Динамометр Советский патент 1981 года по МПК G01L1/22 

1

Изобретение относится к силоизме рительной технике.

Известен динамометр, содержащий силовой полый корпус, внутри которого расположен чувствительный элемент с тензопреобразователями, закрепленный на одном торце силового корпу.са,.и силопередающий стержень, связывающий чувствительный элемент с другим торцом силового корпуса 1,

Недостаток такого динамометра заключается в том, что стабильность и, следовательно, точность показаний в значительной степени зависят от распределения температур на элементах его конструкции и от времени до наступления равновесия температур элементов или до достижения установившегося процесса теплообмена между элементами конструкции динамометра.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению являетс.я динамометр, содержащий силовой полы корпус, заполненный теплоносителем, чувствительный элемент, закрепленны на одном торце корпуса, и силопередающий полый стержень с отверстиями связанный через чувствительный элемент с другим торцом силового корпуса 2 ,

Однако точность измерений данного динамометра невысокая, так как не достигается выравнивание температур между элементами динамометра.

Цель изобретения - повыщение точности измерения усилий за счет циркуляционного теплообмена между эле0ментами динамометра.

Указанная цель достигается 1за счет того, что-силопередающий стержень снабжен поршнем, а чувствительный элемент изолирован от полости

5 корпуса мембраной, причем в поршне выполнены отверстия, а в них и в полости стержня установлены обратные клапаны.

На чертеже представлен динамометр, 0 общий вид, разрез.

Динамометр состоит из полого силового корпуса 1, в который ввинчены . .проушины 2 для приложения измеряемой ситш, упругого чувствительного 5 элемента 3, закрепленного на одном торце силового корпуса 1 силопередаоощего стержня 4, соединяющего элемент 3 с другим торцом силового корпус;а 1 гибкой мембраны 5, отделяющей элемент 3 от полой части силового корпуса 1 и устройства, обозначенного общей шозицией 6,, обеспечивающего циркуляцию теплопроводной среды 7 внутри силового корпуса 1 и силопередающего стержня 4.

Чувствительный элемент 3, выполненный в виде балочки с наклеенными на нее т.ензорезисторами 8 -и закрепленный на выступе 9 одного из торцов силового корпуса 1, соединен .через болт 10 с ушком 11, навинченным на наружную поверхность силопередающего стержня 4, на торце которого -установлено уплотнение 12« На фланцевую часть ушка 11 установлена гибкая мембрана 5, которая прижимается с помощью фланцевой гайки 13, также навинченной на ушко, rfb, наружному контуру гибкая мембрана крепится к другой стороне выступа 9 и прижимается кольцом 14, отделяя таким образом элемент 3 от полой части корпуса 1, заполненной теплопередающей средой 7 с высоким коэффициентом теплопроводности..

. Силопередающий стержень 4 состои из фланца 15, запрессованного в другой выступ 16 силового корпуса 1 полого стержня 17, соединяющего фланец через ушко 11 с элементом 3, и поршня 18, расположенного в средней части стержня 17 и разделяющего полую часть силового корпуса 1 на две герметичные полости 19 и 20. . Герметизация полостей 19 и 20 обеспечивается гибкой мембраной 5, уплотнительными кольцами 21 на порш. не 18, скользящего по внутренней поверхности силового корпуса 1, и уплотнением 22 с заглушкой 23, через которую заливается теплопроводядая среда 7. С одной стороны поршня 18 на полом стержне 17 выполнены радиальные отверстия 24, сообща ющие полость 19с одной полостью 25 стержня 17, ас другой отверстия 26, сообщающие другую полость 27, стержня 17 с полостью 29. Выполнение стержня 17 полым с отверстиями 24 и заполнение полосте 19, 20, 25 и 27 теплопроводящей средой 7 по оляет сократить время уравновешивания температур деталей динамометра. Для более существенног уменьшения времени стабилизации температур и следовательно, улучшения стабильности показаний динамометра во времени при его работе динамометр снабжен устройством, обозначенным общей позицией 6,обеспечивающим принудительную циркуляцию теплопроводящей среды 7 и работающим от деформации силового корпуса 1 при нагружении динамометра,

Устройство 6 может быть выполнено в виде обратных клапанов 28 и 29, один из которых установлен в полости 27, а два других 29 на поверхности поршня 18. Клапан 28 состоит из собственно клапана 30, опирающегося на кромках на выступ 31 в полости 27 стержня 17 и подпружиненного пружиной 32, Два других клапана 29 имеют такую же конструкцию и размещены против сквозных отверстий 33, сообщающих полости 29 и 20 силовог.о корпуса 1, Клапаны 29 размещены в корпусах 34, закрепленных на порщне 18 и снабженных отверстиями 35, расположенными с другой стороны собственно клапана

зо.

Динамометр работает следующим образом.

При приложении растягивающей нагрузки Р к проушинам 2 происходит удлинение корпуса 1 на величину U&J ,т.е. один торец с выступом 16 силового корпуса 1 удаляется от другого торца с выступом 9, на котором закреплен чувствительный элемент 3, также на величину Д 6 .

Так как один конец силопередающего стержня 4 своим фланцем 15 жестко соединен с выступом 16, а другим связан с чувствительным элементом 3 при длине стержня 17, остающейся практически постоянной вследствие незначительной по сравнению с силовым корпусом 1 жесткости элемента 3, то происходит деформирование последнего, т,е. он получает прогиб, приблизительно равный удлинению .. Вследствие этого в элементе 3 возникают напряжения, пропорционально которым тензорезисторы ,8 выдают сигнал, соответствующий прикладываемому усилию Р. При этом вследствие того/что жесткость гибко мембраны 5 в направлении деформаций незначительна, она практически не влияет на показания тензорезисторов 8. Так как силовой корпус 1 работает в упругой зоне, то при снятии нагрузки Р до О он возвращается в исходное положение, т.е. перемещение 0, и соответственно, сигнал от тензорезисторов 8 также равен 0.

При приложении нагрузки сжатия происходит обратное взаимодействие чувствительного 3 и сипопередающего 4 элементов, мембраны 5 и силового корпуса 1. Процесс теплообмена в динамометре при изменении температуры окружаюа}ей среды и при неработающем динамометре происходит таким образом, что если динамометр не работает, то да вление теплопроводящей Сред.ы 7 во всех полостях 19, 20, 25 и 27 одинаково, а при работающем динамометре для измерения динамических нагрузок, прикладываемых с высокой частотой,происходит нагрев силового корпуса 1 вследствие его циклического деформирования, тогда как нагрев силопередающего

тержня 4 происходит медпеннее. ля ускорения процесса теплообмена инамомггр снабжен устройством б, беспечивающим принудительную циркуяцию среды 7 между полостями 19 и

25и полостями 20 и 27 и работающим в результате изменения давления в указанных полостях при циклическом еформировании силового корпуса 1.

При измерении растягивающей нагоузки, изменяющейся по пульсирующему циклу, корпус 1 получает циклически изменяющееся удлинение &6 , на величину которого перемещается точка крепления стержня 17 к эле- , менту 3, и следовательно, поршень 18. Вследствие того, что торец с выступом 16 и поршень 18 перемещаются одинаково, то давление в полостях 19 и 25 остается постоянным и равным исходному давлению, а е полостях 20 и 27 понижается, так как их объем увеличивается пропорционально удлинению лй| , на которое перемещается поршень 18, т.е. давл.ение в полостях 19 и 15 больше, чём в полостях 20 и 27. Поэтому под действием давления в полости 25 открывается клапан 28, и среда 7 перемещается из полостей 19 и 25 в полость 27 и далее через отверстие

26в полость 20 до тех пор,пока давление в полостях не уравновесится. При этом клапан 28 под дей-. ствием пружин 32 и давления в полостях 19 и 25 остается закрытым, предотвращая перетекание среды 7 через этот клапан. При уменьшении растягивающей нагрузки до О происходит повышение давления в полостях 20 и 27, сообщенных отверстием 26, вследствие того, что поршень 18 перемещается обратно на ту же величину

й,& , пропорционально которой увеличился объем среды 7 в полостях

20,27. Поэтому клапаны 29 открываются, и избыток среды 7 перетекает через отверстия 33 в поршне 18 в полости 19, а затем через отверстия 16 в полость 25. При этом клапан 28 под действием давления в полостях 20 и 27 и пружины 32 закрывается, предотвращая перетекание среды 7 через него. При повторении цикла действия аналогичны. Мембрана 5 при этом также получает упругие деформации под Действием изменяющегося давления, однако вследствие упругости деформаций она не способствует полному сбросу давления в полостях 20 и 27, а понижает его, уменьшая влияние мембраны 5 на нагружение силопередающего стержня 4. При приложении пульсирующего цикла сжатия взаимодействие клапанов 28 и 29, мембраны 5, силового корпуса 1 и силопередакнцего стержня 4 обратное. ЧеЮвыше частота приложения измеряемой нагрузки, тем интенсивней циркуляция среды 7, обеспечиваемая синхронной работой силового корпуса 1 и клапанов 28 и 29, что существенно улучшает теплообмен между силовым корпусом 1 и силопередающим стержнем 4/и следовательно, позволяет повысить стабильность и точность показаний предлагаемого динамометра.

При снижении частоты снижается интенсивность нагрева и синхронно

Q уменьшается интенсивность циркуляции среды 7. При измерении знакопеременных нагрузок размах деформаций силового корпуса предлагаемого устройства в отличие от известного существенно выше, и следовательно,

циркуляция среды интенсивней. Предлагаемый динамометр работает и в .условиях повышенных температур.

30

Формула изобретения.

Динамометр, содержащий силовой полый корпус, заполненный теплоносителем чувствительный элемент, за-г

5 крепленный на одном торце корпуса, и силопередающий полый стержень с отверстиями, связанный через чувствительный элемент с другим торцом силового-корпуса, отличающийQ с я тем, что, с целью повышения точности измерения усилий за счет циркуляционного теплообмена между элементами динамометра, силопередающий стержень снабжен поршнем, а чувствительный элемент изолирован

5 от полости корпуса мембраной, причем в поршне выполнены отверстия, а в них и в полости стержня установлены обратные клапаны.

Источники информации,

0 принятые во внимание при зкспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 549693, кл. G OIL 1/04,22.04.75.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2543863,09.11.77 (прототип) .