SU769369A1 - Dynamometer - Google Patents

Description

(54) ДИНАМОМЕТР(54) DYNAMOMETER

Изобретение относитс  к технике контрол  и .измерени  больших силовых нагрузок ударного характера и быть использовано в электромеханических динамометрах , основанных на применении магнитоупругих преобразователей силы в электрический сигнал и монолитных корпусов, выполненных в виде незамкнутых скоб. The invention relates to a technique for monitoring and measuring large power loads of a shock nature and to be used in electromechanical dynamometers based on the use of magnetoelastic converters of force into an electrical signal and monolithic bodies made in the form of open brackets.

Известны электромеханическ1ие динамометры , предназначенные дл  эксплуатации в самых т желых промышленных услови х. В этих динамометрах магнитоупругий преобразователь - пресс-дуктор, имеющий относительно небольшие размеры, встраиваетс  в Массивный корпус, изготовленный из стальной плиты. Кол фигураци  прорезей в корпусе обеспечивает малую жесткость верхних горизонтальных перемычек в направлении действи  усили , что дает возможность передавать на пресс-дуктор практически все измер емое усилие. В то же врем  така  конструкци  обеспечивает равномерный и посто нный характер распределени  нагрузки в механических контактах между магн.итопроводом пресс-дуктора и корпусом динамометра, а также способствует разгрузке пресс-дуктора от горизонтальных составл юших измер емой силы 1.Electromechanical dynamometers are known for use in the most severe industrial conditions. In these dynamometers, a magnetoelastic transducer — a press ductor of relatively small dimensions — is embedded in a massive housing made of steel plate. The number of cuts in the casing ensures low rigidity of the upper horizontal bridges in the direction of the force, which makes it possible to transfer almost all the measured force to the press ductor. At the same time, such a construction ensures uniform and constant distribution of the load in the mechanical contacts between the magnetic conduit of the press duct and the dynamometer housing, and also facilitates the unloading of the press ductor from the horizontal components of the measured force 1.

Пресс-дуктор имеет несколько большие размеры, чем окно в корпусе. Поэтому окноThe press-duktor is slightly larger than the window in the case. Therefore, the window

.  .

должно принудительно слегка раскрыватьс , чтобы можно было установить прессдуктор , который при этом оказываетс  предварительно напр женным примерно до 10% 5 от поминальной нагрузки за счет упругой дефор.мации перемычек.it must be forced to open slightly so that the pressuctor can be installed, which at the same time proves to be prestressed up to about 10% of the load due to the elastic deformation of the jumpers.

Однако усилие предварительного поджати  пресс-дуктора, .как правило, превышает указанную величину и может достигать 10 30% от номинальной нагрузки динамометра и более.However, the preload pressure of the press-dector, as a rule, exceeds the specified value and can reach 10–30% of the nominal load of the dynamometer and more.

Наиболее близкими по технической суш,ности  вл ютс  магнгитоупругие динамометры , содержашие корпус в виде разомкнутой 15 скобы, магнитоупругий преобразователь (пресс-дуктор), установленный с нат гом между грузоприемньш и опорным плечами оКобы, 1И приопособление дл  трелва1рительного нат га 1магнитоуп1ругого преобразовател , установленное на корпусе и в шолненное в виде нажимного винта, анлопередаюшего .шарика и накладки 2.The closest in technical sushi are the magnetoelastic dynamometers containing a body in the form of an open 15 bracket, a magnetoelastic transducer (press-duct) installed with a tension between the load-bearing and supporting arms of the boom, 1 and a device for traction tension of an open-circle circle and a circle with an open circle and a circle with an open circle and a circle with an open-face circle and a circle with an open circle. the housing and in the form of a pressure screw, an ante-transfer ball and a lining 2.

Недостатками этих динамометров  вл ютс  неравномерность распределени  на25 грузки по виткам резьбы нажимного винта, сопровождаемой к тому же концентрацией напр жений, что неблагопри тно сказываетс  на несущей способности винтовой кинематической пары, особенно при динаадичес30 кой нагрузке, применение силопередаюшегоThe disadvantages of these dynamometers are the uneven distribution of the load on the threads of the pressure screw, accompanied by the same stress concentration, which adversely affects the carrying capacity of the screw kinematic pair, especially when dynamically loaded,

шарика относительно малых размеров, 1концентрирую,щего переда.ваемую силовую нагрузку от нажимного винта на накладку практически в точке, недостаточна  жесткость накладки, восприн1имающей нагрузку от шарика ,и передающей ее на силовоспринимаюшую плоскость магнитоупругого преобразовател , что способствует по влению гистерезиса от перераспределени  нагрузки .of a ball of relatively small size, concentrating, transferring the power load from the pressure screw to the cover practically at a point; the plate is not rigid enough to take the load from the ball and transfer it to the force-absorbing plane of the magnetoelastic converter, which contributes to the appearance of hysteresis due to load redistribution.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности динамометра при,контроле и измерении динамических усилий.The aim of the invention is to improve the accuracy of the dynamometer when controlling and measuring dynamic forces.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в нем силопередающий узел устройства предвapитeльнoгo поджати  прербразовател  выполнен в виде четырехзвенного п типодвижного кинематического соединени , составленного из. двух вращательных одноподвижных и одной плоскостной трехподвижной низших, последовательно соединенных кинематических пар, при этом перва  вращательна  к,и,нвмат1Ическа  пара образована цилиндрической п той преобразовател  и цилиндрической поверхностью опорного плеча скобы, а ее ось вращени  совпадает с осью цилиндрической полости скобы , причем втора  вращательна  кинематическа - пара образована цилиндрическими поверхност ми, двух силопередающих накладок, примыкающих соответственно к грузоприемному плечу скобы и преобразователю , а ось вращени  этюй пары перпендикул рна оси первой вращательной кинематической пары и нагрузочной оси преобразовател , при этом плоскостна  кинематическа  пара образована силовоспринима щей плоскостью преобразовател  и плоскостью соответствующей сило.передающей накладки.This goal is achieved by the fact that in it the power-transmitting unit of the device for preliminary compression of the preformer is made in the form of a four-unit and a fixed-motion kinematic connection made up of. two rotational single-moving and one planar three-moving lower, serially connected kinematic pairs, with the first rotational to, and a physical pair formed by a cylindrical fifth transducer and a cylindrical surface of the support arm of the bracket, and its axis of rotation coincides with the axis of the cylindrical cavity of the bracket, and the second rotational kinematic - the pair is formed by cylindrical surfaces of two force-transfer pads adjacent, respectively, to the receiving side of the bracket and transforming Yeh-lii, a pair of rotation etyuy axis perpendicular to the rotational axis of the first kinematic pair and load transducer axis, wherein the flatness kinematic pair formed silovosprinima conductive plane and the plane of the respective transducer silo.peredayuschey laths.

На .фиг. 1 изображен динамометр, ,общий на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - вторрй : -вариант выполнени  динамо-метра; на фиг. 4 - характеристика магнптоупругого преобразовател  с комб,и,Н1Ир01ва.нны1м сер.деч1Ш1ком; на фиг. 5, - деформационна  схема динамометра .On .fig. 1 shows a dynamometer, common in FIG. 2 - the same, cross section; in fig. 3 - the second: a variant of the dynamometer; in fig. 4 - the characteristic of a magnettoelastic converter with a comb, and, H1Ir01va.nny1m ser.dechnik; in fig. 5, - deformation scheme of the dynamometer.

Динамометр содержит монолитный корпус 1, выполненный, в виде разомкнутой окобы с опорным и лрузоп рйем ным упругими плечами 2 и 3, разделенными .между собой сквознрй прорезью 4, переход щей в цилиндрическую полость 5 диаметром d. В полости скобы между ее упругими плечами с предварительным нат го м установлен магнитоупругий преобразовательб типа пресс-дуктор с двум  взаимно перпендикул рнььми намагничивающей и измерительной обмотками.,. The dynamometer contains a monolithic body 1, made in the form of an open mantle with a supporting and a horizontal arm with elastic arms 2 and 3, separated between each through a slit 4, passing into a cylindrical cavity 5 with a diameter d. In the cavity of the bracket between its elastic shoulders with a preliminary tension, a magnetoelastic transducer of the type pressuctor is installed with two mutually perpendicular strings of magnetizing and measuring windings.,.

Устройство предварительного поджати  магнитоупругого преобразовател  состоит из упругого элемента, которым .  вл етс  разомкнута  скоба, наж/имного винта 7, ввернутого в грузоприемное плечо скобы сA device for preloading a magnetoelastic converter consists of an elastic element with which. is an open-ended clamp, push / screw 7, screwed into the load-receiving shoulder of the clamp

возможностью взаимодействи  с ее опорным плечом, и узла силопередачи, установ . ленного в цилиндрической полости скобы.. Силопередающий узел устройства пред5 варительного поджати  магнптоупругого преобразовател  выполнено в виде четы.рехзвенного п типодвижного кинематического соединени , составленного из двух вращательных одноподвижных и однойthe ability to interact with its support arm, and the power transmission unit, installed. in the cylindrical cavity of the bracket. The transmitting unit of the device for preloading the magnetto-elastic converter is made in the form of a four-star and a fixed-motion kinematic connection made up of two rotary single-moving and one

0 плоскостной трехподвижной низших последовательно соединенных кинематических пар. Одна вращательна  кинематическа  пара образована цилиндрической п той 8 магнитоупругого преобразовател  и цилиндрической поверхностью опорного плеча скобы, а ее ось вращени  совпадает с геометрической осью X аидиндрической полости скобы, IB -которой установлен преобразователь .0 plane three-movable lower serially connected kinematic pairs. One rotational kinematic pair is formed by a cylindrical heel 8 of the magnetoelastic transducer and the cylindrical surface of the support arm of the bracket, and its axis of rotation coincides with the geometric axis X of the idyndric cavity of the bracket, IB-which the transducer is installed.

0 Друга  вращательна  .кинематическа  пара образована цилиндрическими поверхност ми силопередак щих накладок 9 IK 10, примыкающих соответственно -к грузоприемному плечу скобы и «магнитоупругому0 Another rotational kinematic pair is formed by the cylindrical surfaces of the force-transfer lining 9 IK 10, adjacent respectively to the load-receiving arm of the bracket and to the "magnetoelastic

5 преобразователю, а ее ось вращени  перпендикул рна соответствующей оси первой вращательной кинематической пары (ось X) и нагрузочной оси Z преобразовател .5, and its axis of rotation is perpendicular to the corresponding axis of the first rotational kinematic pair (axis X) and the load axis Z of the converter.

Треть  плоскостна  кинематическа  пара образована силовосприниадающей плоскостью магнитоупругого преобразовател  и примыкающей плоскостью соответствующей накладки, установленной между преобразователем и верхней накладкой.The third planar kinematic pair is formed by the power-dependent plane of the magnetoelastic transducer and the adjacent plane of the corresponding lining installed between the transducer and the upper lining.

5 Грузоприемное плечо скобы снабжено силовоспринимающим шаром 11, через который на динамометр действует контролируемое усилие Р„ . Опорное плечо скобы снабжено плоской подошвой 12 и отверсти ми под фундаментные болты, при помощи которых динамометр устанавливаетс  и фиксируетс  на стойке.5 The load-receiving shoulder of the bracket is provided with a force-receiving ball 11, through which a controlled force Pn acts on the dynamometer. The support arm of the bracket is provided with a flat sole 12 and holes for the foundation bolts, by means of which the dynamometer is installed and fixed on a stand.

По первому варианту выполнени  динамометра силовоспринимающий шар и плоска  подошва расположены соосно с нагрузочной осью магнитоупругого преобразовател  (фиг. 1 и 2). В результате на преобразователь передаетс  вс  измер ема According to the first embodiment of the dynamometer, the force-receiving ball and the flat sole are aligned with the load axis of the magnetoelastic transducer (Fig. 1 and 2). As a result, all measured data is transmitted to the converter.

0 силова  нагрузка.0 power load.

По -в.тор01му варианту нагрузочные оси динамометра и магнитоупругого преобразовател  смещены друг относительно друга (фиг. 3). Благодар  тому, что нагрузочна In the second version, the load axes of the dynamometer and the magnetoelastic transducer are shifted relative to each other (Fig. 3). Thanks to the fact that the load

5 ось динамометра .проходит между матнитоупругим преобразователем -и упругим шар ниром, образованным плечами окобы, на5 axis of the dynamometer. Passes between the matine-elastic transducer and the elastic ball formed by the shoulders

преобразователь передаетс  только частьonly part of the converter is transmitted

измер емой силы. Этот вариант вьшолне0 ни  динамометра предпочтителен при контроле больших усилий, достигающих несколько сотен тонн, поскольку.в этом случае происходит смещение верхнего предела измерени  динамометра в сторону боль65 ших значений измер емой силы.measurable force. This option is best for a dynamometer when controlling large forces reaching several hundred tons, since in this case the upper limit of the measurement of the dynamometer is shifted towards higher values of the measured force.

Динамометр работает следующим образом .The dynamometer works as follows.

При помощи испытательного стенда снимают выходную характеристику магк тоупругого преобразовател  Uz f(P), где t/2- выходное напр жение измерительной обмотки; Р - усилие, сжимающее сердечник преобразовател  (фиг. 4).With the help of the test bench, the output characteristic of the magnetoelastic converter Uz f (P), where t / 2 is the output voltage of the measuring winding, is removed; P is the force compressing the transducer core (FIG. 4).

По приращени м выходного сигнала, на единицу силы определ ют линейный участок характеристики преобразовател  и соответствующий ему рабочий диапазон измер емых сил Рf,.By the increments of the output signal, the linear portion of the characteristic of the converter and the corresponding operating range of the measured forces Pf, are determined per unit force.

В начале рабочего диапазона с некоторым запасом линейности (перекрытие г.,) на характеристике выбирают точку А, по которой определ ют величину предварительного поджати  Р п преобразовател  дл  устранени  нелинейности в начальной части его характеристики и соответствующую этому поджатию величину выходного напр жени  U Затем рассчетным или экспериментальным путем определ ют необходимую величину первоначальной деформации бп упругих плеч окобы, необходИМую дл  обеспечени  требуемого предварительного поджати  РП магнитоупругого преобразовател .At the beginning of the working range with a certain margin of linearity (overlap,,) on the characteristic, choose point A, which determines the amount of preload Pp of the converter to eliminate nonlinearity in the initial part of its characteristics and the value of output voltage U corresponding to this preload or calculated experimentally determine the required value of the initial deformation bp of the elastic arms of the ocob, which is necessary to provide the required preliminary compression of the MF of the magnetoelastic wave educator

Если известна экспериментальна  характеристика & f(P) упругого элемента, которым  вл етс  скоба, то требуемую первоначальную деформацию бп упругих плеч скобы вдоль нагрузочной оси преобразовател  |Можно найти графическиМ .путем, исход  «3 необходимой величины силы предварительного поджати  Р„ магнитоупругого преобразовател  (фиг. 4).If the experimental characteristic & f (P) of the elastic element, which is a bracket, then the required initial deformation bp of the elastic arms of the bracket along the load axis of the transducer | You can find graphically M through the outcome of the "3 required amount of preload force P" of the magnetoelastic transducer (Fig. 4).

Ввертыва  в лрузоприемлое плечо 3 .нажимной винт 7 до соприкосновени  с опорным , плечом 2, осуществл ют упругую деформацию грузоприемного и опорного плеч скобы. Величина этой деформации должна несколько превосходить величину рассчетной деформации. Затем производ т установку магнитоупругого преобразовател  п силопередающих накладок в цилиндрическую полость скобы При этом суммарна  высота преобразовател  (И сйлопередающих накладок должна быть равнаScrew the screw into the shoulder-shaped shoulder 3. The clamping screw 7, in contact with the support arm 2, performs the elastic deformation of the load-receiving and support arms of the bracket. The magnitude of this strain should somewhat exceed the magnitude of the calculated strain. Then the installation of the magnetoelastic converter n of the power-transmitting plates into the cylindrical cavity of the bracket is made. At the same time, the total height of the converter (And the transmission plates should be equal to

d+8n h + hi + h2,d + 8n h + hi + h2,

где - требуема  суммарна  высота силопередающего узла;where - the required total height of the transmitting node;

d - диаметр цилиндрической полости;d is the diameter of the cylindrical cavity;

бл - рассчетна  первоначальна  реформаци  упругих плеч скобы нагрузочной оси преобразовател ;bl - design initial reformation of the elastic arms of the clamping axis of the converter;

Л - высота преобразовател  между силовоспринимающими плоскост ми;L is the height of the transducer between the force-absorbing planes;

hi - суМмарна  высота верхней и и средней сйлопередающих накладок в сборе; t Ло - высота нижней цилиндрической п ты преобразовател , измеренна  между силовоспринимающими поверхност ми. Подвижность силонередающего узла, установленного свободно в цилиндрической полости скобы, равна п ти (два линейных установочных перемещени  вдоль взаимно перпендикул рных осей X, Y и три угловых установочных перемещени  вокруг трех координатных осей X, Y т Z).hi - summarn height of the upper and and the middle lining of the lining assembly; t Lo is the height of the lower cylindrical point of the converter, measured between the force-absorbing surfaces. The mobility of the power-transmitting unit installed freely in the cylindrical cavity of the bracket is five (two linear installation movements along mutually perpendicular axes X, Y and three angular installation movements around three coordinate axes X, Y and Z).

Таким образом, оппсанное силонередаюшее кинематическое соединение ограничивает только одно линейное перемещение вдоль вертикальной оси Z, что вызывает необходимость передачи из.мер емой силы РП между звень ми вдоль оси Z.Thus, the oppressed force-transmitting kinematic connection limits only one linear movement along the vertical axis Z, which necessitates the transfer of the measured RP force between the links along the axis Z.

При вывертывании нажимного винта 7 плеч-и скобы постепенно сближаютс  между собой, а звень  силопередающего кинематического соединени  самоустанавливаютс  по всем силовоспринимающим поверхност м . После удалени  нажимного винта Л1агнитоупругий преобразователь оказываетс  сжатым рассчетным усилием РП за счет упругих деформаций плеч скобы. Измер емое усилие РП действует на динамометр через силовоспрпнпмающий щар // и через силоиередающие звень  передаетс  на сердечник магнитоупругого преобразовател , на выходе которого по вл етс  электрический- сигнал, пропорциональный величине этой С11лы.When the clamping screw 7 of the shoulders and the brackets are turned out, they gradually come closer together, and the links of the force-transmitting kinematic connection self-align along all the force-receiving surfaces. After removal of the pressure screw L1, the magnetoelastic transducer turns out to be compressed design force RP due to the elastic deformations of the arms of the bracket. The measured RP force acts on the dynamometer through a force-induced ball // and through force-reducing links is transmitted to the core of the magnetoelastic converter, at the output of which an electrical signal appears that is proportional to the value of this C11.

Данна  конструкци  силопередающего кинематического соединени  обеспечивает равномерный и посто нный характер распределени  измер емой нагрузки в механических контактах между оилопередающими звень ми при любых допускаемых значени х измер емой силы Р„.This design of the force-transmitting kinematic connection ensures a uniform and constant distribution of the measured load in the mechanical contacts between the transmission units for any permissible values of the measured force Pn.

4545

Claims (1)

1. Патент ФРГ № 1.081.251, кл. 42К 7/05, опублик. 1960.1. Patent of Germany No. 1.081.251, cl. 42K 7/05, published 1960 2 Авторское свидетельство СССР № 5iOQ56, кл, G 04 L 1/12, 12.03.74 (прототип ).2 USSR author's certificate No. 5iOQ56, cells, G 04 L 1/12, 12.03.74 (prototype). 769369769369 /-И/-AND