МАНОМЕТРИЧЕСКАЯ ТРУБЧАТАЯ ПРУЖИНА Российский патент 2005 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве упругого чувствительного элемента в измерительных приборах.

Известны манометрические трубчатые пружины с плоскоовальным и эллиптическим сечением [1], общим недостатком которых является низкая жесткость по отношению к действию внешних сил.

Известна манометрическая трубчатая пружина, выбранная в качестве прототипа, с восьмеркообразной формой поперечного сечения [2], которое отличается от аналогов большей жесткостью к действию внешних сил и повышенными прочностными свойствами, что позволяет использовать ее для измерения повышенных давлений. Недостатком данной конструкции является малая чувствительность к действию давления.

В основу изобретения положена задача, которая состоит в улучшении метрологических характеристик манометрической трубчатой пружины.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в увеличении чувствительности, работоспособности и относительной жесткости пружины (отношение перемещения конца пружины под действием давления к перемещению под действием внешних сил).

Обеспечиваемый изобретением технический результат достигается за счет того, что манометрическая трубчатая пружина постоянного по длине сечения, с симметричной восьмеркообразной формой поперечного сечения, выполнена с утончениями стенки трубки в местах плавного сопряжения боковых и средних участков поперечного сечения, при этом средние и боковые участки поперечного сечения имеют постоянную толщину стенки трубки. Прямые, ограничивающие наружную поверхность поперечного сечения в зонах сопряжения средних и боковых участков, параллельны большой оси сечения, причем изменение толщины стенки трубки и минимальное значение толщины стенки трубки для всех участков сопряжения одинаковы.

Поперечное сечение манометрической пружины под действием внутреннего давления деформируется, стремясь к окружности. Волокна материала средних участков сечения под действием давления получают некоторые смещения в направлении, перпендикулярном большой оси сечения, и, деформируясь в продольном направлении, стремятся сохранить прежние размеры. Волокна материала в местах плавного сопряжения боковых и средних участков поперечного сечения и волокна боковых участков поперечного сечения перемещаются в основном в направлении большой оси поперечного сечения и их продольные деформации не значительны. Стремясь сохранить прежние размеры, “активные” волокна материала средних участков поперечного сечения встречают сопротивление “пассивных” волокон материала в местах плавного сопряжения боковых и средних участков поперечного сечения и волокон материала боковых участков поперечного сечения, причем, чем меньшее сопротивление оказывают “пассивные” волокна, тем больше чувствительность пружины. Уменьшение толщины стенок пружины восьмеркообразного сечения в местах плавного сопряжения боковых и средних участков сечения приведет к уменьшению числа “пассивных” волокон, следовательно, увеличится чувствительность пружины и ее работоспособность. Жесткость трубки на изгиб под действием внешних сил в данном случае снижается в меньшей степени, чем увеличивается ее чувствительность, поэтому относительная жесткость возрастает еще больше, чем чувствительность.

Сопоставительный анализ заявляемой трубчатой манометрической пружины и прототипа показывает, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию “новизна”.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в нем совокупность признаков, отличающих заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид манометрической трубчатой пружины; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1.

Манометрическая трубчатая пружина содержит трубку 1 постоянного по длине поперечного сечения (фиг.1). Поперечное сечение трубки 1 имеет симметричную восьмеркообразную форму с утончениями 2 стенки в местах плавного сопряжения боковых 3 и средних 4 участков поперечного сечения (фиг.2), при этом средние и боковые участки поперечного сечения имеют постоянную толщину стенки трубки 1. Прямые, ограничивающие наружную поверхность поперечного сечения в зонах сопряжения средних и боковых участков, параллельны большой оси 5 сечения, причем изменение толщины стенки трубки и минимальное значение толщины стенки трубки для всех участков сопряжения одинаковы. Трубка 1 одним из концов соединена с держателем 6.

Манометрическая трубчатая пружина (фиг.1) действует следующим образом. При подаче давления во внутреннюю полость пружины через канал (не показан) в держателе 6 поперечное сечение трубки 1 деформируется, стремясь к окружности. Волокна материала средних участков 4 сечения (фиг.2) под действием давления получают некоторые смещения в направлении, перпендикулярном большой оси 5 поперечного сечения, и, деформируясь в продольном направлении, стремятся сохранить прежние размеры. Волокна материала утончений 2 стенки сечения и боковых 3 участков поперечного сечения перемещаются в основном в направлении большой оси 5 поперечного сечения, и их продольные деформации не значительны. Стремясь сохранить прежние размеры, “активные” волокна материала средних участков 4 поперечного сечения встречают сопротивление “пассивных” волокон материала утончений 2 и боковых 3 участков поперечного сечения, вследствие этого кривизна пружины изменяется, пружина разгибается, и ее конец получает некоторое перемещение, которое посредством передаточного механизма передается на указатель прибора.

Манометрическая трубка предложенного сечения может быть изготовлена из трубки восьмеркообразного поперечного сечения с постоянной толщиной стенки путем удаления слоя материала в местах плавного сопряжения боковых и средних

участков поперечного сечения. В качестве материала для изготовления трубки могут быть использованы материалы, традиционно применяемые для изготовления манометрических трубчатых пружин, например латуни (Л62, Л68), фосфористая бронза (Бр.ОФ 4-2,5), стали 50 ХФЛ и 18ХНВА. Соединение трубки и держателя осуществляется при помощи сварки или пайки твердыми серебряными припоями.

Конструкция является достаточно технологичной, так как может быть изготовлена из трубки с постоянной толщиной стенки. Изменяя величину уменьшения толщины стенки, можно получить пружину с требуемыми свойствами.

Источники информации

1. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. - М.: Машиностроение, 1981. - с.326-327.

2. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. - М.: Машиностроение, 1981. - с.326-327 (прототип).

Использование: в приборостроении, в качестве упругого чувствительного элемента в измерительных приборах. Сущность изобретения: манометрическая трубчатая пружина постоянного по длине сечения с симметричной восьмеркообразной формой поперечного сечения выполнена с утончениями стенки в местах плавного сопряжения боковых и средних участков, при этом средние и боковые участки поперечного сечения имеют постоянную толщину стенки. Прямые, ограничивающие наружную поверхность поперечного сечения в местах сопряжения средних и боковых участков, параллельны большой оси сечения, причем изменение толщины стенки трубки и минимальное значение толщины стенки трубки для всех участков сопряжения одинаковы. Технический результат: увеличение чувствительности, работоспособности и относительной жесткости (отношение перемещения конца пружины под действием давления и перемещения под действием внешних сил). 2 ил.

Манометрическая трубчатая пружина с симметричной восьмеркообразной формой поперечного сечения, отличающаяся тем, что, для увеличения чувствительности, работоспособности и относительной жесткости, указанное поперечное сечение выполнено с утончениями стенки трубки в местах плавного сопряжения боковых и средних участков, при этом средние и боковые участки поперечного сечения имеют постоянную толщину стенки трубки, а прямые, ограничивающие наружную поверхность сечения в зонах сопряжения средних и боковых участков, параллельны большой оси сечения, причем изменение толщины стенки трубки и минимальное значение толщины стенки трубки для всех участков сопряжения одинаковы.