Способ измерения поперечной нагрузки Советский патент 1985 года по МПК G01L1/04 

СО СО 4 Од

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения нагрузок на силовые элементы конструкции механизмов и машин, и предназначено для измерения поперечных (перерезывающих) сил в деталях машин.

Известен способ, согласно которому внутренние усилия, возникающие в сечениях стержня, определяют измерением перемещений (прогибов, углов, поворота), при этом удается избежать искажающего влияния местных деформаций lj.

Однако по способу необходимы изме рения в нескольких сечениях стержня.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ измерения поперечной нагрузки, заключающийся в прикреплении двух опор параллельно продольной оси бруса в двух точках, закреплении штанги на первой опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту. По этому способу измеряют изгибные перемещения бруса на продольном измерительном участке, расстояние между точкой на упругой линии на втором конде измерительного участка и касательной к упругой линии на первом конце измерительного участка (относительный прогиб в системе координат), связан- ной с первой опорой, а также относительный угол поворота упругой линии на концах измерительного участка. Перерезывающую силу вычисляют по измеренным линейному и угловому перемещениям с учетом предварительно определенных двух масштабных коэффициентов для линейного и углового перемещений (.2. 1

Однако известный способ измерений

недостаточно точен и сложен, так как необходимо определять два масштаных коэффициента - отдельно по линейному и угловому перемещениям, одновременно с линейным перемещением тре бует измерять угол поворота опор относительно друг друга, что сложнее измерения линейного перемещения, так как требует, например, кроме отсчетной трубы (или микроскопа) наличия дополнительных средств измерения: рейки и системы зеркал. Способ реализуется устройством, дпя монтажа которого на брусе необходим продольный участок, свободный от внешней нагрузки, дпиной, складывающейся из суммы длины измерительного участка расстояния между опорами и двух боковых участков дпиной не менее высоты поперечного сечения. Боковые участки необходимы для удовлетворения принципа Сен-Ванана. Такой протяженный участок на силовом элементе сложной формы часто отсутствует, например, на колесной оси телескопической стойки самолета.

Цель изобретения - упрощение способа и повьш1ение точности.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения поперечной нагрузки, заключающемуся в прикреплении двух опор параллельно продольной оси бруса в двух точках закрепления штанги на первой опоре и ориентированы в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту опоры прикрепляют.к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формуле

а кc,

где V - масштабный коэффициент связи поперечной нагрузки с расстонием S- между штангой и второ опорой.

При этом опоры к брусу можно прикреплять в крайних продольных слоях.

На фиг. 1 изображен консольный брус, нагруженный поперечной нагрузкой на фиг. 2 - участок бруса с измерительным сечением; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез на фиг. 4 опора.;

На чертежах обозначены брус 1, измерительное поперечное сечение 2, номаль 3 к продольному слою бруса в токе А, опоры 4 и 5, штанга 6, гибкая связь 7, основание 8, вильчатый элемент 9, зубцы 10, точечные упоры 11, гибкие перемычки 12 в опорах 4 и 5, сила р , приложенная к брусу на расстоянии L от измерительного поперечного сечения 2, изгибающий момент М приложенный к брусу, перерезывающая сила О и изгибающий моиент в сечении А-Б, расстояние между расчетной заделкой бруса и сечением приложения внешних силовых факторов, расстояние о между точкой Б и нормалью 3 к продольному слою бруса в точке А, Сущность изобретения заключается в следующем. К брусу 1 в его ненагруженном со тоянии прикрепляют две опоры 4 и 5. Опоры 4 и 5 прикрепляют к брусу в точках А и Б в общем измерительном поперечном сечении симметрично нейт ральному слою. Опоры 4 и 5 ориентируют вдоль бруса 1 по продольным сло ям бруса. К первой опоре 4 прикрепляют штангу 6 поперек бруса 1 в направлении ко второй опоре 5, при этом расстояние между штангой 6 и опорой 5 должно быть равно нулю. Затем определяют масштабный коэф фициент К связи перерезывающей силы Q с линейным расстоянием между шт гой 6 и опорой 5 по нормали к штанг 6 вдоль бруса 1. Масштабный коэффициент К определяют экспериментально или расчетньт путем. Экспериментально масштабный коэффициент К определяют следующей .совокупностью операций: измеряют и доводят до нуля расстояние t между штангой 6 и опорой 5 в ненагруженном состоянии бруса 1, затем нагружают брус 1 известной тарировочной нагрузкой - поперечной силой Р на рас стоянии L, не менее высоты бруса от измерительного поперечного сечения и измеряют расстояние сА между штан гой 6 и опорой 5, вычисляют масштаб ный коэффициент по формуле K f/«r-i Если в ненагруженном состоянии б са имеется ненулевое расстояние rfмежду штангой 6 и опорой 5, то масш табный коэффицие нт вычисляют по формуле Р Ограничение на минимальное расстояние fi как в известных способах, так и в преда1агаемом накладывают в соответствии с принципом Сен-Ванана Расчетным путем масштабный коэффициент определяют по формуле где О - модуль сдвига материала бру cai . F - площадь поперечного сечения бруса; К(;- коэффициент сдвига, а - длина базы измерения - расстояние между опорами 4 и 5 При нагружении бруса неизвестной подлежащей измерению нагрузкой измеряют линейное расстояние сГ между штангой 6 и второй опорой 5 (между точкой Б в поперечном сечении 2 и перпендикуляром к продольному слою бруса в точке А), По результату измерения расстояния (f рассчитывают перерезывающую силу и, действующую в измерительном поперечном сечении 2, по формуле . Если в ненагруженном состоянии бруса имеется ненулевое расстояние fg между штангой 6 и опорой 5, то перерезываю1чую силу б рассчитывают по формуле (5-- Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит опоры 4 и 5, ориентированные вдоль бруса 1 в точках А и Б - на концах поперечного измерительного участка. Опоры 4 и 5 прикреплены к брусу 1 гибкой связью. Каждая опора 4 и 5 выполнена в виде жесткого основания 8 с жестким двухзубцовым плоским вильчатым элементом 9, содержащим зубцы - шипы 10. Линия, проходящая-через вершины зубцов 10, определяет ориентацию опоры. Опоры 4и 5 с зубцами 10 являются эквивалентом ножевой опоры. Для придания . устойчивости опора снабжена точечными упорами 11 со скругленными тупыми вершинами. Упоры 11 соединены с вильчатым элементом 9 гибкими перемычками - пластинчатыми пружинами 12. К опоре 4 в направлении опоры 5жестко прикреплена штанга 6. Устройство содержит также оптический измеритель расстояния между опорой 5 и штангой 6. Устройство работает следующим образом. Под действием поперечной нагрузки поперечное сечение 2 сдвигается (фиг, 2). Жесткие плоские вильчатые элементы 9с зубцами 10 ориентируют опоры 4 и 5 по продольным слоям бруса в точках А и Б, штанга 6 располагается по перпендикуляру 3 к продольному слою с точкой А и отклоняется от опоры 5 на расстояние с/, по результату измерения которого рассчитывают перерезывающую силу. В стационарной аппаратуре, работающей в условиях воздействия вибрации, способ может быть реализован

с применением в качестве опор жестких приливов на поверхности бруса. Прилив имеет узкое поперечное сечение в сочленении с брусом с ориентацией большой оси сечения вдоль бруса. Поскольку приливы образуют неоазъемное соединение с брусом, то

в этом варианте гибкая связь отсутствует.I

Предлагаемый способ позволяет измерять перерезывакицую силу на порядок точнее прототипа,при упрощении процесса измерения .Упрощение сокраща ет трудозатраты на процесс измерений.

Фиг.2.

/;

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ на брус, заключающийся в прикреплении двух опор параплель- но продольной оси бруса в двух точках, закреплении штанги на первой А опоре и ориентировании в направлении второй опоры, нагружении бруса поперечной нагрузкой и определении величины нагрузки по масштабному коэффициенту, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повьш1ения точности, опоры прикрепляют к брусу в одном поперечном сечении симметрично нейтральному слою, а поперечную нагрузку рассчитывают по формуле , где 1 - масштабный коэффициент связи поперечной нагрузки с расстоя нием между штангой и второй опорой. в 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опоры к брусу прикрепляют в крайних продольных слоях.