Динамометрическое устройство Советский патент 1984 года по МПК G01M17/00 G01L1/20 

1 Изобретение относится к области устройств, используемых для контрол и определения силовых параметров пр испытании систем, нагружаемьк силам и крутящим моментом. Известно динамическое устройство содержащее, по,меньшей мере одну изм рительную ячейку, включающую в себя два измерительных элемента, выполне ных в виде стержней, оси которых параллельны, и жестко связанные с концами измерительных элементов три последовательно расположенных соеди .нительных элемента стопорными зонам для приложения измеряемой силы и регистрации реакций f 1 . Недостатком указанного устройств является невозможность его- использования в различных устройствах с различными схемами приложения усилий . Цель изобретения - обеспечение универсальности. Указанная цель достигается тем, что в динамометрическом устройстве, содержащем по меньшей мере одну измерительную ячейку, вклхочающую в себя два измерительных элемента, выполненных в виде стержней, оси которых параллельны, и жестко связанные с концами измерительных элементов три последовательно расположенных соединительных элемента с опорными зонами для приложения йзме ряемой силы и регистрации-- реакции., соединительные элементы выполнены дискообразньми и расположены соосно а опорные зоны для проложения измеряемой силы и регистрации реакции лежат в плоскости, проходящей через оси измерительньк элементов. Кроме того, средний соединительн элемент за1 реплен; во ,втулке -и выполнен с вырезом для прохода через него измерительного элемента.. Кроме того, динамометрическое; устройство выполнено из нескольких ячеек, соединенных между собой соос но посредством соединительных Злементое и расположенных зеркально относительно друг друга. На фиг. 1 показана конструкция динамометрического устройства; на фиг. 2 - то же, продольный разрезJ на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2J на фиг. 4 - механические силы смонтированного согласно фиг. 1-3 динамометрического устройства; на 2 фиг. 5 - устройство с механической модельюJ на фиг. 6 - вариант сборки нескольких элементарных рамочных конструкций; на фиг. 7 - то же, второй вариант; на фиг. 8 - то же, третий вариантJ на-фиг. 9 - то же, четвертый вариантJ на фиг. 10 - монтаж варианта фиг. 7J на фиг. 11 разрез Б-Б на фиг. 10 на фиг. 12 фиг. 9, частично в разрезе на фиг. 13 - разрез В-В на фиг. 12. На фиг. 1-3 показана форма исполне.ния динамометрического устройства согласно изобретению. Динамометри ческое устройство состоит из удлиненного измерительного элемента 1 и укороченного измерительного элемента 2, а также из центрального тела 3. Измерительные элементы 1 и 2 посредством соединительных элементов. 4 и 5 присоединены к конструктивным узлам. Соединительный элемент 4 вы-полнен в качестве опорной связи устройства, а соединительный элемент 5 является диском, которьй содержит соответствующий измерительному элементу t вырез и подогнан к распело- ; женной в кронштейне подшипника 6 втулке 7. Удерживающий соединительный элемент 4 кронштейн подшипника 8 закреплен на фундаментной плите 9, удерживающий втулку 7 .кронштейн подшипника 6 закреплен при промежуточном включении распорных элементов 10 и 11 на грузонесущей конструкции 12. Измерительные элементы через кабель 13 соединены с измерительным прибором. Измерительные элементы 1 и 2 выполнены в виде .Цилиндрических тел и относительно геометрической оси динамометрического устройства размещены по ее обеим сторонам. Центральное тело 3 является диском, диаметр которого меньше внутреннего диаметра втулки 7. Центральное тело 3 жестко соединено с концами измерительных элементов 1 и 2. Центральное тело 3 из готавливается из двух деталей, которые обрабатываю.тся вместе с измерительными элементами 1 и соответственно 2. Удлиненный элемент 1 с соединительным элементом 4 и нижней частью центрального тела выполнены за одно целое, в то время как другая часть образуется укороченным измерительным элементом 2, соединительным элементом 5 и верхней частью центрального тела 3. После обработки обе части соединяются посредством неразъемного соединения в одну жесткую систему. Соединитель ные элементы А и 5 могут изготовляться также в качестве отдельных деталей, в этом случае происходит соединение с измерительными элементами 1 и 2 путем горячего прессового соединения. Соединительные элементы могут быть многогранными и призматическим телами, а центральное тело 3 может быть выполнено в виле любого жесткого элемента. На фиг, 4 представлена принципиальная схема распределения сил показанной на фиг. 1-3 формы исполнения. Измеряемая сила Р, которая через втулку 7 воздействует на соединительный элемент 5, вызывает в месте монтажа пару сил P-j-P. В качестве внутренней реакции действует сила Ро на плече 1р, в результате, возникает реактивный момент, посред ством которого втулка 7 удерживается параллельно геометрической оси .14, в то время как сила Р через соответствующее эксцентриситету 2. плечо образует в измерительном элементе 1 скручивающий момент. Соедин тельный элемент 5 работает как напряженная на одном конце стрела, однако вследствие своих геометрических размеров должна рассматриваться как абсолютно жесткая. В уко роченном измерительном элементе 2, который жестко соединен с центральн телом 3 и с соединительным элементо 5, вызывается в одном из двух концо напряженной стрелы также изгибающий момент. Этот момент перпендикулярен продольной оси измерительного элемента 2 и имеет в плоскости, срезанной проходящей через Р плоскость скрученного измерительного элемента 2, величину нуль. В местах присоеди нения его величина максимальна. В точке, соединяющей центральное тело и измерительный элемент 2 друг с др гом, изгибающий момент появляется на центральном теле 3 в качестве скручивающего момента и его реакция возникает в точке присоединения измерительного элемента 1. Путем правильного выбора геометрических размеров динамометрического устройства может быть достигнута &24 абсолютная жесткость центрального тела 3. Скручивающий момент измерительного элемента 2 в то время, как он воздействует на один конец центрального тела перпендикулярно геометрической оси 14 и перпендикулярно оси, пересекающей ось измерительного элемента, нагружает центральное тело 3 на изгиб. На его другом конце вызывается противоположный реактивный момент, которьй вызывает кручение в измерительном, элементе 1. Возникающие напряжения являются функциями поперечного сечения S 1йсмента инерции I а также экваториальных и полярных факторов поперечного сечения (К иКр) рительных элементов 1 и 2 и зависят также от свойств материала. Приведенные факторы 9пределяют прочностные свойства измерительных элементов 1 и 2. Другой конец удлиненного измерительного элемента 1 примыкает к соединительному элементу 4 и вызывает в нем соответствующую эксцентриситету I -, реактивную силу R. Параллельность этого элемента геометрической оси 14 обеспечивается путем момента, произведенного парой сил на плечо Бр. Это есть внутренняя нагрузка конструкции и она не имеет ничего общего с проходящими между силами Р и R процессами. Жесткая рамочная конструкция могла бы в результате действия сил Р и R (действующего на плечо Lp пары сил) вращаться вокруг оси,.лежащей в определенной измерительными элементами 1 и 2, а также геометрической осью 14 плоскости и расположенной перпендикулярно ей. Это предотвращается путем возбужденных в конструкции сил Pg и Rjj (действующей на плечо Lp пары реактивных сил). На фиг. 5 поясненное на фиг. 4 соотношение сил, введенное в цапфах оси согласно фиг. 1-3. Сила Р действует на наружную оболочку втулки 7 с диаметром Dp. Внутри конструкции размещены измерительные элементы 1 и 2, а также центральное тело 3, которое через соединительные элементы 4 и соответственно 5 соединены с прочими частями конструкции. На имеющую диаметр D:- оболочку образованного в качестве части.цапфы соедиJ1нительного элемента 4 действует реактивная сила R. У конструкции согласно фиг. 1-5 линии действия силы Р и реактивной силы R не совпадают. Это означает, что конструкция относительно линии действия силы Р не симметрична. Этот недостаток может быть устранен если из указанных рамочных конструк ций попарно составить несколько. Соединение может осуществляться раз личным образом. Для этого показаны примеры на фиг. 6-9. Соединение может осуществляться с центральными телами (фиг. 6), с примыкающими к измерительным элемен там 1 соединительными элементами 4 (фиг. 7) или с примыкающими к измерительным элементам 2 соединительными элементами 5 (фиг. 8). Соедине ние элементов можно так«е комбиниро вать. Так, на фиг. 9 показано, например, соединение центрального тела с примыкающим к измерительному элементу 2 соединительным элементом- 5. Если обе элемен -арные конструкции согласно фиг. 6 у центральных тел соединяются друг с другом, то центральные тела 3 должны связыватьс я друг с другом. Соединение 15 может быть выполнено в качестве разъемног соединения, однако может быть и сва ным. Центральные теЛа 3 изготовляться также из одного куска (наиболее благоприятное решение). Система загружена концентрированным силами Р и может, рассматриваться как подпертая с двух концов или напряженная стрела. Силы Р и Р могут быть также равнодействующи ми системы сил. 1 Обе рамочные конструкции могут соединятьсятакже с примь каюпщмн к измерительным элементам соединитель ными элементами 4 (см. фиг. 7). Зде соединительные элементы 4 прикреплены друг к другу соединением 15 и/или соединительной втулкой 16. Предпочтительно изготовлять соединительные элементы 4 из одной детал Обе различные конструкции могут быть присоединены также к связывающим элементам 5, присоединяемым к обоим укор ученным измерительным эле ментам 2. Эта форма исполнения требует особой аккуратности, так как должны быть обеспечены абсолютная жесткость и отсутствие трения. Соединение осуществляется здесь также с помощью.соединения 15 или втулки 16. Конструкция подперта с двух сторон или напряжена и в середине может загружаться одной или несколькими концентрированными и соответственно распределенными силами. Элементарные рамочные конструкции могут соединяться друг с другом также комбинацией указанных способов. На фиг. 9 показано соединение рамочных конструкций с центральными телами а также с примьжающими к измерительным элементам 2 соединительными элементами 5. Центральные тела 3 соединены друг с другом соединением 15, соединительные элементы 5 соединительной втулкой 16. При этом возникают реактивные силы R и R , которые проходят приблизительно симметрично линии действия Р. Из поясненных вариантов лишь представлен ше на фиг. 6 и 8 пригодны для решения специальных задач. В представленном на фиг. 6 решении загруженные измерительными элементами силы Р и Р могут быть различными по величине. Это решение целесообразно, если в задаче измерения величина сил Р и р должна определяться раздельно, так как однократно и двукратно прочеркнутая система может быть выполнена в качестве самостоятельных измерительных систем. Реактивные силы R и R находятся под влиянием соединения центральных тел 3, посредством которого осуществляется определенное уравновешивание. Последнее зависит от соотношений симметрии систем (пригодно для специальные задач). Схожим является также показанное на фиг. 8 решение, при котором сила Р воздействует не симметрично, так что реактивные силы также не симметричны. Это отклонение должно учитываться при определении размеров систем. Показанные на фиг. 7 н 9 устройства могут применяться для большей части задач измерения. Выполнение измерительных систем согласно фиг. 7 на практике наглядно изображено на фнг. 10 и 11. Показаны конструкции крюка, элементарные рамочные конструкции расположены по обеим сторонам крюка крана 17. Соединительные элементы 5 7109 размещены со втулками 7 в бугелях 18крана. В находящемся между соединительными элементами 5 блоке 19объединены соединительные элементы 4. Реактивная сила R действует в осевой линии крюка 20, силы Р и р лежат в плоскости симметрии буге ля 18 (на принцип работы не влияет то, что сила Р и реактивная сила R здесь переставлены,.так как у подъемных механизмов полезная сила является поднятой весовой силой, которая проявляется в качестве реактивной силы). . Во втулках 7 находятся соединительные элементы 5, а также измерительные элементы 1 и соответственно которые соединены центральными тела ми 3. Измерительные элементы, как и цен ральные тела 3 действуют вследствие . жесткого соединения как одно тело.

57 2

А Показанное на фиг. 10 и 11 сдвоенное динамометрическое устройство функционирует вследствие этого как крючковый бугель и одновременно воспринимает возникающую силу. Практическое исполнение, представленное на фиг. 9, принципа показано на фиг. 12 и 13. При этом измерительные элементы 1, как и соединительные элементы 4 и COOTBIETственно 5, размещены симметрично по обеим сторонам центральных тел -3, Таким образом, устройство согласно изобретению делает возможной передачу сил между различными частями конструкции. Одновременно может производиться нагрузка на сдвиг и изгиб, что делает возможным применение механического напряжения для целей тexник измерения.

1. ДИНАМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее по меньшей мере одну измерительную ячейку, включающую в себя два измерительных элемента, выполненных в виде стержней, оси которых параллельны, и жестко связанные с концами измерительных элементов три последовательно расположенных соединительных элемента с опорными зонами для приложения измеряемой силы и регистрации реакции, отличающееся тем, что, с целью обеспечения универсальности, соединительные элементы выполнены дискообразными и расположены соосно, :а опорные зоны для приложения измеряемой силы и регистрации реакции лежат в плоскости, проходящей через оси измерительных элементов. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что средний соединительный элемент закреплен во втулке и вьтолнен с вырезом для прохода через него измерительного элемента. 3.Устройство ndn. 1, отличающееся тем, что оно выполСУ) нено из нескольких ячеек, соединенных между собой соосно посредством соединительных элементов и расположенных зеркально относительно друг друга.

gDtje.7

фиг.в

.fO

7 7

. уж/ттт.

фие. // if