Прибор испытания пружин и сильфонов с целью подбора их для сильфонных анероидных коробок Советский патент 1941 года по МПК G01K13/02 G01K7/02 

В качестве одного из датчиков автоматического управления самолетом является сильфонный анероид. Он состоит в основном из сильфона, имеющего форму гармонеобразной круглой металлической коробки и спиральной пружины.

К сильфону обычно припаяны верхняя и нижния крышки, образуя с ним герметически замкнутую полость, из которой выкачивается воздух до остаточного давления, не превышающего 0,1 мм ртутного столба.

Таким образом, благодаря гармонеобразной форме сильфона, анероид имеет способность изменять свою длину в зависимости от величины наружного давления.

Температурные условия на длину анероида не влияют, так как изменение остаточного давления внутри анероида, происходящее от изменения температуры, ничтожно мало по сравнению с величиной наружного давления.

При производстве анероидов весьма трудно получить одинаковые по упругости сильфоны, между тем как от анероидов требуется вполне определенная длина при данном барометрическом давлении и вполне определенный ход на данную разность наружного давления. Поэтому, в целях избежания больщого количества отхода негодных поупругости сильфонов, большое значение имеет вопрос подбора к имеющимся сильфонам пружин, обеспечивающих получение анероидов с постоянной характеристикой.

Для получения анероидов, удовлетворяющих заданной характеристике, необходимо подобрать по упругости сильфон и пружину так, чтобы удовлетворены были два условия: вопервых, сила давления на анероид на уровне моря должна уравновешиваться суммарной силой упругости сильфона и пружины при длине LN их, соответствующей давлению на уровне моря, и, во-вторых, чтобы при подъеме самолета на некоторую высоту атмосферное давление уравновешивалось суммарной силой, составленной из сил упругости сильфона и пружины при их длине L, соответствующей этому давлению.

Так как, однако, ни сильфоны ни пружины не имеют строго прямолинейной зависимости от хода нагрузки, что в особенности относится к сильфонам, то их следует испытывать в интервале двух вышеуказанных крайних давлений, определяя требуемые величины в двух крайних положениях -для LH и L.

Если обозначить среднее суммарное напряжение сильфона и пружины для верхнего предела через СрА, и для нижнего через СрВ, то, взяв половинное значение этих величин, можно определить отклонения а и б от этих величин у измеряемых пружин и отклонения а и (5 у измеряемых сильфонов.

Эти отклонения у одних измеряемых объектов будут положительные, у других отрицательные.

Если теперь к пружине с некоторыми значениями отклонений а и б подобрать сильфон с такими же абсолютными значениями этих величин, но с противоположными знаками, то, составив из них двухсильфонный анероид, можно получить прибор, у которого несоответствия прямолинейной характеристике сильфона и пружины в отдельности будут взаимно компенсированы.

Предлагаемый прибор предназначается для испытания пружин и сильфонов в указанном выше направлении, т. е. для определения положительных и отрицательных отклонений а и б от половины суммарного напряжения сильфона и пружины, соответствующего заданной характеристике анероидной коробки, зная которые, можно подобрать из числа измеренных сильфонов и пружин нужные пары с одинаковым абсолютным значением этих отклонений, но с разными знаками (-н и -).

В этом приборе, как и в известных приборах для испытания пружин вообш:е, используются рычажные весы с указателем линейной деформации испытуемого образца, но в нем, в отличие от известных, с испытуемым образцом (пружиной или сильфоном) связаны двое рычажных весов, одни из которых служат для определения положительных, а другие отрицательных отклонений напряжений от половины суммарного напряжения сильфона и пружины,

соответствующего заданной характеристике анероидной коробки.

На чертеже фиг. 1 показывает устройство обычного сильфонного анероида; фиг. 2 -общий вид прибора, частично в разрезе; фиг. 3 - то же в плане; фиг. 4 - разрез по CD фиг. 2; фиг. 5 -разрез по EF фиг. 2; фиг. 6-9 - различные детали прибора; фиг. 10 - видоизмененную форму выполнения одной из чашек весов; фиг. И-схему электрических включений прибора.

Сильфонный анероид в собранном виде состоит из сильфона, пружины и припаянных к сильфону верхней и нижней крыщек с отростками, из которых отросток верхней крышки служит для укрепления на нем тяги, передающей давления сильфона органам управления (фиг. 1).

Прибор, составляющий предмет изобретения, в общем виде и в некоторых деталях показан на фиг. 2-9.

Как видно из фиг. 2, два противоположных в вертикальном направлении, горизонтально расположенных ребра призмы 1, неподвижно укрепленной в верхней части станины 2, являются линиями опоры рычагов: верхнего 3 и нижнего 4. Последние сцеплены друг с другом посредством призм 5 и 6, сидящих па подвижном стержне 7 и являющихся точками приложения реакций измеряемого сильфона или пружины и вторыми опорами рычагов 3 и 4, не позволяющими последним распасться.

Так как качание рычагов происходит вокруг ребер призмы 1, то стержень 7 имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении в пределах, ограничиваемых контактными ограничителями 8.

Расстояния по горизонтальной линии между вертикальными осями призм 4-5 (или 6) и 1-9 (или 10) отпосятся, как 1:10. Поэтому усилие, приложенное в вертикальном направлении к стержню 7, может быть уравновешено гирями, помещенными на левой 11 нли правой 12 чашках весов, имеющими вес в десять раз меньший, чем приложенная нагрузка.

Нижний конец стержня 7 снабжен патроном 13 с резьбовым гнездом для ввинчивания потребного для испытаний приспособления.

На верхнем рычаге 3, для уравновешивания рычагов со всеми укрепленными на них приспособлениями и чашками весов для гирь, имеется груз 14 с регулировочным винтом 15. Когда рычаги уравновешены, указатель равновесия 16 стоит против нулевого деления шкалы равновесия 17.

Изменение длины осуществляется маховичком 32, при врашении .которого приподнимается или опускается нижний патрон 18, туго насаженный и заштифтованный на винте 19 с квадратной нарезкой.

Для того, чтобы при вращении маховичка 32 патрон 18 не поворачивался, к нему с нижней стороны привинчен направляющий стержень 20, слева охватывающий круглообразной вилкой колонну 21, а справа несущий указатель длин 22 (фиг. 3),

В нижний патрон 18 так же, как и в верхний патрон 13 ввинчиваются приспособления, позволяющие жестко скрепить сильфон 23 с плоскостями, между которыми замеряется длина.

На фиг. 6 показан вид такого приспособления сверху (верхнего), на фиг. 7 - снизу. Оба приспособления одинаковы. Они состоят из чашки 24 с наружной резьбой, двух прижимных пластинок 25 с зубчатой передачей для взаимного сцепления на дуге в 60°, зажимной гайки 26, предохранителя 28, обеспечивающего зажим сильфона между торцевой поверхностью зажимной гайки и внутренней поверхностью прижимных пластинок силой, не превышающей силы трения от давления пружины 27, рукоятки 29, осуществляющей раствор прижимных пластинок, пружин 27 и регулировочных винтов 30.

Зажим сильфона производится следующим образом.

Сильфон ставится вплотную на торцевую поверхность зажимной гайки нижнего приспособления, после чего рукоятка 29 поворачивается вплоть до упора кромок прижимных

пластинок во внутренние гофры сильфона.

Затем поворачивается зажимная гайка 26 при помощи предохранителя по направлению к прижимным пластинкам до момента, когда предохранитель начнет поворачиваться. Наконец, при помощи маховичка 32 верхний торец сильфона приводится в соприкосновение с торцем нажимной гайки верхнего приспособления. После этого последовательно повторяются этапы второй и третий.

Замер длины производится при помощи шкалы длины 31 и металлической полоски 33, натянутой на раму 34, которая привинчена к указателю 22.

Предварительно, до установки сильфона, нулевое деление шкалы длин совмещается с полоской указателя для момента, когда происходит соприкосновение поверхностей, между которыми замеряется длина, и когда нулевое деление шкалы равновесия 17 оовпадет с риской указателя равновесия 16.

Установка на нулевое деление шкалы длин осуществляется перемещением шкалы длин по фронтовому пазу, имеюще.муся в правой колонне 35, в котором шкала скользит и укрепляется винтами 36 (фиг. 5).

Шкала длин имеет два нониуса - левый 37 и правый 38 (фиг. 2), которые так же, как и шкала длин, имеют возможность скользить вверх и вниз по боковым пазам правой колонны.

Винты 39 служат для управления нониусами.

Каждый из нониусов с обратной стороны правой колонны 35 имеет жестко с ним связанный вертикально установленный эбонитовый жолоб 40 с С-образным сечением (фиг, 5 и 8), Несколькими миллиметрами выше зоны скрепления нониуса с эбонитовым жолобом последний имеет металлический контакт 41. С внутренней стороны контакт выступает на две пятых ширины сечения жолоба, с наружной имеет клемму для подвода электропровода. На внутренний выступ контакта сверху опускается металлический полированный прямоугольный параллелепипед 42, свободно скользящий по внутренней верхней части жолоба и всегда покоящийся на внутреннем выступе контакта под действием силы тяжести.

Указатель длин 22 (фиг. 3, 5 и 9), кроме рамы с натянутой полосой с фронтовой стороны правой колонны, с задней стороны правой колонны имеет два контакта: левый 43 и правый 44, которые при подъеме указателя свободно входят в прорези соответствующих жолобов и при соприкосновении с прямоугольными скользящими параллелепипедами замыкают ток через соответствующие контакты жолобов у магнитных вибраторов (на чертеже не указанных), служащих для определения по звуку момента соприкосновения.

Так как прорези жолобов занимают противоположные выступу контакта 41 две пятых части ширины сечения жолоба, то непосредственно контакты жолоба и контакты указателя, имея между собой зазор в одну пятую ширины сечения жолоба, не соприкасаются. Поэтому замыкание контактов может происходить только в момент соприкосновения с одной стороны контакта указателя и параллелепипеда, с другой - .параллелепипеда и контакта жолоба. При малейшем отклонении указателя 22 в ту или другую сторону от момента замыкания последнее нарушается.

При достаточной длине параллелепипеда и малом зазоре между внутренними поверхностями жолоба и боковыми поверхностями параллелепипеда, точность отметки длины при помощи контактов весьма велика.

Для установки удобного для наблюдений угла шкалы длин относительно плоскости чертежа правая колонна вместе с указателем может быть повернута в правую и левую сторону. Это возможно сделать благодаря имеющейся прорези на указателе длин, совпадающей с дугой окружности, описанной из центра вращения колонны.

Кроме контактов указателя и нониусов прибор имеет еще два контакта 8, расположенные на верхней

части станины 2, замыкающиеся при помощи контакта 46 левого рычага 4. В зависимости от положения последнего может замыкаться верхний или нижний контакт. Оба контакта изолированы эбонитовым цилиндром 49 (фиг. 4) от шпинделя 47 и эбонитовыми кольцами 48 от боковых стенок станины. Сами же контакты представляют собой металлические цилиндры, надетые на эбонитовые.

Замыкающий контакт 46 на рычаге 4 (фиг. 2) образован из двух латунных пластинок (верхней и нижней), изолированных от рычага 4 эбонитовой муфтой 51 и электрически соединенных друг с другом винтами 52, служащими также для затяжки муфты на рычаге (фиг. 4).

Назначение контактов 8 и 46 состоит в том, чтобы сигнализировать знак определяемой величины, о чем подробнее будет сказано ниже.

На обоих концах длинных плеч рычагов 3 и 4 с правой и с левой стороны имеются чашки для гирь. При уравновешенной системе рычагов нагрузка на левую чашку весов означает сжатие помещенной между приспособлениями детали, нагрузка на правую чашку - растяжение.

На левой стороне имеются не одна, а две чашки - верхняя 11 и нижняя 45. Вместе с подставкой 50 нижняя чашка предназначена специально для осуществления частичной автоматизации, но может быть использована и при отсутствии автоматизации в качестве элемента, облегчающего измерения.

Перед началом испытания партии сильфонов производят следующую подготовку: уравновешивают рычаги без гирь на всех трех чашках весов с привинченным приспособлением к верхне.му патрону 13; совмещают нулевое деление шкалы длин с полоской указателя в момент, когда плоскости обоих приспособлений, между которыми замеряется длина сильфона, соприкасаются. Это достигается тем, что в обоих приспособлениях прижимными пластинками прижимаются кусочки металла, толщиной, равной толщине материала сильфона. Затем, на чистую (не занятую) торцевую поверхность зажимной гайки нижнего приспособления ставится кольцо толщиной точно 10 мм, после чего производится подъем нижнего приспособления при помощи махо1шчка вплоть до соприкосновения верхней торцевой поверхности кольца с чистой (не занятой) торцевой поверхностью зажимной гайки верхнего приспособления при сохранении нулевого (равновесного) показания указателя равновесия. Когда, таким образом, расстояние между поверхностями, определяющими длину сильфона, станет равным 10 мм, подвижная шкала длин 31 устанавливается так, чтобы происходило совмещение риски щкалы, соответствующей 10 мм, с полоской 33 указателя. Затем опускают нижнее приспособление при помощи .маховичка до отказа вниз и снимают кольцо. Устанавливают левый но-ниус 37 на длину, равную величине 1я, а правый нониус 39 -на длину, равную величиме L, о которых речь была выще. Устанавливают на отмеченную правым нониусом длину L полоску указателя при помощи вращения маховичка. Приводят правый контакт 44 указателя и параллелепипед правого нониуса в соприкосновение путем подъема или опускания эбонитового стержня 53, на котором укреплен контакт указателя (о правильности подъема судят по не прекращающемуся звуку вибратора) и закрепляют винтом 54. Устанавливают на отмеченную левым нониусом длину LN полоску указателя. Приводят левый контакт 43 указателя в параллелепипед левого нониуса в соприкосновение и закрепляют винтом 54. Опробывают правильность произведенной подготовки. Опускают гирю 55 весом, равным

СрБ

величине

КГ на нижнюю чашку 45 левых весов.

Этим заканчивается подготовка.

Испытание сильфона (или пружины), т. е. определение величин а и б производится следующим образом.

Устанавливают сильфон и зажи,мают его так, чтобы он был жестко

скреплен с обоими приспособлениями.

Приводят в соприкосновение правые контакты, фиксирующие длину L. О моменте соприкосновения судят по не прекращающемуся звуку магнитного вибратора.

Уравновешивают рычаги гирями.

Записывают нагрузку гирь, причем, если для уравновещивания гири помещались на левую (верхнюю) чашку весов, т. е. складывались с весом гири, ранее помещенной на нижнюю чашку весов, то приписывают знак плюс (-{-), если же гири помещались на правую чашку, т. е. вычитались из веса ранее помещенной гири на левую чашку, приписывается знак минус (-). Записанная нагрузка гирь является величиной б. Далее опускают на нижнюю левую чашку 45 вторую гирю 62, по весу

СрБ равную величине -|- кг.

При этом, очевидно, добавочный вес на левой чашке весов окажется равным

СрБ .iCpA Ср Б СрА -2 2

КГ.

Приводят в соприкосновение левые контакты, фиксирующие длину LHО моменте соприкосновения также судят по звуку вибратора. Уравновешивают рычаги гирями. Записывают нагрузку гирь, также приписывая ей знак плюс (+), если для уравновешивания потребовалось гири помещать на левую чашку весов, и знак минус (-), если гири помещались на правую чашку.

Записанная нагрузка является величиной а.

Пружины испытываются точно таким же образом, только разница между испытанием пружины и сильфона заключается в том, что если в существующих анероидах пружина всегда сжата в рабочем положении анероида (при изменении длины от LH до L, то сильфон находится в сжатом состоянии на одном интервале рабочего хода и в разжатом на другом. Поэтому для сильфона необходимо иметь специальные приспособления, жестко скрепляющие

его с растягивающи.ми и сжимающими элементами в то время, когда пружина в этом не нуждается.

Для случаев, когда потребуется и для пружин снимать характеристики при сжатии и растяжении и для случаев любых других форм сильфонов (и пружин), необходимо иметь специальные приспособления, которые перед началом испытания ввинчиваются в патроны. Таких приспособлений можно иметь целый набор.

Аппарат может служить не только для специальных рассмотренных выше случаев испытания сильфонов и пружин для анероидов, но и для испытаний упругости любых других пружин и упругих систем, где требуется производить сжатие и растяжение одновременно и раздельно.

Чтобы облегчить определение требуемых величин а и б я исключить возможность ошибки, поднимание и опускание на нижнюю левую чашку .весов гири 62 весом, равным

СрА

СрБ

при наличии контактов можно осуществить автоматически.

Для этой цели (фиг. 10) к подставке 60 подводят один из концов качающегося на оси 57 рычага 56. Другой конец рычага 56 соединяется со штоком 58 поршня 59, В обоих случаях соединение происходит через посредство шатунов 60.

Направление движению подставки 50 дают три направляющих стержня 61. Гиря 62 весом, равным велиСрАСрБ

чине -2-; - кг, поддерживается тремя колонками 63, жестко скрепленными с основанием подставки 50, которое имеет .шесть отверстий: три для укрепления колонок 63 и три для прохода направляющих стержней 61. Эти отверстия образуют правильный шестиугольник, а отдельно каждые три отверстия - правильные треугольники.

В нижней чашке 45 и в гире 55 СрБ

весом, равным --я- кг, имеется три

отверстия для свободного прохода колонок 63.

Таким образом, если подвести ток к клеммам М и Жз электромагнита 64, то, вследствие притяжения железного стержня 65, подставка вместе

„ ,-п СрА СрБ с гирей 62 весом в кг

поднимается кверху, и на чашке 45

СрБ

останется лишь гиря весом в кг.

Чтобы подъе;м совершался плавно, в увеличивающийся верхний объем цилиндра 66 подача воздуха производится через узкое отверстие, величина сечения которого регулируется краном 67.

Когда ток выключен, подставка 50 плавно опускает гирю 62 весом в

СрАСрБ

- 22 нижнюю чашку 45, а сама под действием силы тяжести садится на упоры ниже равновесного уровня, в котором она показана на фиг. 10, оставляя таким образом на чащке 45 груз весом в

СрА

ту-р

2

Для избежания влияния магнитного поля электромагнита 64 на равновесное состояние рычагов, магнит должен быть либо достаточно далеко расположен, либо предохранен, либо уравновешиваемая система должна быть изготовлена из немагнитных материалов.

Схема электрических включений представлена на фиг. 1. В ней М и Жз -- клеммы электромагнита 64,. а йр «2 и « - контакты подставки 50, место расположения которых схематически указано на фиг. 10. Как видно из фиг. 10, неподвижные контакты п или «2 замыкаются подвижным контактом п, когда на чащке весов находится либо только груз, равный по

весу-f - кг, либо только груз, равСрА

кг, К- контакт ныи по весу

левого рычага 4, замыкающего контакты: KI - в своем верхнем положении и Afg - в своем нижнем положении; У - левый контакт указателя; У, - правый контакт указателя; Ь - левый контакт нониуса и Н - правый контакт нониуса.

Кроме этих обозначений в схеме приведены сигнализирующие устройстза, расположенные для величины а в верхней части схемы, для величины б- в нижней.

Для каждой величины сигнализирующее устройство состоит из четырех элементов: трех световых и одного звукового. Звуковой и один световой имеют две общие клеммы 1-1. Это - магнитный вибратор В и световое изображение измеряемой величины а и б. Два других световых элемента, изображающие знак, который следует приписать к измеряемой величине, имеют по две самостоятельные клеммы 2 - 2 и 3-3.

Из этой схемы ясно, что при замыкании контактов Уа и //,, что соответствует длине L, ток одновременно проходит в световой сигнализатор для величины б, в магнитный вибратор и электромагнит.

Вследствие прохождения тока в электромагнит, немедленно происходит размыкание контакта ге и /г, и затем плавное поднимание подставки. Пока подставка поднимается, ток не может пройти через какой-либо из замкнутых левым рычагом 4 контактов /С до того момента, пока под-ставка не поднимет с левой нижней чашки добавочный груз 62 весом

СрАСрБ

в и -S- кг и контакт п не

замкнет контакт п. Когда же контакт п замкнет контакт п на левой нижней чащке 45 останется гиря, веСрБсом, равным - кг и таким ооразом верхнее и нижнее положение левого рычага 4 будет означать, что на левую или на правую чащку необходимо класть гири для уравновешивания рычагов, т. е. плюс () или минус (-) приписывать величине б, что и указывается световым сигналом.

Аналогичное рассужденне имеет место и при замыкании контактов У и //1, отмечающих длину L.

Таким образом, при наличии всех соединений, указанных в схеме, определение величины а и б сводится к следующему:

1) устанавливается сильфоа;

2)подводится в соьрикосновение какой-либо из контактов, определяющих одну из крайних длин анероида;

3)по световому сигналу в паспорт испытуемой детали записывается обозначение измеряемой величины и ее знак;

4)уравновешиваются рычаги;

5)перед записанным знаком записывается величина нагрузки, уравновешивающей рычаги;

6)подводится в соприкосновение другой контакт.

После этого последовательно повторяются пункты 3, 4 и 5.

Предмет изобретения.

1.Прибор для испытания пружин и сильфонов с целью подбора их для сильфонных анероидных коробок с использованием рычажных весов и указателя линейных деформаций, отличающийся применением связанных с испытуемой пружиной или сильфоном двух рычажных весов, из которых одни служат для определения положительных, а Другие- отрицательных отклонений напряжений от половины суммарного напрянсения сильфона и пружины, соответствующего заданной характеристике анероидной коробки.

2.Форма выполнения прибора по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью автоматической нагрузки и разгрузки чащкй 45 весов добавочной гирей 62, уравновешивающей половину разности напряжений анероидной коробки соответственно двум точкам ее характеристики, гиря 62 снабжена поцставкой 50, сочлененной через систему рычагов с электромагнитом 64j 65 и с Боздущным амортизатором 66.

3.Форма выполнения прибора по пп, 1 и 2, отличающаяся тем, что гиря 62 связана с подставкой 50 стойками 63, пропущенными через отверстия в чашке 45 и в гире 55. фиг. Ш

f

ал f f

fcAL4

фиг. 4

фип5

, фиг.и