Манометрическая трубчатая пружина Советский патент 1993 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к машйно- и приборостроению, в частности к кинематическим, силовым и предохранительным устройствам робототехнических систем, предназначенным для работы в сверхчистых и агрессивных средах, а также в вакууме.

Известны манометрические трубчатые пружины с овальным, эллиптическим, О-об- разным поперечным сечением. Эти формы не обеспечивают требуемых статических и динамических характеристик манометрической трубчатой пружины, поскольку приводят к монотонной зависимости между давлением и угловым перемещением и требуют для достижения максимального перемещения изменения давления от нуля до максимального значения. Известны двух- и многополостные сварные манометрические трубчатые пружины. Перемещения такой пружины зависят от соотношения давлений.

подаваемых в каждую полость. Однако и эти конструкции не обеспечивают необходимых статических и динамических характеристик, поскольку зависимость между давлением и перемещением также носит монотонный характер.

Известна однополостная манометрическая трубчатая пружина, выбранная в качестве прототипа, с формой поперечного сечения трубки в виде восьмерки, которая отличается от аналогов, в частности от манометрической трубчатой пружины с овальной формой поперечного сечения, повышенными прочностными свойствами, что позволяет использовать ее для измерения повышенных давлений.

Недостатком известной конструкции является невозможность получения требуемых статических и динамических характеристик, так как для известной конструкции зависимость между давлением и перемещеХ|

Ю

ю

ы

нием имеет монотонный характер, вследствие чего невозможно осуществить скачкооб- разный переход трубки из исходного состояния в рабочее и обратно путем прямого и обратного прохлопывания.

Целью изобретения является улучшение статических и динамических характеристик манометрической трубчатой пружины посредством реализации скачкообразного перехода пружины из исходного состояния в рабочее и обратно путем прямого и обратного прохлопывания.

Поставленная цель достигается установкой во внутренней полости манометрической трубчатой пружины с поперечным сечением в виде восьмерки жесткой на растяжение перфорированной мембраны, соединяющей крайние точки сечения в поперечном направлении.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая манометрическая трубчатая пружина отличается тем, что, с целью реализации скачкообразного перехода пружины из исходного состояния в рабочее и обратно путем прямого и обратного прохлопывания, во внутренней ее полости устанавливается жесткая на растяжение перфорированная мембрана, соединяющая крайние точки сечения в поперечном направлении. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений (аналогЬв) в машино- и приборостроении и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемой манометрической трубчатой пружине, и признать заявляемое решение соответствующим критерию существенные отличия.

На фиг, 1 представлен общий вид манометрической трубчатой пружины; на фиг.2 - поперечные сечения аналогов и протртипа, а также примерный вид соответствующей им зависимости между давлением Р и угловым перемещением концевого сечения пружины Ду; на фиг.З - поперечное сечение, соответствующее заявляемому техническому решению, и примерный вид зависимости между давлением Р и угловым перемещением концевого сечения пружины Ду.

Манометрическая трубчатая пружина (см. фиг. 1) представляет собой криволинейную тонкостенную трубку 1, изготовленную из упругого материала, снабженную источником давления 2 и вентилем 3. Поперечное сечение манометрической трубчатой пружины выполнено в форме восьмерки (см.

фиг.З). Во внутренней полости пружины установлена жесткая на растяжение перфорированная мембрана 4, соединяющая крайние точки сечения в поперечном на- 5 правлении. За счет перфорации осуществляется выравнивание давления во всей полости пружины. Принципиальной особенностью заявляемого технического решения является реализация скачкообразного пере0 хода пружины из исходного состояния в рабочее и обратно путем прямого и обратного прохлопывания. Манометрическая трубчатая пружина работает следующим образом. Открывается вентиль 3 и за счет источ5 ника давления 2 повышают давление в трубке 1 от нуля до величины-, несколько меньшей Рв (см, фиг.З), Трубка 1 при этом поворачивается на угол Ду0 и приводится в исходное состояние, соответствующее точ0 ке А на диаграмме. При повышении давления до Рв происходит прямое прохло- пывание и трубка 1 при этом скачком поворачивается на угол Дур и занимает рабочее положение, соответствующее точке В на ди5 аграмме. Последующее снижение давления от Рв до Рн приводит к обратному прохлопы- ванию манометрической трубчатой пружины 1, что соответствует перескоку из точки С в точку D на диаграмме (см. фиг.З). Дальней0 шее повышение давления на Д Р Рв - Рн вновь возвращает пружину 1 в исходное состояние и завершает рабочий цикл. Для каждого конкретного материала и размеров поперечного сечения манометрической

5 трубчатой пружины 1 точный вид в зависимости Ду Ду(Р) (фиг.З) может быть определен посредством расчета на ЭВМ.

Технико-экономический эффект от предложенного технического решения мо0 жет быть оценен посредством сравнения требуемого для работы пружины перепада давлений, пропорционального энергозатратам. Для аналогов и прототипа перепад давлений равен Д Р Рв - 0, для предлагаемого

5 технического решения перепад составляет Д Р Рв - Рн, что позволяет снизить энергозатраты. Достигаемое в заявляемом TexAti- ческом решении существенное увеличение быстродействия за счет использования явfl

лени.я прохлопывания, то есть уменьшение времени, требуемого на проведение одного рабочего цикла, позволит увеличить надежность предохранительных устройств и производительность робототехнических систем.. ; Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Манометрическая трубчатая пружина, выполненная в виде криволинейной тонкостенной трубки из упругого материала с вы5

пуклыми участками на концах большой оси в поперечном сечении, снабженная вентилем, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат при эксплуатации, в ее внутреннюю полость введена жесткая на растяжение, перфорированная хлопающая

мембрана, установленная симметрично образующей тонкостенной трубки, перпендикулярно плоскости поперечного сечения и скрепленная с внутренней поверхностью тонкостенной трубки в диаметрально противоположных точках их соприкосновения.

Применение: в машйно- и приборостроении, в частности в кинематических, силовых и предохранительных устройствах ро- бототехнических систем, предназначенных для работы в сверхчистых и агрессивных средах, а также в вакууме. Сущность изобретения: во внутренней полости манометрической трубчатой пружины, представляющей собой криволинейную тонкостенную трубку, изготовленную из упругого материала, снабженную источником давления и вентилем, с поперечным сечением в форме восьмерки, устанавливается жесткая на растяжение перфорированная мембрана, соединяющая крайние точки сечения в поперечном направлении.3 ил.