DE3336542A1

DE3336542A1 - Einrichtung zur messung von kraeften und momenten an einem rotierenden laeufer

Info

Publication number: DE3336542A1
Application number: DE3336542A
Authority: DE
Inventors: Aleksei Borisovi&ccaron; Moskau/Moskva Belosljudov; Anatolij Vladimirovi&ccaron; Dmitrov Moskovskoi Knoroz
Original assignee: MO GIDROMELIORATIVNYJ I
Current assignee: MO GIDROMELIORATIVNYJ I
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1985-04-25

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Erprobung und Untersuchung von Transportmitteln und betrifft insbesondere Einrichtungen zur Messung von Kräften und AIomenten, die an einem rotierenden Läufer und anderen Laufteilen, vorwiegend an den Rädern von Transportmitteln (Fahrrädern, Motorrädern, Kraftfahrzeugen, Traktoren usw.) angreifen.

Bekannte dynamometrische Einrichtungen (Naben, Räder, Zapfen) werden bedingt nach der Anzahl von zu messenden Parametern und dem Verfahren der Messeranordnung eingeteilt.

Dynamometrische Einrichtungen mit der Anordnung der Messer an feststehenden Teilen gewährleisten die Messung von höchstens fünf Kraftparametern (von drei Kräften und zwei Momenten), und die Verwendung dieser dynamometrischen Einrichtungen wird durch die Notwendigkeit begrenzt, die Konstruktion des Transportmittels in Richtung einer Vergrößerung von Abmessungen und Gewicht und die Steifigkeit der Räderbaugruppen zu verändern, wobei infolgedessen unerwünschte Veränderungen der Frequenzkennlinien der Aufhängungen der zu untersuchenden Transportmittel auftreten. Dynamometrische Einrichtungen mit der Anordnung der Messer an beweglichen Teilen (US-PS Nr. 3771359, KL. 73-141A G Ol L 1/22) gewährleisten die Messung von sechs Kraft Parametern (drei. Kräften und drei Momenten), wobei jedoch bei ihrem Einsatz Sondereinrichtungen (Stromabnehmer, Telemetrieanlagen) verwendet werden müssen, welche die Genauigkeit der gewonnenen Information herabsetzen.

.Es ist eine dynamometrische Einrichtung (GB-PS Nr. . 1294615, Kl. IPG G Ol L 1/22) bekannt, bei der vier elastische Elemente vorgesehen sind, die im Raum mit einem Abstand so angeordnet sind, daß die elastischen Elemente vorwiegend auf Biegung beansprucht werden, sowie eine kraftaufnehmende Platte und eine Membran vorhanden sind. Jedoch ist es wegen der räumlichen Anordnung der elastischen Elemente un-

so

möglich, die Einrichtungv ge drängt zu .bauen, daß sie in der Räderbaugruppe untergebracht werden könnte. Im Zusammenhang damit, daß die elastischen Elemente auf. Biegung beansprucht

werden, besitzt die Einrichtung eine niedrige Steifigkeit und folglich eine niedrige Resonanzfrequenz, die den Frequenzbereich der zu erforschenden Prozesse der Zusammenwirkung der Transportm.ittelrader mit den Auflageflächen begrenzen. ■5 Als Folge davon, daß die Membran und die kr aft aufnehmende Platte ein geschlossenes Kraftsystem, bilden, bietet diese Einrichtung keine Möglichkeit, in der Ebene der Membran wirkende Kräfte zu. messen, und ist hauptsächlich für die Messung von Kräften bestimmt, welche nur in einem Punkt der kraftaufnehmenden Platte angelegt werden.

Bekannt ist weiterhin eine Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem, rotierenden Läufer (UdSSR-Patentschrift Nr. 541448 KL. G Ol M 17/00 zur· DE-Anmeldung Nr. P.21040035.9) mit feststehenden Gehäusen, in einem von

I^ denen mittels Lagern eine Drehlagerung angeordnet ist, die für die Befestigung eines Rades an der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer bestimmt ist, während das andere Gehäuse als Element zur Befestigung am Transportmittel dient, und die besagten Gehäuse mittels elastischen Elementen mit an diesen befestigten Dehnungsmeßstreifen zur Messung von Kräften und Momenten untereinander verbunden sind. Gleichfalls enthält die Einrichtung ein System zur Fernmessung von Anzeigen der Dehnungsmeßstreifen.

Bei dieser Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer führt jedoch das Vorhandensein von vergrößerten steifen zylindrischen Teilen wegen ihrer konzentrischen Anordnung zu einem hohen Me tall auf wand, vergrösserten Abmessungen und folglich zu einem erheblichen Gewicht der Meßvorrichtung, welches Fehler bei der Messung von dynamischen Prozessen der Zusammenwirkung der Transportmittelräder mit der Auflagefläche vergrößert.

Außerdem stellt die Konstruktion der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden. Läufer erhöhte Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit der elastischen Elemente, und die Orientierung der Dehnungsmeßstreifen an den elastischen Elementen, was ihre Fertigung

komplizierter macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, eine Einrlch-

tung zur Messung von am Läufer eines Transportmittels angreifenden Kräften und Momenten mit einem solchen elastischen Element zu schaffen, das es gestatten würde, die Masse und Abmessungen von Gehäuse und Befestigungselementen zu verringern, so daß diese die Masse und Abmessungen der zu untersuchenden Raderbaugruppen kaum erhöhen und dadurch die Sicherheit der Messung von Kräften und Momenten zu erhöhen, welche an der Räderbaugruppe dynamisch angreifen.

IQ Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der .Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer für Transportmittel, enthaltend ein feststehendes Gehäuse, an dem mittels Lagern eine Nabe angebracht ist, mindestens ein Element zur Befestigung am Transportmittel, ein elastisches Element mit Dehnungsmeßstreifen und ein System zur Fernmessung der Anzeigen der Dehnungsmeßstreifen, erfindungsgemäß das elastische Element

_ . ,.-, -Γ,-,-,-,-j einstückig ... „ , .. in Form eines hohlen Parallelepipeds Tilt dem Gehäuse und dem Element zur Befestigung am Transportmittel ausgeführt ist.

Zur Senkung des Arbeitsaufwandes bei der Herstellung des elastischen Elementes einstückig mit dem Gehäuse und dem Element zur Befestigung am Transportmittel ist es zweck- ■ mäßig, daß in der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer erfindungsgemäß das elastische Element in Form eines hohlen Parallelepipeds ausgebildet ist, zwischen dessen benachbarten Wänden Spalte ausgeführt sind.

Mit dem Zweck, die Steifigkeit des elastischen üleiuen-JO tes zu erhöhen und folglich den Frequenzbereich der Untersuchung der Zusammenwirkung der Räder von 'Transportmaschinen mit den Auflageflächen zu erweitern, besitzt das elastische Element eine Länge entlang der Drehachse des Läufers, die höchstens gleich dem haibei Abstand zwischen den gegenüberliegenden Fänden α es Parallelepipeds ist.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Einrichtung gestattet es, die Masse und Abmessungen der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer zu ~~"

verringern und folglich die Sicherheit der Messung von dyriamischen Prozessen der Zusammenwirkung der Transportinittelräder mit den Auflage flächen zu erhöhen. Gleichzeitig

wird die Fertigung vereinfacht us-ä ^der Her-

steilungsaufwand der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer vermindert.

Diese und andere Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen näher erläutert; . es zeigt:

Pig. 1 die Konstruktion einer Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten, die an einem Läufer angreifen (Längsschnitt), gemäß der Erfindung; Pig. 2 ein elastisches Element (Querschnitt), gemäß der Erfindung;

Pi^. 3 eine- A us führ ungs Variante des elastischen Elementes (Querschnitt), gemäß der Erfindung;

Pig. 4 dasselbe wie in Pig. 3 (axonometrische Projektion), ■ gemäß der Erfindung;

Pig. 5 das elektrische Punkt ionsschaltbild des Systems der Pernmessung der Anzeigen von Dehnungsmeßstreifen, gemäß der Erfindung. . .

Die Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer enthält ein Gehäuse 1, das aus Stahl mit hohen elastischen Eigenschaften gefertigt ist. Das Gehäuse 1 ist mit einem elastischen Element 2, das als hohles Parallelepiped ausgebildet ist, und einem Element 3 zur Befestigung an der Aufhängung 4 eines (in Pig. I nicht gezeigten) Transportmittels verbunden. Hierbei sind das Gehäuse 1, jQ das elastische Element 2 und das Element 3 zur Befestigung am Transportmittel einstückig ausgeführt, wodurch es möglich wird, die Masse und Abmessungen der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer im ganzen zu verringern. Am feststehenden Gehäuse 1 ist mittels Lagern 5 eine Nabe 6 angebracht, die für die Befestigung eines Rades 7 des Transportmittels mit Hilfe von Schraubenbolzen 8

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bestimmt ist. An der Habe 6 wird auch eine Bremsscheibe 9 des Rades befestigt. Die Räderbaugruppe mit der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer enthält auch eine Mutter 10 zur Fixierung und Regelung der Lager"5 am Gehäuse 1. Zum Schutz der Lager 5 gegen das umgebende Medium dienen eine Stopfbuchse 11 und eine Schutzkappe 12.

In Fig. 2 ist das elastische Element 2 (im Querschnitt) dargestellt, dae in Form eines hohlen Parallelepipeds aus^ebildet ist, an dessen Wänden Dehnungsmeßstreifen 13 befestigt sind.

In den Figuren 3,4 ist eine AusfuhrungsVariante des elastischen Elementes 2 (Querschnitt bzw. axonometrische Projektion ) in Form eines hohlen Parallelepipeds dargejc stellt,.bei welchem zwischen benachbarten Wänden

Spalte 14 ausgeführt sind, was es gestattet, die Fertigung des einstückigen

Teils aus dem Gehäuse 1, dem elastischen Element 2 und dem Element 3 zur Befestigung am Transportmittel zu vereinfachen.

Zur Erhöhung der Steifigkeit des elastischen Elementes 2 und folglich zur Erweiterung des Frequenzbereiches der Untersuchung der Zusammenwirkung der Räder von Transportmaschinen mit den Auflageflächen besitzt dabei das elastische ELement 2 in Axialrichtung eine Länge "a"

(Fig. 4) nicht größer als eine Hälfte des Abstandes "b" zwischen gegenüberliegenden Wänden desselben.

In Fig. 5 ist das Blockschaltbild des Systems zur Fern-3Q messung der Anzeigender Dehnungsmeßstreifen dargestellt, das eine Einheit I5 aus den Dehnungsmeßstreifen 13 enthält, welche am elastischen Element 2 angebracht und je vier zu te 11-sometrischen Meßbrücken elektrisch geschaltet sind. Die Ausgänge 16 jeder tensometTischen Meßbrücke sind mit Hilfe eines J5 vieladrigen Kabels an die Eingänge von'entsprechenden tensometrisohen Verstärkern 17 angeschlossen, die zu einer Einheit 18 vereinigt sind. Die Ausgänge der Verstärker 17, welche gleiche Verstärkungskoeffizienten haben, sind mit einer.

Graduier lings θ inlie it 19 verbunden, die zur Abstimmung der Ausgänge der Verstärker 17 auf die .Graau ie rungs anzeigen der Einrichtung zur Messung von am Läufer angreifenden Kräften und Momenten bestimmt ist.

Von den Ausgängen der Graduierungseinheit 19 gelangen die Signale zu einer (in Fig. 5 nicht gezeigten) Meß- und Registrierapparatur in Form, von Spannungen, die den zu messenden Parametern proportional sind.

Die geschilderte Einrichtung zur Messung von Kräften

^q und Momenten an einem rotierenden Läufer arbeitet folgenderweise. Kräfte und Momentevder Zusammen«irkung des Rades 7 mit der Auflagefläche greifen am Rad 7 an und werden weiter über die Habe " 6 und die Lager 5 auf das feststehende Gehäuse 1 und dann auf das elastische Element 2 übertragen. Im Material des elastischen Elementes 2 entsteht ein komplizierter Spannungszustand, der von den Dehnungsmeßstreifen 15 gemessen wird, welche in^vßichtungen der Spannungen in den Wänden des elastischen Elementes 2 orientiert sind.

Signale von den tens ome tr is ehe η Brücken (Fig. 5) werden in die Einheit 18 der tensometrischen Verstärker 17 und weiter in die Graduierungseinheit 19 geleitet. Die tensometrischen Verstärker 17 verstärken die Signale bis auf die erforderlichen Pegel, wobei alle tensometrischen Verstärker 17 zwecks Erhöhung der Zuverlässigkeit und Austauschbarkeit ' gleiche Verstärkungskoeffizienten besitzen. In der Graduierungseinheit 19 werden die verstärkten Signale mit den erforderlichen Größen der den zu messenden Kräften und Momenten proportionalen Ausgangssignale in Übereinstimmung gebracht.

Die Anwendung der Graduierungseinheit gestattet es, den Prozeß der Einstellung, Graduierung und Prüfung der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer zu vereinfachen.

Dia Verwendung der Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer mit dem elastischen Element in Gestalt eines hohlen Parallelepipeds einstückig mit dem Gehäuse und dem Element zur Befestigung am Transportmittel als einheitliches Teil erlaubt es, die Sicherheit der

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Messung von dynamischen Prozessen der Zusaimnenwirkung der Räder von Transportmaschinen mit den Auflageflächen zu erhöhen. Die Steigerung der Sicherheit wird dadurch gewährleistet, daß die Masse einer serienmäßigen Räderbaugruppe und die Masse einer Räderbaugruppe mit der an dieser angebauten Einrichtung zur Messung von Kräften und Momenten praktisch vergleichbar sind. Der geringe Metallaufwand und die einfache Fertigung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung zur Messung von Kräften und ivlomen-"ten an einem rotierenden Läufer setzen den Preis derselben herab und ermöglichen es, sie in spezielle Transportmaschiner einzubauen, wo kontinuierliche Messungen der Reaktionen an den Rädern für Transportsysteme der automatischen Steuerung und Regelung erforderlich sind.

Claims

Moskovsky Gidromeliorativny Institut

EINRICHTUNG ZUR MBSSUITG VON KRÄFTEN UND MOMENTEN AN EINSM ROTIBKSNDEN LÄUFER

Pat ent ans prüche . ■ _;-._;.; : ·.

/ l/Einrichtung zur Messung ,von. Kräften und Momenten an einem rotierenden Läufer für Transportmittel, enthaltend ein feststellendes Gehäuse (1), an dem mittels Lagern (5) eine 'Nabe (6) angebracht ist, mindestens ein.Element (3) zur Befestigung am Transportmittel, ein elastisches Element (2) mit Dehnungsmeßstreifen (13) und ein System zur Fernmessung der Inzeigen der Dehnungsmeßstreifen (13) j dadurch gekennzeichnet, daß· das elastische Element (2) in Form eines hohlen Parallelepipeds ausgebildet

sowie einstückig mit deia Gehäuse

(I) und dem Element (3) zur Befestigung am Transportmittel ausgeführt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennze ichnet, daß

zwischen den benachbarten Wänden des Parallelepipeds Spalte (14) ausgeführt sind.

3· Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß GQPV \ -die Länge (a) des Parallelepipeds " "- ~~""

entlang der Drehachse der Nabe (6) höchstens der Hälfte des Abstandes (b) zwischen gegenüberliegenden Wänden entspricht.

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