Устройство для измерения изгибающего момента Советский патент 1979 года по МПК G01L3/10 G01B7/16 G01L1/04 

Изобретение относится к технике измерения изгибающих моментов, возникающих в строительных конструкциях, деталях машин, например в валах и балках, и может быть использовано при стендовых испытаниях строительных конструкний, соединительных муфт для определения их способности передавать или компенсировать изгибающие моменты, Известны устройства для измерения изгибающего момента, в которых проволочные тензорезисторы (рабочие и компенсадионные; расположены попарно в раз ных- сечениях и включены в противоположные плечи моста i. Однако эти устройства обладают недостаточной точностью, обусловленной действием неучтенных осевых сил при появлении изгибающего момента. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения момента, изгибающего кон- сольно закрегшенный вал 2. В этом устройстве измерение изгибающего момента сводится к измерению сигнала цепи полумоста, сформированного из трех рабочих и одного компенса1дао1шого тенэорезисторов. Рабочие тензорезисторы расположены в вдвух различных сечениях консольной часть вала. Расстояние между сечениями равно расстоянию от свободного конца вала до ближнего сечения. В ближнем сечении диаметралшо противоположно размещены два рабочих тензорезистора, а третий тензорезистор размещен во втором сечении. Из рабочих и компенсационного тенборезисторов сформирован полумост, причем одно плечо полумоста состоит на диаметрально противоположшлх тензорезисторов первого в второго сечений, другоа плечо - из оставшихся рабочего и компенсационного тензорезисторов. Описанное устройство позволяет автоматически исключать влияние на результат измерения изгибающего момента неизмеряемых радиальных сил, но при одновременном действии и осевых сил их влияние 36 на результат измерения изгибающего мо мента не исключается. В ряде случаев, когда возникновение осевой силы обусловлено конструктивными особенностями объекта испытания (.на- лример, торцовой или упругой муфты со звездочкой, зубчатой муфты в момент пус ка) при измерении изгибающего момента может возникнуть недопустимо большая погрешность. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет автоматической компенсации действия нерегистрируемых поперечных и продольных сил и температурных напряжений. Это достигается тем, что в предлагаемое устройство для измерения изгибающего момента, содержащее три образую- щах полумост рабочих тензорезистора рас положенных парами в двух сечениях плоскости изгиба балки, введены дополнительно три рабочих тензорезистора, расположенные вместе с другими рабочими тензорезисторами тремя диаметрально противостоящими парами в трех сечениях плоскости изгиба балки и включенные в полумост так, что каждое плечо его образуют два тензорезистора первых двух сечений (начиная от точки приложения поперечных сил), расположенные с одной стороны, и один тензорезистор третьего сечения плос кости изгиба, расположенный с диаметрал но противоположной стороны балки, причем расстояние от точки приложения поперечных сил до третьего сечения равно сумме расстояний первьрс двух сечений до той же точки. На фиг. 1 представлена схема расположения тензорезисторов на детали; на фиг. 2 - его электрическая схема. На испытываемой балке 1 (фиг. 1) по одну сторону от поперечных сил в плоскости изгиба наклеивают рабочие тензо -. резисторы 2-7 симглетрично оси балки. Тензорезисторы 2, 3 и 4 (фиг. 2 соединены последовательно и образуют од но из плеч полумоста. Другое плечо полу моста образуют тензорезисторы 5, 6 и 7, соединенные также последовательно. П лумост подключают ко вторичной аппара:туре. Устройство работает следующим образом. При одновременном возникновении поперечной сЕлы Р, продольной Q и изгабающего момента М j- , деформация наружных Волокон материала балки в. зоне размещения датчиков 1фиг. 1) с учетом 4 чения в полумост 1фиг. 2), где знаи (+) и () условно отмечены поляри напряжения плеч относительно средточки полумоста, выражается так: ENJV EW Е(/ ENW Vz 3 EW EW EV/ EW EW .--±.--1 й Ef EF EF с сPC E - модуль упругости материала балки; -ДЛ - изгибающие моменты от ,pдeформирующие наружные волокна балки g зоне расположения тен- зореаисторов 2-7 соответственно;р -р - усилия растяжения (.сжатия; от р, действующие в зоне расположения 2-7 тензорезисторов соответственно; расстояния от Р до 1-Ш сечений расположения тензорезис- торов соответственно; Q -Q усилия растяжения (сжатия) от Q , деформирующие наружные волокна балки в зоне действия 2-7 тенаорезисторов соответственно; - момент сопротивления относительно оси расположения тензорезисторов;Р - площадь поперечнохх сечения Так как для любыт; балок, симметричотеосительно оси расположения тенеаисторов, осевые моменты сопротив-ия в диаметрально противоположных ках равны, то 2 Иъ - «4- И5- И6 И7Рг Р7 . ак как деформация балки от продольсил обратно пропорциональна площади еречного сечения ее, то EF - EF четом написанного, выражение 11) мер вид -- 1(-2м,4 2Р2ез-2Рзе2-2Р г) римем: З; и, заложив в ажение (2) условие З;, получкм Так как Е и W - величины для данной балки постоянные, то можно записать 2 Тогда выражение (.4 / примет вид И4Таким образом, достигается автоматическая компенсация неизмеряемых сил. Одновременно осуществляется и температурная компенсация. Наиболее перспективными для использования в устройстве Шрн использовании металлической балки) являются фольговые тензорезисторы ввиду точного изхнэтовления формы решетки, обычно с указанием поперечной и продольной осей симметрии). Они менее подвержены влиянию поперечных деформаций по сравнению с проволочными и обладают меньшей температурной нестабильностью по сравнению с полупроводниковыми и бёспетлевыми тек- зорезисторами из жил литого микропроБода. При использовании в устройстве с неметаллической консолью для данной схемы в качестве измерительных элементов более перспективны бесклеевые тенаометрь1. Использование изобретения при стендовьЕх. испытаниях компенсирующих свойств механических муфт для измерения иэгибающ 1Х моментов, возникакацих на соединяемых муфтами валах, позволяет ускорить проведение испытаний за счет исключения этапа обработки результатов измерений. Кроме того, уменьшаются трудозатраты на обработку результатов измерений, а также повторные эксперименты, поскольку появилась возможность сразу ввести ийзуальпый контроль правильности процесса измерения по осциллографу без предварительной обработки результатов. Формула изобретения Устройство для измерения изгибающего момента, содержащее три образующих пилумост тензорезистора, расположенных в двух сечениях плоскости изгиба балки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет автоматической компенсации действия нерегистрируемьцс поперечных и продольных сил и температурных напряжений, в него введены дополнительно три тензоре- зистора, расположенные вместе с другими тензорезисторами тремя диаметраль«о противостоящими парами в трех сечениях плоскости изгиба балки и включенные в полумост, причем каждое плечо его образовано двумя тензорезисторами первых двух сечений начиная от точки приложения поперечных сил;, расположенными с одной стороны, и одним тензорезистором третьего сечения плоскости изгиба, расположенным с диаметрально противоположной стороны балки, а расстояние от точки приложения поперечных сил до третьего сечения равно сумме расстояний первых двух сечений до той же точки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Ms 94161, кл. Q 01 L 1/04 1951. 2.Авторское свидетельство СССР й 567942, кл. G О1 В 7/16; G 01 Ь 3/10, 1975 (прототип).

М

иа

I, рфЬ- ф фЬ-гФиг 2