Способ возбуждения постоянной силы и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01L25/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для возбуждения постоянной силы сопротивления при изменяющем первоначальную деформацию упругого элемента перемещения си- лопередающего элемента.

Цель изобретения - расширение диапазона возбуждения постоянной силы и расширение функциональных возможностей.

Способ возбуждения постоянной силы заключается в следующем.

Силопередающий элемент получает внешнее механическое воздействие, которое перемещает его. При его перемещении потенциальная энергия предварительно де- формированного.упругого элемента преобразуется в силу сопротивления перемещению силопередающего элемента. При этом сило- передающий элемент дополнительно нагружают упругой силой дополнительных упругих элементов, изменяющейся при его перемещении по закону:

Fv У, (CsXio - CiXi)tg«j ,

где Fy - значение дополнительной упругой силы;

Ci - жесткость силовозбуздителя дополнительной упругой силы;

Xio - величина предварительной дефор- мации силовозбудителя дополнительной упругой силы;

Х| - величина изменения предварительной деформации силовозбудителя дополнительной упругой силы;

а - угол, величина которого больше или равен 45°.

Величина возбуждаемой при перемещении силопередающего элемента в обоих направлениях силы сопротивления, а также при его остановке в любом положении диапазона перемещения силопередающего элемента остается постоянной, так как изменение .ее величины,связанное с измене

0

5

0

5

о

35

40

нием предварительной деформации упругого элемента, компенсируется изменением дополнительной упругой силы. Величина возбуждаемой постоянной силы равна разности силы упругости предварительно деформированного основного упругого элемента и силы упругости предварительно деформированного силовозбудителя дополнительной упругой силы. Это подтверждается следующими расчетами.

Первоначально сила сопротивления перемещению силопередающего элемента без учета сил трения равна

Fconp С0Хо-(CiXio + C2Xio)tga 45°,

где Fconp - сила сопротивления перемещению силопередающего элемента;

Со - жесткость основного упругого элемента;

Х0 - величина предварительной деформации основного упругого элемента;

Ct+C2 - жесткость силовозбудителя дополнительной упругой силы;

Хю - величина предварительной деформации силовозбудителя дополнительной упругой силы.

При перемещении силопередающего элемента на величину X в диапазоне 0 X Хю V2-1 сила сопротивления перемещению силопередающего элемента равна

Fconp СоХо + С0Х - {CiXio + СзХю) - CiXr - CaXi tg a .

Учитывая, что tg а .,10 и

Хю - Xi

конструкцию основного упругого элемента и силовозбудителя дополнительной упругой силы, обеспечивающих равенство Со Ci+C2, получаем

Fconp СоХо + СоХо - СоХю т;гг- +

Хю - Xi

+ г Xi + х

+ Lo X1 .

Хю - Xi

Преобразуем данное равенство:

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для возбуждения постоянной силы сопротивления при изменяющем первоначальную деформацию упругого элемента перемещения силопе- редающего элемента. Цель изобретения - расширение диапазона возбуждения постоянной силы. Способ возбуждения постоянной силы заключается в следующем. Силопередающий элемент получает внешнее механическое воздействие и перемещается. При этом потенциальная энергия предварительно деформированного упругого элемента преобразуется в силу сопротивления перемещению силопередающего элемента, причем силопередающий элемент дополнительно нагружают упругой силой Рц, изменяющейся при его перемещении по закону, приведенному в описании изобретения. Величина вобуждаемой силы сопротивления остается постоянной. Величина возбуждаемой постоянной силы равна разности силы упругости предварительно деформированного основного упругого элемента и силы упругости предварительно деформированного дополнительного упругого элемента. Устройство для осуществления способа содержит корпус 1 с отверстием а в верхней части и б в нижней части. В отверстии а установлены силопередающий элемент 2 в виде поршня со штоком, основной упругий элемент в виде пружины 3 и механизм предварительной деформации упругого элемента, а именно гайка 4, ввернутая в резьбовую часть отверстия б. В отверстии а установлен ползун 5, дополнительный упругий элемент (пружина 6) и гайка 7, ввернутая в резьбовую часть отверстия а и являющаяся механизмом предварительной деформации дополнительного упругого элемента. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. тЫ/ / Y/////j (Л С о го N5 О

сопр

- wn XQ I

CQ Xi -Со Х-Х1- Со Хц Хю - Со Хю X + Со Х1 Хю + Со Xi X

Хю-Xi

О, Х0 4- Ј° Х1°( - Со Хо - Со Хю С0 Хр - ( Ci Хю + С2 Хю ) tg 45° .

Полученный результат показывает, чтоНа чертеже изображено устройство, ре- первоначальное значение силы сопротивле-ализующее способ возбуждения постоян- ния перемещению силопередающего эле-ной силы, общий вид.

мента не изменяется при его перемещенииУстройство для осуществления способа на произвольную величину X в ограничен- 5 возбуждения постоянной силы содержит

ном конструкцией диапазоне и позволяеткорпус 1, в верхней части которого имеется

возбуждать постоянную силу при непод-отверстие а, а в нижней части отверстие б.

вижном и перемещающемся в любом сило-Отверстия а и б - цилиндрические и заканпередающем элементе.чиваются резьбой. В отверстии б установлены силопередающий элемент 2, выполненный в виде поршня со штоком, основной упругий элемент в виде пружины 3 и механизм предварительной деформации упругого элемента, а именно гайка 4, ввер- нутая в резьбовую часть отверстия б. Пружина 3 размещена между силопередающим элементом 2 и гайкой 4. В отверстии а установлены ползун 5, дополнительный упругий элемент, а именно пружина 6, и гайка 7, ввернутая в резьбовую часть отверстия а и являющаяся механизмом предварительной деформации дополнительного упругого элемента. Пружина 6 размещена между ползуном 5 и гайкой 7. Ползун 5 соединен с силопередающим элементом 2 тягой 8, выполненной в виде талрепа, с шарнирами 9. Силоизмеритель 10 жестко закреплен в верхней части корпуса и соприкасается с силопередающим элементом 2. Линия возможного перемещения ползуна 5 перпендикулярна линии возможного перемещения силопередающего элемента 2 и составляет угол в 45° с линией, проходящей через центры шарниров 9.

Количество пружин 6, ползунов 5 и тяг 8 может быть в устройстве от одного до нескольких. Все вместе они составляют сило- возбудитель упругой силы.

Отверстия а и б обеспечивают возмож- ность прямолинейного перемещения ползуна 5 и- силопередающего элемента 2 соответственно. Исполнение тяги 8 в виде талрепа дает возможность регулировки расстояния между центрами шарниров 9. Пру- жина 3 предварительно деформирована в зависимости от величины возбуждаемой постоянной силы в диапазоне от 0 до Р, который ограничен конструкцией пружины, и удерживается в данном состоянии силопе- 4 редающим элементом 2 и гайкой 4. Перемещение силопередающего элемента 2 ограничено силоизмерителями 10, которые служат для измерения величины возбуждаемой постоянной силы. Пружина 6 предва- 4 рительно деформирована на величину, которая в V2 меньше расстояния между центрами шарниров 9 и удерживается в данном состоянии ползуном 5 и гайкой 7. Конструкция пружин 3 и 6 обеспечивает 5 равенство жесткости пружин 3 и суммарной жесткости пружин 6 (в зависимости от коли- чества). При равенстве величины предварительной деформации основного упругого элемента (пружины 3) и дополнительных уп- 5 ругих элементов (пружин 6) возбуждаемая постоянная сила сопротивления перемещению силопередающего эпемента 2 будет равна силе трения в направляющих (отверстия а и б) и шарнирах 9. Диапазон возбуждения постоянной силы определяется расстоянием между центрами шарниров 9 и конструкцией основного упругого элемента (пружины 3) и дополнительных упругих элементов (пружин 6),

Устройство работает следующим образом.

При подготовке устройства к работе производят предварительную деформацию пружин 3 и 6 вращением гаек 4 и 7 соответственно. Величину заданной постоянной си- лы определяют по показаниям силоиз.мерителей 10. Затем силопередающий элемент 2 перемещают внешним механическим воздействием и преобразуют энергию предварительно деформированной пружины 3 в силу сопротивления перемещению силопередающего элемента 2, которая равна возбуждаемой постоянной силе. При этом силопередающий элемент 2 дополнительно нагружают изменяющейся упругой силой, возбуждаемой предварительно деформированными пружинами б, которая передается через ползуны 5, тяги 8, что обеспечивает изменение силы по закону тангенса. При перемещении силопередающего элемента 2 происходит дополнительная деформация пружины 3 и увеличение силы сопротивления перемещению силопередающего элемента 2. При этом изменяется угол между линией, проходящей через центры шарниров 9, и линией перемещения ползуна 5, происходит перемещение ползуна 5 и уменьшение предварительной деформации пружин б.-Уменьшение упругой силы, возбуждаемой пружиной 6, нагружающей, силопередающий элемент 2, не происходит из-за увеличения угла между линией, проходящей через центры шарниров 9 и линией перемещения ползуна 5, и соответственно тангенса указанного угла. Наоборот, происходит увеличение упругой силы, которое компенсирует увеличение силы сопротивления и таким образом сохраняется постоянное значение возбуждаемой силы.

Формула изобретения

Fv Z, (CiXb - CiXi)tgai ,

где Ci - жесткость силовозбудителя дополнительной упругой силы;

Х|0 - величина предварительной деформации силовозбудителя дополнительной упругой силы;

Х| - величина изменения предварительной деформации силовозбудителя дополнительной упругой силы;

О5 - угол, величина которого больше или равна 45°.

5

0

янной силы, оно снабжено силовозбудите- лем дополнительной упругой силы, выполненным в виде тяги, ползуна, связанного шарнирно с одним ее концом, и дополнительного упругого элемента с механизмом предварительной деформации, скрепленного с ползуном, при этом второй конец тяги соединен посредством шарнира с силопередающим элементом, а ползун выполнен с возможностью прямолинейного перемещения в направлении, перпендикулярном линии перемещения силопередаю- щего элемента, и составляющей с линией, проходящей через центры шарниров тяги угол ог 45°. а дополнительный упругий элемент предварительно деформирован и выполнен с жесткостью, равной жесткости основного упругого элемента, при эте м величина предварительной деформации дополнительного упругого элемента в V5T меньше расстояния между центрами шарниров.