Устройство для измерения параметров удара Советский патент 1981 года по МПК G01P15/04 G01L5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАРА

Изобретение относится к вибро- и удароиспытательной технике, а более конкретно к устройствам для измерения параметров удара. Известны устройства для измерения параметров удара с деформируемым элементом, содержащие корпус, инерционный элемент в виде набора шариков, ко торые контактируют с наружной пов : рхностью чувствительного элемента в виде диска. При ударном нагружении шарики образуют на боковой поверхности диска отпечатки, глубина которых зависит от ударного импульса, а расположение - от направления удара. Рас шифровка показаний осуществляется при помощи микроскопа и тарировочного гра фика. Сила удара функционально зависит от суммы диаметров отпечатков fl Однако эти устройства отличаются недостаточной точностью, чувствительностью к измеряемому параметру, узким диапазоном измерения и сложностью обработки результатов измерения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство с деформируемым элементом, содержащее корпус, цилиндрический чувствительный элемент с профилированные участком в виде конуса и пружину, на торце которой расположен инерционный элемент. iIpH удчрном нагружении инерционный элемент деформирует конический профилированный участок цилиндрического чувствительного элемента. Расшифровка показаний осуществляется по величине смятия конического участка и при помощи тарировочного графика 2.,1 Конусообразное исполнение профилированного участка чувствительного элемента датчика приводит к снижению точности измерения параметров удара, так сак корреляционная зависимость меязду контактной силой и смятием чувствительного элемента имеет ярко выраженный нелинейный характер, что в свою очередь влияет также и на чувствительность датчика к измеряемому параметру. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности устройства за счет линеаризации силовой характеристики. Поставленная цель достигается тем что профилированный деформируемый участок чувствительного элемента выполняется в виде тела вращения, причем высота тела вращения выбирается равной удвоенной величине предельной деформации, а отношение площади поперечного сечения профилированного участка к площади цилиндрического участка чувствительного элемента рав но отношению высоты этого сечения к высоте профилированного участка. На фиг. 1 изображена конструкция устройства; на фиг. 2 - силовая характеристика устройства для измерени параметров удара. Устройство содержит крьш1ку 1 корпуса, инерционный элемент 2, расположенный на пружине 3, чувствительный элемент 4, установленный в корпусе 5 и снабженньй профилированным участком 6. Силовая характеристика устройства линейна и однозначно определяет диаметр О цилиндрического участка чувствительного элемента 4 п величине предельной контактной силы и высоту Н профилированного участка 6 по величине предельной деформации SnPGAПри соударении исследуемого объе та с преградой инерционный элемент устройства, закрепленного на объекте, разгоняется под действием сил инерции до начальной скорости соуда рения. Кинетическая энергия, приобретенная инерционным элементом 2 в процессе разгона, гасится за счет деформирования чувствительного элемента А. Возникающая в зоне контак та сила уравновешивается силами сопротивления деформированию чувствительного элемента. Суммарная деформация складывается из упругого деформирования чувствительного элемен та 4 в целом и пластического деформирования его профилированного учас ка 6. Величина упругой деформации чувствительного элемента 4 линейно изменяется в процессе нагружения, восстанавливается при разгрузке чув вительного элемента от действующих сил и является систематической ошибкой измерения контактной силы. Линейность силовой характеристики обеспечивается при деформировании профилированного участка 6 чувствительного элемента 4. В случае, когда деформация распространяется за пределы профилированного участка 6 линейность силовой характеристики нарушается. Это позволяет установить диаметр О цилиндрического участка чувствительного элемента с учет.ом величины верхнего диапазона измерения устройства, т.е. предельного значения контактной силы, при которой сохраняется линейность силовой характеристики устройствагде - предел упругости материала чувствительного элемента. Конфигурация профилированного участка 6 определяется соотношением, связывающим диаметр d сечения профилированного участка и высоту этого сечения с диаметром D цилиндрического участка чувствительного элемента 4 и высотой Н профилированного участка 6, При линейной силовой характеристике это соотношение имеет вид d JL D Н Высота профилированного участка Н равна удвоенной величине предельной деформации S чувствитель ного элемента, при которой сохраняется линейность силовой характеристики устройства. Нетрудно заметить, что изменяя величину предельной деформации при постоянстве Рпред можно изменять чувствительность устройства к измеряемой величине контактной силы. После соударения объекта с преградой измеряют величину деформации профилированного участка 6 чувствительного элемента 4, а по величине деформации с учетом силовой характеристики устройства и массы инерционного элемента определяют значение максимальной контактной силы при ударе, максимального ударного ускорения и начальной скорости соударения, с учетом того, что где Р - максимальная контактная , X, - коэффициент прсяторциональности;S - величина максимальной деформации ; максимальное ударное ускорение;m - масса инерционного элемента Vg - начальная скорость соударения инерционного элемента. Такое конструктивное исполнение чувствительного элемента устройства для измерения параметров удара выгод но отличает его от известного, так как во-первых, позволяет повысить точность-измерения параметров удара за счет линейной силовой характеристики устройства и, во-вторых, позволяет изменять чувствительность устройства в пшроких пределах за счет изменения относительной конфигурации профилированного участка чувствитель ного элемента. Формула изобретения Устройство для измерения парамет ров удара, содержащее корпус, в кгт 36 ром установлены цилиндрический чувствительный элемент с.профилированным деформируемым участком и пру)шна, на торце которой размещен инерЦионный элемент, отличающее|с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности за счет линеаризации силовой характеристики устройства, в нем профилированш 1й деформируемый участок чувствительного элемента выполнен в виде тела вращения, причем высота тела вращения выбрана равной удвоенной величине предельной деформации, а отношение площади поперечного .сечения профилированного участка к площагч цилиндрического участка чувствительного элемента равно отношению высоты этого сечения к высоте профилированного участИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Патент США И 31414ДО, кл. 116-114, опублик. 1962. 2. Приборы и системы для измерения вибрации удара, шума. Отравочник, Под ред. Клюева В.В., книга 1 М , Машиностроение, 1978, с. 186-191 (прототип).