RU1818552C

RU1818552C - Load metering transducer

Info

Publication number: RU1818552C
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Викторович Климов; Сергей Владимирович Кравченко; Владимир Александрович Тихонов; Николай Геннадьевич Яковлев
Original assignee: Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1993-05-30

Abstract

Использование: метрологи , виброиспытани , системы управлени колебани ми механических .объектов, робототехника. Сущность изобретени : преобразователь содержит установленные между фланцами 1 и 2 датчик давлени 5 и упругий элемент 3, состо щий-из набора соединенных между собой чередующихс жестких армирующих 6 и упругих 7 слоев. Датчик давлени 5 установлен в полости 4 упругого элемента 3, заполненной рабочей средой. В одном из фланцев выполнено заливное отверстие 8, герметично закрытое резьбовой пробкой 9. 1 ил.Usage: metrologists, vibration tests, vibration control systems for mechanical objects, robotics. SUMMARY OF THE INVENTION: The transducer comprises a pressure sensor 5 and an elastic element 3 mounted between flanges 1 and 2 and consisting of a set of interconnected alternating rigid reinforcing 6 and elastic 7 layers. A pressure sensor 5 is installed in the cavity 4 of the elastic element 3 filled with the working medium. In one of the flanges there is a filler hole 8, hermetically sealed with a screw plug 9. 1 ill.

Description

Предлагаемое устройство относитс к машиностроению и может быть использовано в метрологии, виброиспытани х, системах управлени колебани ми механических объектов, робототехнике и т.д.The proposed device relates to mechanical engineering and can be used in metrology, vibration testing, vibration control systems for mechanical objects, robotics, etc.

Цель изобретени - повышение точности .The purpose of the invention is to improve accuracy.

На чертеже представлена схема за вленного силоизмерительного преобразовател .The drawing shows a diagram of the inventive load transducer.

Устройство состоит из следующих основных элементов: 1 и 2 - верхний и нижний фланцы, 3 - упругий элемент, 4 - полость заполненна рабочей средой, 5 - датчик давлени , 6 и 7 - жесткие армирующие и упругие слои, 8 - заливное отверстие с пробкой 9, датчик давлени 5 св зан с измерительным устройством 10 кабелем 11.The device consists of the following main elements: 1 and 2 - upper and lower flanges, 3 - an elastic element, 4 - a cavity filled with a working medium, 5 - a pressure sensor, 6 and 7 - rigid reinforcing and elastic layers, 8 - a filler hole with a plug 9 , a pressure sensor 5 is connected to the measuring device 10 by a cable 11.

Силоизмерительный преобразователь содержит два фланца 1 и 2, причем в одном из фланцев, например в 1, имеетс заливное отверстие 8, которое герметично закрываетс резьбовой пробкой 9. Фланцы 1 и 2 герметично св заны с набором чередующихс жестких армирующих 6-и упругих слоев 7, образующим в упругом элементе 3 силоизмерительного преобразовател внутреннюю полость 4, заполненную рабочей средой.The force transducer contains two flanges 1 and 2, and in one of the flanges, for example, in 1, there is a filler hole 8, which is hermetically closed by a threaded plug 9. Flanges 1 and 2 are hermetically connected to a set of alternating rigid reinforcing 6 elastic layers 7, forming an internal cavity 4 filled with the working medium in the elastic element 3 of the force transducer.

Датчик давлени 5 устанавливаетс в полости упругого элемента 5, заполненной рабочей средой, и крепитс к одному из фланцев, например, второму.A pressure sensor 5 is installed in the cavity of the elastic element 5 filled with the working medium and is attached to one of the flanges, for example, the second.

В качестве рабочей среды может быть использована в зка , несжимаема , неэ- пектропроводна и немагнитопроаодна жидкость (например, глицерин или мэсло).As a working medium, a viscous, incompressible, non-conductive, and non-magnetically liquid (for example, glycerin or meslo) can be used.

Жесткие армирующие слои 6 могут быть выполнены металлическими (сталь, латунь, титан и др,) или из композиционных материалов , например, на основе синтетических и натуральных тканей или на основе графитовых волокон и эпоксидных смол. В сечении жесткие армирующие и упругие слои имеют форму пр моугольников. Оптимальные толщины Ьд жестких армирующих слоев наход тс в диапазонеRigid reinforcing layers 6 can be made of metal (steel, brass, titanium, etc.) or of composite materials, for example, based on synthetic and natural fabrics or based on graphite fibers and epoxies. In cross section, the rigid reinforcing and elastic layers have the shape of rectangles. The optimal thicknesses Lb of the hard reinforcing layers are in the range

hA(0,,1)D,hA (0,, 1) D,

где D - внешний диаметр упругого элемента .where D is the outer diameter of the elastic element.

Упругие слои 7 св заны с жесткими армирующими сло ми 6 и фланцами 1, 2, например склеиванием, и могут быть выполнены на основе высокомолекул рных соединений обладающих определенными эластичными свойствами, например, специальной резины или термоэластопластов с модулем сдвига G материала упругих слоевThe elastic layers 7 are connected with rigid reinforcing layers 6 and flanges 1, 2, for example by gluing, and can be made on the basis of high molecular weight compounds with certain elastic properties, for example, special rubber or thermoplastic elastomers with a shear modulus G of the material of the elastic layers

и модулем объемного сжати К в следующих диапазонах:and volume compression module K in the following ranges:

,1...2,3 МПа, К-0,6...4,9 ГПа. Упругие материалы с указанными характеристиками вл ютс слабосжимаемыми, так как их коэффициент Пуассона близок к 0,5 и свойство сжимаемости, определ ющее высокую несущую способность силоизмерительного преобразовател , про вл етс , 1 ... 2.3 MPa, K-0.6 ... 4.9 GPa. Elastic materials with the indicated characteristics are weakly compressible, since their Poisson's ratio is close to 0.5 and the compressibility property, which determines the high bearing capacity of the force transducer, is manifested

только при сжатии тонких слоев. Свойство сжимаемости про вл емое эластичными материалами при сжатии тонких слоев, состоит в том, что их нормальна жесткость существенно возрастает (на 2-4 пор дка),only when compressing thin layers. The compressibility property manifested by elastic materials during the compression of thin layers is that their normal stiffness increases significantly (by 2–4 orders of magnitude),

так как начинает определ тьс величиной модул объемного сжати К, который, в свою очередь, на 2...4 пор дка превосходит модуль сдвига G. При этом сдвигова жесткость эластомерного сло по-прежнемуsince it begins to be determined by the value of the bulk modulus K, which, in turn, is 2 ... 4 orders of magnitude greater than the shear modulus G. Moreover, the shear stiffness of the elastomeric layer is still

определ етс величиной модул сдвига G. Степень тонкослойное™ упругих слоев определ етс величиной параметра тонко- слойностиis determined by the shear modulus G. The degree of thin-layer ™ of elastic layers is determined by the value of the thin-layer parameter

,09-10 2,,.5, ,, 09-10 2 ,,. 5,,

где , где hy-толщина упругих слоев, B(D-d)/2 - ширина колец.where, where is the hy-thickness of the elastic layers, B (D-d) / 2 is the width of the rings.

Относительна высота набора чередую- щихс жестких армирующих и упругих слоев ограничена соотношением;The relative height of the set of alternating rigid reinforcing and elastic layers is limited by the ratio;

,03.,.0,73,. 03... 0,73,

где Н- высота набора, О- внешний диаметр упругого элемента 3, а отношение толщин единичных жестких армирующих Ьд и упру- гих hy слоев равноwhere H is the height of the set, O is the outer diameter of the elastic element 3, and the ratio of the thicknesses of the unitary hard reinforcing bd and elastic hy layers is

hA/hy 0,06...19,8hA / hy 0.06 ... 19.8

Относительный размер внутреннего отверсти ограничен соотношениемThe relative size of the inner hole is limited by the ratio

d/D-0,45...0,95d / D-0.45 ... 0.95

Силоизмерительный преобразователь работает следующим образом.Force transducer operates as follows.

Через заливное отверстие 8 полость 4Through the filler hole 8 cavity 4

полностью заливают несжимаемой рабочей средой. Затем отверстие 8 герметично закрывают пробкой 9 и нагружают статической силой, например, устанавливают фланец 1 под опору т желого виброактивного объекта. Пространственный вектор сил, приложенный к верхнему фланцу 1, через упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихс жестких армирующих б и упругихcompletely fill with incompressible working medium. Then, the hole 8 is hermetically closed with a stopper 9 and loaded with static force, for example, a flange 1 is installed under the support of a heavy vibroactive object. The spatial vector of forces applied to the upper flange 1 through an elastic element 3 made in the form of a set of interconnected alternating rigid reinforcing b and elastic

слоев, 7 и через рабочую среду, заполн ющую полость 4, передаетс на нижний фланец 2, на котором установлен датчик давлени 5 св занный кабелем 11с измерительным устройством 10. При передаче силы на нижний фланец 2 происходит эффективное выделение силы одного направлени (по оси датчика), так как осева жесткость (по оси z) упругого элемента 3 во много раз больше его поперечной жесткости (по ос м х, у), а модуль упругости рабочей среды в полости 4 во много раз больше ее модул сдвигав Таким образом, упругий элемент 3, выполненный в виде набора соединенных между собой чередующихс жестких армирующих и упругих слоев, с полостью 4, заполненной рабочей средой, позвол ет эффективно выделить силу только одного направлени - по оси датчика z, котора через рабочую среду передаетс на чувствительный элемент датчика давлени 5. Давление в рабочей среде, пропорциональное измер емой силе, воздейству на чувствительный элемент датчика давлени порождает электрический сигнал, который через кабель 11 передаетс на измерительный прибор 10,layers, 7 and through the working medium filling the cavity 4, is transferred to the lower flange 2, on which the pressure sensor 5 is connected, connected by a cable 11 to the measuring device 10. When transmitting force to the lower flange 2, one-direction force is effectively released (along the axis of the sensor ), since the axial stiffness (along the z axis) of the elastic element 3 is many times greater than its transverse stiffness (along the x, y axes), and the modulus of elasticity of the working medium in the cavity 4 is many times greater than its modulus, thus, the elastic element 3, made in the form of a set of compounds interconnected alternating rigid reinforcing and elastic layers, with a cavity 4 filled with a working medium, it is possible to efficiently isolate the force of only one direction - along the axis of the sensor z, which is transmitted through the working medium to the sensing element of the pressure sensor 5. The pressure in the working medium is proportional measured force, acting on the sensor element of the pressure sensor generates an electrical signal, which is transmitted through cable 11 to the measuring device 10,

Запптнение полости 4 рабочей жидкостью по. ,ол ет увеличить демпфирование в конструкции, что уменьшает вли ние высокочастотных волновых резонансов в упругом элементе 3.Sealing cavity 4 with a working fluid. It increases the damping in the structure, which reduces the influence of high-frequency wave resonances in the elastic element 3.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A force transducer comprising a pressure sensor installed between flanges and an elastic element made in the form of a set of interconnected alternating rigid arm

layers and elastic layers, characterized in that, in order to increase the bearing capacity and increase accuracy by eliminating the influence of unmeasured loads, a cavity is made in the elastic element, in which a pressure sensor is placed, filled with a working medium, and the ratio of unit thicknesses hard reinforcing and elastic layers are selected from the ratio

hA / hy 0.06-19.8,

where bd is the thickness of the hard reinforcing layers;

hy is the thickness of the elastic layers, the relative height of the set of these layers is selected from the ratio

twenty

, 03-0.73,

where H is the height of the set;

D is the outer diameter of the elastic element,

and the thin layer parameter of the elastic layers of the element is selected from the condition

v2

09-10-5,0.10 where Ј hy / B;

B (D-d) / 2 - the width of the rings;

D and d are the outer and inner diameters of the elastic element,

moreover, the shear modulus of the material of the elastic layers of the element is 1-2.3 MPa, and the bulk modulus is 6-4.9 GPa.