Двухкомпонентный динамометр Советский патент 1981 года по МПК G01L5/16 

(54) ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ ДИНАМОМЕТР

Изобретение относится к силоизме рительной технике и может быть использовано для измерения составляющих силы резания на вращаиицемся вал например, при зубофрезеровании. Известен динамометр для измерения тангенциальной и радиальной составляющих силы резания, содержащий тензозадатчики, размещенные непосрёдст венно на вращакщемся валу и неподвиж ных опорах 1. Недостатком известного динамометра является низкая точность измерения, обусловленная нестабил ьной работой токосъемника и биением вала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является динамометр, содержащий деформируемый вал, установленные на нем балоч ные упругие элементы с тензозадатчи ками, включенными в измерительную схему 2. Недостаток этого динамометра заключается также в низкой точности и мерения. . . Цепь изобретения - повыиение точ .ности измерения. Указанная цеЯь достигается тем, что устройство снабжено двумя поЛшипниками, на которых установлены две пары балочных упругих элемента, размещенных в двух взаимно перпендикулярных плоскост ях, проходящих через ось вала, при этом упругие элементы каждой пары закреплены своими противоположными крнцами на неподвижных наружных кольцах подшипников, внутренние кольца которых закреплены на концах вала, а свободные концы указанных упругих элементов установлены с натягом на шариках, размещенных на наружных кольцах подшипников. При этом тензозадатчики, расположенные на плоскостях балочных упругих элементов одной пары, обращенных к валу, включены в смежные плечи мостовой измерительной схекы, причем в каждое плечо мостовой измерительной схемы включено по два тензозадатчика. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 расположение динамометра на зубофрезерном станке; на фиг. 4 - электрическая схема включения тензозадатчиков для измерения одной составляющей силы; на фиг. 5 - схема изгиба

вращающегося вала под действием одной составляющей силы.

Двухкомпонентный динамометр для измерения взаимоперпеидикулярных составляющих силы резания на вращающемся деформируемом валу 1 содержит четыре упругих балочных элемента 2-5,, закрепленных жестко через втулки 6 и 7 на наружных кольцах двух подшипников. Балочные элементы 2 и 3 служат для измерения одной составляющей силы резания, элементы 4 и 5 для другой.

Свободные концы балочных упругих элементов опираются с натягом на шарики 8 и 9, установленные на наружном кольце другого подшипника. На двух противоположных плоскостях каждого упругого элемента, перпендикулярных направлению действия измеряемого усилия, в местах, равноудаленных от консольно защемленного конца балочного элемента, наклеено по одному тензозадатчику, которые включены в мостовую схему (фиг. 4).

При помощи винтов-эксцентриков 10 упругие элементы 3 и 4 имеют возможность перемещаться параллельно оси вала и последующего их жесткого закрепления на втулке 7 при помощи винтов М в продольных пазах элементов

Направляющие пальцы 12, устанавливаемые в пазах элементов и отверстиях втулки 6, после выполнения указанной регулировки удаляются.

Люфт подшипников выбивается двумя пружинами 13. Динамометр электрически изолирован от корпуса станка прокладкой 14 и втулками 15. Экран 16, электрически соединенный с корпусом станка, закреплен на втулке 7 с помощью текстиловых секторов 17.

С неподвижными частями оборудования динамометр связан тросиками .18 и пружинами 19 посредством регулировочных гаек 20 и 21 и шпилек 22, ввернутых в корпус станка (фиг. 3).

Тензодатчики, наклейка которых показана на иг. 1, включены в мостовую схему согласно фиг. 4. Находящиеся в усилителе два постоянных сопротивления на фиг. 4 не -показаны.

Динамометр работает следующим образом.

При приложении усилия вал (фиг. 5 имеет прогиб в сечении B-B-f и в сечении C-C-fj. Разность прогибов f и f вызывает изгиб балочных упругих, элементов, закрепленных на подшипниках, которые установлены в указанных выше-сечениях.

При изгибе вала 1 пол действием измеряемого усилия происходит поворот сечения В-В относительно точки О (фиг. 1). При этом поворачиваются закрепленный на верхней втулке балочный тензоэлемент 4 и шарик 9, который перекатываясь по балочному элементу 5, не вызывает его соизмеримого прогиба. Относительные деформации балочных упругих элементов, вызванные указанными поворотами, не равны между собой, а следовательно, не равны и сопротивления тензозадатчиков, что вызывает разбаланс моста, определяемый величиной приложенного усилия.

Прогиб балочных элементов будет происходить не только под влиянием изгиба вала 1,но может быть вызван также торцовым и радиальным биением подшипников.Так как величина деформции обоих балочных элементов, вызванная торцовым биением подшипников, одинакова, мост останется сбалансированным. Радиальное биение, нпример, верхнего подшипника по отношению к нижнему, одинаково прогибая балочные тензоэлементы в направлении, перпендикулярном оси вала, так не вызовет разбаланса моста.

, Пусть.биение верхнего подшипника по отношению к нижнему (фиг. 1) направлено вправо. В этом случае тензозадатчики R и R сжимаются, а R и R растягиваются на одну и ту же величину. Считая исходное сопротивление каждого плеча моста равным 2R Предполагая, что в результате деформации, вызванной биением, сопротивление каждого тензозадатчика изменится на величину AR, получаем новые сопротивления каждого из тензозадатчиков

Суммарное сопротивление каждого плеча моста (фиг. 4) в этом случае равны

R +R R - AR 4-R +UR 2R

R2 +R4 R + R +R AR 2R, т.е. сопротивление плеч моста остались прежними и, следовательно, сигнал на выходе моста, вызванный радиальным биением подшипников, равен нулю. А следовательно динамометр будет чувствовать только деформации изгиба вала, вызванные измеряемыми составляющими силы резания.

Предлагаемая конструкция динамометра позволяет обеспечить непрерывное измерение составляющих силы резания, отсутствие взаимовлияния измеряемых составляющих, нечувствителность к вибрациям, а следовательно, повышение точности измерений.

Формула изобретения

Двухкомпонентный динамометр, содержащий деформируемый вал, установленные на нем балочные упругие элементы с тензозадатчиками, включенными в измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя подшипниками, на котоРых установлены две пары балочных упругих элементов, размещенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось вала, при этом упругие элементы кгикдой па закреплены своими противоположными концами на неподвижных наружных кол цах подшипников, внутренние кольца которых закреплены на концах веша, а свободные крнцы указанных упругих элементов установлены с натягом на шариках, размещенных на наружных кольцах подшипников, 2. Динамометр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения погрешности от ргщиальн биения подшипников, тензозадатчики

фиг 2. расположенные на плоскостях балочных упругих элементов одной пары, обращенных к валу, включены в смежные плечи мостовой измерительной схелы, причем в каждое плечо мостовой измерительной схемы включено по два тензозадатчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гулида Э.Н. Измерение силы резания и крутящих моментов при зубофрезеровании. Издтво Львовского универститета, 1966, с. 77-79. 2.Труды Волгоградского политехнического института. Волгоград, 1971, с. 258-260, рис. 1 и 2 (прототип). 1