СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения силы при испытаниях на прочность, например, авиационных конструкций и их элементов.

Известно изобретение "Датчик для измерения силы давления и/или растяжения" (патент №0301109 ЕПВ (ЕР), МКИ 4 G 01 L 1/22; G 01 G 3/14).

Датчик состоит из центрального элемента и трех, расположенных под углом 120° один к другому по окружности центрального элемента, радиальных элементов для передачи усилий. На свободных концах радиальных элементов выполнены опорные поверхности. На элементах расположены тензометрические датчики, которые измеряют усилия, воздействующие на центральный элемент вдоль его оси.

Недостатком такого датчика является то, что он требует стационарной установки, для него необходима специальная опорная поверхность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является изобретение "Силоизмерительное устройство с кольцевым упругим элементом" (заявка №3812860 ФРГ (ДЕ), МКИ 4 G 01 L 1/22, 3/04, G 01 N 3/22).

Устройство содержит силоприемную часть, на которую воздействует усилие через шток, создающую реакцию опоры опорную часть, на которую воздействует усилие для базирования устройства; кольцевой упругий элемент, скручиваемый под воздействием измеряемого усилия и расположенный между силоприемной и опорной частями; тензометрические датчики, прикрепленные к поверхности упругого элемента; первую и вторую кольцевые стенки, соединяющие с фланцами силоприемную и опорную части упругого элемента.

Недостатками такого устройства является то, что оно воспринимает усилия только в одном направлении, т.к. шток жестко зафиксирован; конструкция устройства не позволяет производить монтаж его в разрыв силовой цепи ввиду того, что площади поперечных сечений первой и второй кольцевых стенок разные, то нагрузки воспринимают равные, т.е. жесткость внутренней стенки будет меньше, чем наружной стенки и будет подвержана деформациям при нагружениях, что приводит к уменьшению уровня помехозащищенности электрической схемы измерения, т.е. к уменьшению стабильности результатов измерений.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности результатов измерений прочностных испытаний, например усталостных.

Решение задачи достигается тем, что силоприемная часть состоит из штока и двух перемычек, симметрично расположенных на оси, являющейся диаметром упругого элемента, и связывающих шток с упругим элементом, который установлен на опорную часть, состоящую из кольца и двух стоек, размещенных симметрично на оси, перпендикулярной оси перемычек, при этом тензометрические датчики прикреплены в середине секторов кольцевой поверхности упругого элемента, образованных двумя пересекающимися взаимоперпендикулярными осями, одной из которых является ось перемычек.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2 - "Силоизмерительное устройство" и "Силоизмерительное устройство в проекциях" соответственно.

Устройство выполнено целиком из одной заготовки (см. фиг.1). Оно содержит силоприемную часть в виде штока 1 и двух перемычек 2. Шток 1 через перемычки 2 соединен с кольцевым упругим элементом 3, на котором прикреплены тензометрические датчики 6. Упругий элемент 3 установлен на опорную часть.

Опорная часть состоит из двух стоек 4, расположенных на оси, перпендикулярной оси перемычек 2, и опорного кольца 5. Шток 1 выполнен с наружной резьбой для подсоединения к силонагружающему устройству, а опорное кольцо 5 имеет резьбу на внутренней поверхности для подсоединения к ответной части силовой цепи (см. фиг.2).

Устройство работает следующим образом. Оно монтируется в разрыв силовой цепи. Нагрузка Р от силонагружающего устройства воспринимается штоком 1 и направлена вдоль его оси. Затем через перемычки 2 силоприемной части нагрузка перераспределяется по кольцевому упругому элементу 3 и через опорные стойки 4 воспринимается опорным кольцом 5, создающим опорную реакцию по всему периметру.

На кольцевой поверхности упругого элемента в середине секторов, образованных двумя пересекающимися взаимоперпендикулярными осями, одной из которых является ось перемычек 6, наклеены тензометрические датчики по два перпендикулярно друг к другу, причем один из них расположен параллельно оси перемычек 2. Такая схема наклейки датчиков выбрана для измерения касательных напряжений от момента кручения.

Датчики соединяются в мостовую схему. Сигналы, вырабатываемые измерительным мостом с промежуточным усилением, подаются на прибор-регистратор, назначением которого является регистрация результатов измерений, или на вход ЭВМ для непосредственной обработки и анализа в процессе эксперимента.

Выбор места наклейки датчиков сделан согласно расчетам, приведенным в учебном пособии: Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов, изд-во "Наука", Москва, Главная редакция физико-математической литературы, 1967 г., стр.31, 162-163.

На кольцевой поверхности упругого элемента в местах, выбранных для наклейки датчиков, действуют только касательные напряжения τ от М_кр в сечениях упругого элемента. Положение сечений определяется углом в 45°, который отсчитывается от оси перемычек. Таким образом, сигнал тензометрического моста определяется только τ от М_кр и следовательно, улучшается помехозащищенность электрической схемы измерения, что в свою очередь позволяет добиться стабильности результатов измерений.

Перед установкой в разрыв силовой цепи силоизмерительное устройство градуируют на специальной установке с помощью образцовых средств измерений.

Сравнивая предложенное изобретение с прототипом, можно сделать вывод, что данное силоизмерительное устройство компактно по своим размерам, легкосъемное, что позволяет использовать его в труднодоступных местах на испытательных установках или в маленьком рабочем пространстве.

Стабильные характеристики силоизмерительного устройства и надежность конструкции позволяют использовать его для непрерывного автоматического контроля нагружения. Кроме того, использование такого устройства удобно и тем, что можно применять унифицированную аппаратуру для испытаний на прочность.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при статических, повторно-статических испытаниях на прочность, например, авиационных конструкций и их элементов. Силоизмерительное устройство выполнено целиком из одной заготовки. Шток 1, который соединен с нагружающим устройством, например гидроцилиндром, воспринимает от него усилие Р и через перемычки 2 это усилие передается на кольцевой упругий элемент 3, а затем через стойки 4 на опорное кольцо 5. На поверхности упругого элемента прикреплены тензометрические датчики 6, которые измеряют касательные напряжения от момента кручения, действующего в сечениях. Положение этих сечений определяется углом в 45° от оси перемычек. Технический результат - повышение стабильности результатов измерений. 2 ил.

Силоизмерительное устройство, имеющее силоприемную часть, опорную часть, шток, кольцевой упругий элемент, тензометрические датчики, прикрепленные к поверхности упругого элемента, отличающееся тем, что силоприемная часть состоит из штока и двух перемычек, симметрично расположенных на оси, являющейся диаметром упругого элемента, и связывающих шток с упругим элементом, который установлен на опорную часть, состоящую из кольца и двух стоек, размещенных симметрично на оси, перпендикулярной оси перемычек, при этом тензометрические датчики прикреплены по два в центре секторов поверхности упругого элемента, образованных двумя пересекающимися взаимно перпендикулярными осями, одна из которых - ось перемычек.