения относительно центральной оси пружины.

Манометрическая пружина 1 имеет продольную ось 2, центральную ось 3, свободный конец 4, конец 5, закрепленный в держателе 6, и внутреннюю полость 7.

Поперечное сечение манометрической пружины 1 выполнено составным и образовано герметичным соединением двух профилированных полос, которые образуют внешний 8 и внутренний 9 контуры поперечного сечения.

При этом профилированные полосы, образующие внешний 8 и внутренний 9 контуры поперечного сечения пружины 1, выполнены из материалов, обладающих разными механическими характеристиками (пределом текучести, пределом упругости, пределом выносливости) и имеют разные модули упругости первого рода.

Профилированные полосы, образующие внешний 8 и внутренний 9 контуры поперечного сечения, могут быть выполнены также разной толщины.

Поперечное сечение манометрической пружины имеет малую полуось b и большую полуось а.

Поперечное сечение пружины выполнено симметричным относительно своей малой 2b и большой 2а осей. Продольная ось 2 пружины 1 расположена на расстоянии R от центральной оси 3.

Профилированная полоса, образующая внешний контур 8 поперечного сечения, расположена на расстоянии большем R от центральной оси 3, а профилированная полоса, образующая внутренний контур 9 поперечного сечения, расположена на расстоянии меньшем R от центральной оси 3 манометрической пружины 1.

Манометрическая пружина 1 работает следующим образом. При создании во внутренней полости 7 избыточного давления поперечное сечение пружины 1 деформируется, стремясь к окружности. Во внешнем контуре 8 поперечного сечения возникают продольные (вдоль продольной оси пружины) растягивающие внутренние усилия. Во внутреннем контуре 9 поперечного сечения возникают продольные сжимающие внутренние усилия. В результате кривизна продольной оси 2 манометрической пружины 1 уменьшается и ее свободный конец 4 получает конечное перемещение.

Источники информации

1. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. 2 изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981, 392 с.

2. А.С. 117863 Гр. 172, 171 СССР. Трубчатая пружина к машинометрическим приборам/И.А.Сычев - №574645/25, заявлено 10.06.1957 (прототип).

3. БУЖЕНКО В.Е. Исследование трубчатых пружин, работающих в силовом режиме: Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. - Тюмень, 1978, 143 с.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения давления и может быть использовано для создания упругих чувствительных элементов. Устройство состоит из двух профилированных полос, герметично соединенных по краям и образующих внешний и внутренний контуры поперечного сечения манометрической пружины. Материалы, из которых выполнены эти профилированные полосы, обладают разными механическими характеристиками и имеют разные модули упругости первого рода. По другому варианту профилированные полосы, образующие внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины, имеют различную толщину стенки. Технический результат заключается в повышении точности измерений давлений манометрической пружиной, ее прочности и долговечности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Манометрическая пружина, состоящая из двух профилированных полос, герметично соединенных по краям и образующих внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины, отличающаяся тем, что материалы, из которых выполнены профилированные полосы, образующие внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины, обладают разными механическими характеристиками и имеют разные модули упругости первого рода.2. Манометрическая пружина, состоящая из двух профилированных полос, герметично соединенных по краям и образующих внешний и внутренний контуры поперечного сечения, отличающаяся тем, что профилированные полосы, образующие внешний и внутренний контуры поперечного сечения пружины, имеют разную толщину стенки.