Многокомпонентное силоизмерительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01L5/16 

Предложение относится к области измерительной техники, в частности к многокомпонентным силоизмерительным устройствам, основанным на измерении деформаций упругих элементов.

Известны многокомпонентные силоиз- мерительные устройства, содержащие соосные силоприемное и промежуточное и кольцевое опорное жесткие основания, последовательно соединенные посредством продольных и поперечных (крестообразно расположенных) упругих элементов, несущих тензопреобразователи.

Общим недостатком известных устройств (в том числе и устройства-прототипа) является сравнительно невысокая точность измерения продольной компоненты силы, вследствие конструктивных особенностей поперечных, крестообразно ориентированных упругих элементов, из-за отсутствия защиты от продольных перегрузок, что огра ничивает область его применения. Вместе с тем, необходимость такой защиты часто возникает, например, в практических задачах экспериментальной аэродинамики, когда при формировании режима нагружения перегрузки могут достигать 3-5 раз от номинальных значений,

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения влияния перегрузок поперечных упругих элементов.

Эта цель достигается тем, что в многокомпонентном силоизмерительном устройстве, содержащем соосные силоприемное и промежуточное и кольцевое опорное жесткие основания, последовательно соединен ные продольными и поперечными упругими

XI

О О 4Ь О СЛ

элементами с размещенными на них тен- зопреобразователями, промежувточное основание выполнено равным по внешнему диаметру опорному основанию и размещено по одну сторону от поперечных и продольных упругих элементов, а силоприемное и кольцевое опорное основание - по другую, поперечные упругие элементы выполнены в виде корпуса трубчатой формы с поперечными упругими перемычками и продольными жесткими балками в промежутках между упомянутыми перемычками, при этом продольные жесткие балки выполнены с выступами над торцевыми поверхностями перемычек по высоте, а продольные упругие элементы размещены в корпусе трубчатой формы, При этом выступы продольных жестких балок меньшей высоты выполнены регулируемой высоты, а продольные упругие элементы - в виде восьмигранной балки.

Существо предложения поясняется фиг. 1-9, на которых представлен общий вид устройства (фиг. 1), его виды и сечения (фиг. 2 и 3) и элкектрические схемы соединения тензопреобразователей (фиг. 4-9).

Многокомпонентное силоизмеритель- ное устройство содержит жесткие соосные, ориентированные по продольной оси, силоприемное основание 1 (выполненное, например, в виде проушины со сферическим шарниром 2 для соединения с контролируемым объектом), промежуточное основание 3 и кольцевое опорное основание 4 (посредством которого силоизмерительное устройство прикрепляется к базе), которые последовательно через упругие элементы - продольный 5 и по перечный - соединены друг с другом. Поперечный упругий элемент выполнен в виде трубчатого корпуса 6 с поперечными упругими перемычками 7, образованными фигурными вырезами 8 в его стенках и продольными жесткими балками 9 в промежутках между перемычками, выступающими над их торцевыми поверхностями и различающимися по высоте для поочередного (с каждой стороны корпуса) соединения одним концом балки с промежуточным 3 или опорным 4 основанием или для взаимодействия другим концом балки с промежуточным или опорным основанием при максимально допустимой величине продольной силы X. Таким образом, выступающая над плоскостью упругих перемычек 7 часть продольных балок 9 имеет высоту h в случае соединения с промежуточным или опорным основанием или высоту h А-(где А- продольная деформация поперечного упругого элемента при допустимом значении силы X). Для более точной подгонки высоты

выступов - ограничителей деформации эти выступы выполнены регулируемой высоты (например, за счет использования регулировочных винтов 10). Продольный упругий элемент 5 выполнен в виде балки (в частности, восьмигранной балки), и размещен в полости трубчатого корпуса 6 поперечного упругого элемента. На поперечных упругих перемычках 7 и гранях балки продольного

0 упругого элемента 5 размещены тензопре- образователи Rj, электрически соединенные в мостовые схемы выделения компонент силы: X - продольной, Y - вертикальной, Z - боковой и моментов: Мх - кру5 тящего, My и Mz - изгибающих (в соответствии с указанной на фиг. 1 системой координат).

Работа силоизмерительного устройства осуществляется следующим образом,

0При приложении к силовводящему основанию 1 пространственно ориентированной нагрузки происходит деформация продольного и поперечного упругих элементов, при этом продольная сила X вызывает

5 растяжение продольного и изгиб поперечного упругих элементов. В силу особенностей расположения и схемы соединения тензопреобразователей RI на силу X реагирует только мостовая схема, показаная на

0 фиг. 4, в измерительной диагонали которой формируется сигнал, пропорциональный этой силе.

Соответственно, на поперечные силы Y и 2. реагируют мостовые схемы (фиг. 5 и 6),

5 формирующие пропорциональные величинам этих нагрузок электрические сигналы. Воздействие изгибающих моментов Му и М2 вызывает преимущественную реакцию мостовых схем (фиг. 8 и 9), при этом осевая

0 симметрия поперечного упругого элемента, принцип интегрирования, осуществленный в его электрической схеме, а также близость его центра жесткости к точке приложения нагрузки (т.е. относительная малость вели5 чины изгибающих моментов) обеспечивают высокую защищенность (т.е. избирательность) поперечного элемента от воздействия других компонент нагрузки. Крутящий момент Мх вызывает скручивание балки

0 продольного упругого элемента, на касательные напряжения от которого реагирует мостовая схема (фиг. 7), выдавая электрический сигнал, пропорциональный величине Мх. В случае снабжения силоприемного ос5 нования сферическим шарниром (2), моменты Мх, My и Mz через этот шарнир не передаются (в пределах углов поворота, допускаемых шарниром). В этом случае устройство реагирует на компоненты X, Y, Z при известной, фиксированной на оси шарнира точке приложения нагрузки. В этом случае отпадает потребность в тензопреоб- разователях R 21-R24, а балка 5 может быть сделана прямоугольного сечения.

При перегрузках по продольной оси (т.е. величинах силы X, превышающих допустимые значения), изгиб поперечных упругих перемычек 7 сверхув допустимой величины А-ограничивают выступы, выполненные с высотой h - А-, а регулировка этой высоты h - А- может быть осуществлена винтами 10.

Конструктивные особенности предложенного технического решения обеспечивают ему ряд полезных свойств, по сравнению с базовым объектом-прототипом (

повышенную точность измерений (главным образом, за счет высокой избирательности поперечного упругого элемента для измерения продольной силы X в силу полной реализации принципов симметрии и интегрирования, а также путем приближения места приложения сил, т.е. силовводящего основания, к центру жесткости поперечного упругого элемента, который находится в средней части этого элемента);

расширенную область применения за счет исключения влияния перегрузок поперечных элементов: что также позволяет повысить точность измерений при выборе средств измерений, точно соответствующего номинальному уровню нагрузок. В качестве примера можно привести возможность использования разработанного устройства в качестве аэродинамических весов при испытаниях парашютных систем в баллистических трассах (при этом в момент разгона снаряда продольные перегрузки могут значительно превосходить уровень номинальных значений продольной силы X); в

качестве другого примера можно указать на возможность использования разработанного устройства при измерениях динамики подъема груза на крюке грузоподъемного механизма.

Формула изобретения

1.Многокомпонентное силоизмери- тельное устройство, содержащее соосные силоприемное и промежуточное и кольцевое опорное жесткие основания, последовательно соединенные продольными и поперечными упругими элементами с размещенными на них тензопреобразователя- ми, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности измерения за счет исключения влияния перегрузок поперечных упругих элементов, промежуточное основание выполнено равным по наружномув диаметру опорному основанию и размещено по

одну сторону от продольных и поперечных упругих элементов, а силоприемное и кольцевое опорное основания - по другую, поперечные упругие элементы выполнены в виде корпуса трубчатой формы с поперечными упругими перемычками и продольными жесткими балками в промежутках между упомянутыми перемычками, при этом продольные жесткие балки выполнены с выступами над торцевыми поверхностями

перемычек различными по высоте, а продольные упругие элементы размещены в корпусе труечатой формы.

2.Устройство по п. Ч.отличающее- с я тем, что выступы продольных жестких

балок меньшей высоты выполнены с возможностью ее регулирования.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что продольные упругие эпементы

выполнены в виде восьмигранной балки.

Л

L «Г

1760405

V /

Сущность изоЬретения: устройство содержит соосные силоприемное 1 и промежуточное 3 и кольцевое опорное 4 жесткие основания, последовательно соединенные продольными 5 и поперечными упругими элементами с тензопреобразователями. Промежуточное основание 3 выполнено равным по наружномув диаметру опорно- мув основанию 4 и размещено по одну сторону от продольных и поперечных упругих элементов, а силоприемное 1 и опорное 4 основания -по другую. Поперечные упругие элементы выполнены в виде трубчатого корпуса 6, в котором размещены продольные упругие элементы 5 с поперечными упругими перемычками 7, образованными фигурными вырезами 8 в стенках и продольными жесткими балками 9 в промежутках между перемычками с выступами над торцевыми поверхностями перемычек различными по высоте. Выступы продольных жестких балок 9 меньшей высоты выполнены с возможностью ее регулирования. Продольные упругие элементы 5 выполнены в виде восьмигранной балки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил И С

A-A

Фиг.

фиг.З

Л Лч/Р/

ttsf

ft/Г KfO

яго

fl#Ni

Щи г. ВФиг. 7

Ш УМБ/fJ/NX t/W

Фиг.8фцг.9

т