Изобретение относится к упругим чувствительным элементам, используемым в приборах для измерения давления, робототехнических системах, особенно работающих в условиях вибраций и силовом режиме. The invention relates to elastic sensors used in pressure measuring devices, robotic systems, especially those operating under vibration and power conditions.
Известны манометрические трубчатые пружины, имеющие различную форму поперечного сечения, постоянную по длине трубки [1] Пружины эллиптического сечения (фиг. 1, а) имеют большую чувствительность, но малую жесткость по отношению к внешним силам, кроме того, в них возникают большие напряжения. Пружины восьмеркообразного сечения (фиг. 1, б) обладают большей жесткостью и прочностью, по сравнению с плоскоовальными, но имеют малую чувствительность к действию давления. Пружины плоскоовального сечения (фиг. 1,в) имеют промежуточные свойства между эллиптическими и восьмеркообразными. Общим недостатком пружин с постоянным по длине сечением является низкая относительная жесткость (отношение перемещения конца пружины под действием давления и перемещения под действием внешних сил). Known tubular springs having a different cross-sectional shape, constant along the length of the tube [1] Elliptical springs (Fig. 1, a) have great sensitivity, but low rigidity with respect to external forces, in addition, high stresses arise in them. Springs of an eight-shaped cross-section (Fig. 1, b) have greater rigidity and strength compared to plane oval, but have little sensitivity to the action of pressure. The springs of the plane oval section (Fig. 1, c) have intermediate properties between elliptical and figure-eight. A common disadvantage of springs with a constant cross-sectional length is the low relative stiffness (the ratio of the movement of the end of the spring under pressure and displacement under the influence of external forces).
Известна также манометрическая трубчатая пружина переменного сечения, изготавливаемая в виде конической трубки с переменной уменьшающейся от основания к свободному концу толщиной стенки [2] Недостатком такой конструкции является малая чувствительность и большие напряжения. Also known is a manometric tubular spring of variable cross section, made in the form of a conical tube with a variable wall thickness decreasing from the base to the free end [2] The disadvantage of this design is its low sensitivity and high stresses.
Целью изобретения является повышение чувствительности, относительной жесткости и прочности трубчатых пружин. The aim of the invention is to increase the sensitivity, relative stiffness and strength of tubular springs.
Поставленная цель достигается тем, что пружина выполняется с переменным по длине сечением, плавно изменяющимся от эллиптического на свободном конце к восьмеркообразному на закрепленном. This goal is achieved in that the spring is made with a variable cross-sectional length, smoothly changing from elliptical at the free end to eight-shaped on the fixed.
На фиг. 2 показан общий вид манометрической трубчатой пружины. In FIG. 2 shows a general view of a gauge tubular spring.
Сечение свободного конца пружины выполняется в форме эллипса, при приближении к свободному концу каждое последующее сечение имеет отношение малой полуоси b к радиусу r закругления b/r, большее, чем предыдущее, причем на свободном конце b/r<1, а на закрепленном b/r>1, таким образом сечение плавно переходит в плоскоовальное, а затем в восьмеркообразное. The section of the free end of the spring is made in the form of an ellipse, when approaching the free end, each subsequent section has a ratio of the minor axis b to the radius r of curvature b / r, larger than the previous one, and at the free end b / r <1, and on the fixed b / r> 1, so the cross section smoothly passes into a plane oval, and then into a figure-eight.
Поскольку наибольшие напряжения от внешних сил возникают на закрепленном конце, а на свободном они равны нулю, в трубке такой конструкции они будут распределяться более равномерно по длине сечения. Кроме того, переменная по длине жесткость, увеличивающаяся от свободного конца к основанию, приводит к увеличению общей жесткости трубки к действию внешних сил, а следовательно, и относительной жесткости. Конструкция является достаточно технологичной, так как может быть изготовлена из круглой цилиндрической трубки-заготовки. Since the greatest stresses from external forces arise at the fixed end, and at the free end they are equal to zero, in a tube of this design they will be distributed more evenly along the length of the section. In addition, a stiffness variable in length, increasing from the free end to the base, leads to an increase in the total stiffness of the tube to the action of external forces, and, consequently, to relative stiffness. The design is quite technologically advanced, as it can be made of a round cylindrical billet tube.
