Весы на упругих опорах Советский патент 1983 года по МПК G01G3/12 

11 Изобретение относится к весоизмерительной технике, а точнее к коромысло- вым весам с упругими ленточными опора ми. Известны коромысловые весы с упру гими ленточными опорами ij. Однако их метрологические характеристики (такие как чувствительность, цена деления шкалы.весов, предельная абсолютная погрешность нелинейности цены деления шкалы весов от нагрузки) подбирались путем сложной регулировки вза- имного расположения лентодержателей уп ругих опор. Наиболее близкими по технической суш нести к изобретению являются весы на опорах, содержащие коромъ1сло с грузовы компенсатором постоянной составпяюшей устойчивости весов, связанные с коромыс лом одним концо упругие, вертикштьно расположенные,ленточные опоры, через которые коромысло связано с основанием и чашками 2. Недостатком этих весов является значительная зависимость чувствительности весов от диапазона нагрузки Цель изобретения - уменьшение зависи мости чувствительности весов от диапазо на нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что в весах на упругих опорах, со рржащих коромысло с г рузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов, упругие вертикально расположенные, ленточные опоры, через которые коромысло связано с основанием-и чашка ми, ленты упругих опор размещены так, что точки, находящиеся на расстоянии одной трети их рабочей длины от лентодер- жателя на коромысле, расположены в одной плоскости, причем длина рабочей части каждой опоры выбрана из соотношения ,где р - максимальная заданная продольная нагрузка на упругую опору, кг; модуль упругости материала опоры, кг/см ; длина, ширина и толщина соответственно рабочей части упругой опоры, см. Весы содержат уравновешивающий механизм в виде рейтера, центр тяжести груза которого совмещен с указанной плоскостью. 12 На фиг. 1 приведено схематическое изображение двухчашечных весов с упругими ленточными опорами, в общем случае имеюдих различную длину рабочей части; на фиг, 2 - весы, в которых уравновешивание производится рейтерным механизмом; на фиг. 3 - весы, у которых точки выхода упругих опор из зашемлений в лентодержателях, закрегшенных на коромысле, лежат в одной шюскости; на фиг. 4 - упругая опора, работающая на растяжение. Весы содержат коромысло .1, подвешен, ное к основанию 2 с помощью центральной упругой опоры 3, закрепленной в лентодержателях 4 и 55 грузоприемную чащку 6 с нагрузкой, устройство уравновешивания 7 (фиг. 1 и 3 в качестве этого устройства используется чашка с гирями; на фиг. 2 - рейтерный механизм), грузовой компенсатор 8 постоянной составляющей устойчивости весов. Чашки подвешены к коромыслу через переходники 9 и грузоприемные упругие опоры 10, защемленные в лентодержателях 11 и 12, В весах (фиг. 1) центральная упругая опора 3 работает на растяжение с изгибом, а грузоприемные опоры 10 - на сжатие с изгибом. Расстояния .i равны одной трети длины рабочей части соот ветствующих упругих опор. В варианте исполнения (фиг. 2) грузо- приемная опора 10 работает на растяжение с изгибом, а уравновешивание производится рейтерным механизмом 7, перемещающимся вдоль коромысла 1 парал- лельно плоскости, отсекающей отрезки на упругих опорах, равные одной трети длины их рабочей части, отсчитывая от точки выхода опор из лентодержателей, расположенных на коромысле. Рейтерный механизм имеет сменные грузы 13, центры тяжести которых лежат в указанной вьиде .. плоскости., В варианте исполнения (фиг. З) центральная упругая опора 3 работает на сжатие с изгибом, а грузоприемные опоры 10 - на растяжение с изгибом, причем длины рабочих частей опор равны между собой. в качестве примера рассмотрим двухчащечные равноплечные корол ысшовые весы с диапазоном изменения нагрузки 20 кг на каждую чашку, в которых вес коромысла с грузовым компенсатором составляет 15,2 кг, вес чашки - 2,6 кг, толщина и ширина грузоприемных опор равняется соответственно 0,02 см. Ij 1,6 см; толщина и ширина централь.ной опоры Ьо. О,03 см, be. 3,2 см, а модуль упругости опор Е 2 10 кГ/см , Т.е. максимальная нагрузка на грузоприемную упругую опору равняется , 22,6 к а на центральную опору - Ра 60,4 кг. С учетом этих параметров выбирается длина рабочей части грузоприемных опор, равная .,,vVrt,,,,/H,) - 031см и длина рабочей части центральной опоры равная: R --l/Eb V,l/(lp) ,2. . ,4 Поэтому в варианте исполнения весов, когда все упругие опоры работают на рас тяжение (сжатие) с изгибом, пентодержатели упругих опор на коромысле размещены так, что точки выхода грузоприемных упругих опор лентодержателей находятся на 0,27 см выще (ниже) чем аналогичная точка выхода центральной опоры. Для варианта исполнения, когда грузоприемные опоры работают на сжатие (растяжение) с изгибом, а центральная опора на растя жение (сжатие), лентодержатепи на ко ромысле располагаются так, что соответствующие точки выхода грузоприемных опор- находятся на 0,О63 см вьппе (ниже), чем аналогичная точка выхода центральной опоры. Такое расположение на ко рсыысле лентодержатепей обусловлено одним общим для всех 4-х вариантов исполнения весов условием: сечения грузоприемных упругих опор, находящиеся на расстоянии ,1 ОЗ см, и сечение центральной опоры, нахоД5пдееся на расстоянии () 0,166 см, считая от точек выхода опор из лентодержателей на коромысле, находятся в одной плосПоясним это на примере весов, в ко: торых все опоры работают на растяжение В этом случае лентодержатели грузо приемных опор, расположенные на Kopt мысле, всегда направлены вниз, а лентодержатели центральной опоры - вверх ,. (фиг. 2), Поэтому для того, чтобы обеспечить здесь вьтолнение приведенного условия необходимо, чтобы точки выхода грузоприемных опор из лентодержателей на коромысле лежали на /3-0,31/3 см выще, а аналогичная точка выхода центральной опоры на ,5/3 см ниже плоскости, отсекающей по однЫ третьей длины от каждой сиоры, считая от точки выхода ее из лентодержателей на коромысле. В итоге расстояние пд вертикали между точками выхода грузоприемных опор и точкой выхода центральной опоры как и отмечалось оказывается равным е,,/з+е,,г1|з+о,5|)од7см. есы работают, так, что при изменеНИИ нагрузки на упругие опоры постоянство цены деления щкалы весов определяется постоянством устойчивости весов, обусловленной деформацией упругих опор и изменением потенциальной энергии -гру- зр)в в поле силы тяжести. При условии . E T/Ebih Ji ripT деформация упругих опор при повороте коромысла происходит прак- тически по дуге окружности и поэтому устойчивость весов, обусловленная дефор- . мацией упругих опор, и фактически не зависит от нагрузки. Чтобы убедиться, что при предлагаемся расположении лентодержателей на коромысле и точек выхода опор из заделок в лентодержателях, длина рабочей части которых удовлетворяет приведенному условию, линейно зависящая от нагрузки составляющая устойчивости весов, связанная е-потенциальной энергией грузов, не влияет на цену деления шкалы весов, рассмотрим, в качестве примера грузоприемную опору, работающую на растяжение при псшожении коромысла, отключенном от горизонтального положения на угол ( (фиг. 4). Удаление Н точки выхода упругой опоры из заделки в лентодержателе на коромысле от горизонтальной плоскости, проведенной через точку выхода опоры из заделки на переходнике прио{- О, равное длине В рабочей части опоры, при отклоненном положении коромысла на угол otравноЯ51ио(.где R. - радиус изгиба опоры, равный g/ct- Это означает, что при повороте коромысла груз поднимается на боль- щую высоту, чем точка выхода опоры из заделки в лентодержателе на коромысле на величину 8-H-E-t ind/A-Вертикальное перемещение груза относительно точки А, находящейся на касательной, проведенной из точки защемления опоры на коромыс- ле, на расстоянии d-P/3, считая от точки выхода упругой сяоры (фиг. 4) равно EH(.E|)-ECOS|) Разлагая выражения E-HMt(VecoSdL/i в ряд, получим 10 e-H-eot |s-tot |5 -... e(%-ecosoL|3-eot /6-eoL j -4)-. Сравнение этих выражений показывает что, с точностью до бесконечно малых второго порядка, перемещения груза по вертикали относительно точки А при по ворте коромысла не происходит. Следует подчеркнуть, что точка А не сбвпадает с мгновенным центром вращения О опоры, находящимся на пересечении .аасательных проведенных из точек выхода упругой опоры из заделки на коромысле и переходнике. Сказанное справедливо и для грузоприемной опоры, работающей на сжатие, и для центральной опоры, работающей как на сжатие, так к на рёстяжение с изгибом. Если сечения всех упругих опор, проведенные в точках А, расположенных на соответствующих касагельнь1Х на расстоя- отсчитьшая от точки выхода опораы из лентодержателя, расположенного на корсмысле, помещены в одной плоскости, то при повороте коромысла не происходит вертикальное перемещение грузов относительно этой плоскости и поэтому по генциальная энергия грузов, псдвещенных к грузоприемнь1М опорам, а такж грузов центры тяжести которых находятся в упомянутой плоскости, не изменяется при изменении нагрузки. В этом случае цена де ления шкалы весов определяется только энергией деформации упругих опор и, следовательно, не зависит от нагрузки Дляб -т/ЕЪ |dip) кривизна деформированных опор не постоянна, что приводит к зависимости цены деления шкалы весов от нагрузки, С другой стороны, уменьщение длины 126 упругой опоры по сравнению 0,5T/Eb /diP) сопровождается таким увеличением изгиб- ной жесткости опор, которое приводит к необходимости слишком высоко поднимать центр тяжести коромысла, но практически уже не уменьшает нелинейной вариации цены деления шкалы весов при изменении нагрузки. Предлагаемое взаимное расположение лентодержатепей сяор, связанное с предлагаемым выбором их длин рабочей части, обеспечивает гораздо меньшее (по сравнению с прототипом) изменение цены деления -шкалы весов в широком диапазоне изменения нагрузок. Кроме того, юстировка весов после их сборки сводится только к регулировке вертикального положения центра тяжести коромысла гру- „ 9ОВЫМ компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов. Это означает, что отпадает необходимость регулировки вертикального взаимного положения лентодержателей упругих опор на коро- . 1у(ысле и,следовательно,Ьтпадает необходимость конструирования и изготовления в таiiOixвесах коромысел с регулируемыми положениями лентодержателей в вертикальных 11Лоскостях,Кроме тотч применение более кор)Отких, по сравнению с прототипом, упругих опор значительно повьпиает боковую жесткость и устойчивость подвижной часта весов, критическая сила которой (действующая в направлении, перпендикулярном плоскости поворота коромысла) обрат но пропорциональна квадрату длины рабочей части упругой опоры, что с одной стороны повышает надежность работы веов, а с другой - исключает необходиость применения специальных устройств . целях предохранения подвижной части .есов от случайных: боковых нагру0k.

1. ВЕСЫ НА УПРУГИХ ОПОРАХ, содержащие коромысло с грузовым компенсатором постоянной составляющей устойчивости весов, упругие, вертикально расположенные, ленточные опоры, через которые коромысло связано с основанием и чашками, отличающиеся тем, что, с цепью уменьшения зависимости чувствительности весов от диапазона нагрузки, ленты упругих опор размещены так, что точки, находящиеся на расстоянии одной трети их рабочей длины от лентодержатепя на коромысле, расположены в одной плоскости, причем длина рабочей Части каждой опоры выбрана кз соотношения °. р - максимальная заданная продельная11агрузка на упругую опору, кг; Е - модуль упругости материала опоры, кг/см ; I 1 - ширина и толщина соответствен- но рабочей части упругой опо- |/Л ряы, см. 2. Весы по п. 1, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что они содержат уравновеши- д вагсаций механизм в виде рейтера, центр тяжести груза которого совмещен с указанной плоскостью.

/-1

И

ui.3