RU2155942C2 - Device measuring contact force - Google Patents
Device measuring contact force Download PDFInfo
- Publication number
- RU2155942C2 RU2155942C2 RU98115832A RU98115832A RU2155942C2 RU 2155942 C2 RU2155942 C2 RU 2155942C2 RU 98115832 A RU98115832 A RU 98115832A RU 98115832 A RU98115832 A RU 98115832A RU 2155942 C2 RU2155942 C2 RU 2155942C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical supports
- measuring
- friction
- gasket
- friction sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения контактных усилий между соприкасающимися поверхностями тел (деталей конструкций). The invention relates to techniques for measuring contact forces between the contacting surfaces of bodies (structural details).
Известен способ оценки распределения контактных напряжений (по авт.св. СССР N 249025, М.кл. G 01 L 1/24), заключающийся в том, что между соприкасающимися поверхностями размещают пластичную пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил и по картине полос судят о распределении контактных напряжений. There is a method of evaluating the distribution of contact stresses (according to ed. St. USSR N 249025, Mcl G 01 L 1/24), which consists in the fact that between the contacting surfaces is placed a plastic film of optically sensitive material, which is then transmitted through polarized light in the direction of action of the contact forces and the pattern of the strips judge the distribution of contact stresses.
Недостатками этого способа являются необходимость применения сложного поляризационно-оптического оборудования для просвечивания пленки, необходимость "замораживания" деформированной пленки (во избежание исчезновения следов деформации от сжатия) и невысокую точность определения контактных напряжений (менее 18. ..20% при значительных величинах контактных напряжений 300 МПа), при этом деформация пленки в центральной зоне контакта затруднена из-за всестороннего сжатия, что ограничивает возможности применения способа. The disadvantages of this method are the need to use sophisticated polarizing-optical equipment for translucency of the film, the need to “freeze” the deformed film (to avoid the disappearance of traces of deformation from compression) and the low accuracy of determining contact stresses (less than 18. ..20% with significant contact stresses of 300 MPa), while the deformation of the film in the central contact zone is difficult due to all-round compression, which limits the application of the method.
Известно также устройство для измерения контактных усилий (по авт.св. СССР N 546796, М.кл. G 01 L 1/22), состоящее из корпуса с пазом, в котором установлен упругий элемент из отдельных звеньев в виде стержней, соединенных стяжкой в пакет, при этом на каждом звене укреплен тензодатчик и со стержнями, установленными в пазу, контактирует исследуемое тело качения (6). Под действием контактных усилий стержни в пазу деформируются, а сигналы тензодатчиков (8) через боковые элементы (3) передаются и регистрируются измерительной схемой. It is also known a device for measuring contact forces (according to ed. St. USSR N 546796, M.cl. G 01 L 1/22), consisting of a housing with a groove in which an elastic element is installed from individual links in the form of rods connected by a coupler in a package, at the same time, a strain gauge is attached to each link and the tested rolling body is in contact with rods installed in the groove (6). Under the action of contact forces, the rods in the groove are deformed, and the signals of the strain gauges (8) through the side elements (3) are transmitted and recorded by the measuring circuit.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, низкая точность измерения, обусловленная невысокой чувствительностью тензодатчиков, причем применяются они при относительно высоких контактных усилиях. Погрешность измерения они дают порядка 5...20%. The disadvantage of this device is the design complexity, low measurement accuracy due to the low sensitivity of the load cells, and they are used with relatively high contact forces. They give a measurement error of the order of 5 ... 20%.
Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение точности измерения контактных усилий и упрощение конструкции. The problem solved by the proposed device is to increase the accuracy of the measurement of contact forces and simplify the design.
Эта задача решается тем, что устройство для измерения контактных усилий между прямоугольной штамповой плитой и цилиндрическими опорами под ней с помощью установленного между ними датчика выполнено так, что оно содержит силоизмерительное устройство и установленную под цилиндрическими опорами аналогичную штамповую плиту, при этом цилиндрические опоры расположены по периферии плоскостей плит в виде замкнутого прямоугольного контура, датчик размещен между верхней плитой и цилиндрическими опорами и выполнен в виде датчика трения, встроенного в трехслойную металлическую прокладку, верхний и нижний слой которой выполнены цельными и размещены по всему прямоугольному контуру, а средний слой состоит из двух частей: П-образной, охватывающей три стороны прямоугольного контура, и прямоугольной части, выполненной в виде мерной линейки с делениями, имеющей возможность продольного перемещения в разгруженном от верхней плиты состоянии, причем мерная линейка состоит из двух полос с просветом между соединяемыми торцами для установки датчика трения, полосы мерной линейки уширены для нанесения делений и жестко соединены между собой двумя пластинками сверху и снизу со стороны наружного края прокладки, а датчик трения расположен в зазоре между двумя дополнительными крепежными пластинками, имеет толщину, равную толщине среднего слоя прокладки, и соединен тягой с силоизмерительным устройством, причем диаметр dоп цилиндрической опоры выбирают в диапазоне dоп = (0,01...0,04)•a, где a - размер исследуемой стороны штамповой плиты, при этом ширину Bпр прокладки выбирают в диапазоне Bпр = (1...2)•dоп, толщину tсл слоев прокладки в диапазоне tсл = (0,01...0,10)•dоп, где dоп - диаметр цилиндрических опор, причем датчик трения, верхний, средний и нижний слой металлической прокладки изготовлены из стали с чистотой обработки всех контактирующих поверхностей в зоне скольжения датчика трения по 9. ..10 классу чистоты и соответствием толщины t датчика трения, мерной линейки и трех слоев прокладки в пределах допуска от номинальной толщины tном
(tном+0,005•tном) > t > (tном-0,005•tном).This problem is solved in that the device for measuring the contact forces between the rectangular die plate and the cylindrical supports under it with the help of a sensor installed between them is made so that it contains a force measuring device and a similar die plate installed under the cylindrical supports, while the cylindrical supports are located on the periphery planes of plates in the form of a closed rectangular contour, the sensor is placed between the upper plate and cylindrical supports and is made in the form of a friction sensor, built-in a three-layer metal gasket, the upper and lower layers of which are made integral and placed along the entire rectangular contour, and the middle layer consists of two parts: U-shaped, covering the three sides of the rectangular contour, and the rectangular part, made in the form of a dimensional ruler with divisions, with the possibility of longitudinal movement in the state unloaded from the top plate, and the measuring ruler consists of two strips with a gap between the connected ends to install the friction sensor, the strips of the measuring ruler are widened for For the application of divisions, they are rigidly interconnected by two plates at the top and bottom from the side of the outer edge of the gasket, and the friction sensor is located in the gap between two additional mounting plates, has a thickness equal to the thickness of the middle layer of the gasket, and is connected by a thrust to the force measuring device, with diameter d op of the cylindrical support is chosen in the range of d op = (0.01 ... 0.04) • a, where a is the size of the side of the stamp plate being studied, while the width B pr of the gasket is chosen in the range of B pr = (1 ... 2 ) • d op, a thickness t cl gasket layers in di pazone t cl = (0,01 ... 0,10) • d op, op where d - diameter of the cylindrical columns, wherein the friction sensor, the upper, middle and lower layer metal gasket is made of steel with a purity of processing all the contact surfaces in the zone slip of the friction sensor according to 9. ..10 cleanliness class and compliance with the thickness t of the friction sensor, measuring ruler and three layers of gaskets within the tolerance of the nominal thickness t nom
(t nom + 0.005 • t nom )>t> (t nom -0.005 • t nom ).
При dоп < 0,01•a полоса контактных усилий вдоль образующей цилиндрических опор будет чрезмерно узкой, а при dоп > 0,04•a - чрезмерно широкой. В итоге возникнут существенные искажения результатов измерений: в первом случае из-за повышенных контактных усилий и чрезмерной деформируемости контактных поверхностей, плиты, цилиндрических опор и слоев прокладок, во втором случае - из-за чрезмерно малых контактных усилий на единицу площади (или длины контура).When d op <0,01 • a, the contact force along the generatrix of the cylindrical supports will be excessively narrow, and when d op > 0,04 • a - excessively wide. As a result, there will be significant distortions of the measurement results: in the first case due to increased contact forces and excessive deformability of the contact surfaces, plates, cylindrical supports and layers of gaskets, in the second case due to excessively small contact forces per unit area (or contour length) .
При ширине прокладок Bпр < 1•dоп будет неудобным (непрактичным) монтаж (укладка) прокладки по цилиндрическим опорам, будет трудно центрировать прокладку. Кроме того, прочность слоев прокладки при многократном использовании может быть недостаточной. Ширина прокладок Bпр > 2•dоп - будет неоправдана из-за большого расхода материала и неудобна при укладке на цилиндрические опоры под штампованную плиту из-за неудобства центрирования по контуру.When the width of the gaskets B pr <1 • d op it will be uncomfortable (impractical) to install (lay) the gasket on cylindrical supports, it will be difficult to center the gasket. In addition, the strength of the layers of the gasket during repeated use may be insufficient. The width of the gaskets B pr > 2 • d op - will be unjustified due to the high consumption of material and inconvenient when laying on cylindrical supports under a stamped plate due to the inconvenience of centering along the contour.
При толщине слоев прокладки tсл < 0,01•dоп будет происходить слипание полоски датчика трения с верхним или нижним слоями (одинаковыми с ней толщины) из-за неровностей контактных поверхностей и излишней деформативности слоев. Это будет вызывать значительные искажения в измерении контактных усилий в сторону увеличения. При толщине прокладки tсл > 0,1•dоп произойдет увеличение изгибной жесткости слоев прокладки и полоски датчика трения, что также приведет к искажению результатов измерения контактных усилий из-за неравномерного прилегания прокладки к опорному контуру.When the thickness of the layers of the gasket t SL <0,01 • d op will stick together friction sensor strip with the upper or lower layers (the same thickness with it) due to uneven contact surfaces and excessive deformation of the layers. This will cause significant distortions in the measurement of contact forces upward. When the thickness of the gasket t SL > 0.1 • d op there will be an increase in the bending stiffness of the layers of the gasket and strips of the friction sensor, which will also lead to a distortion of the results of the measurement of contact forces due to the uneven fit of the gasket to the support contour.
При обработке контактирующих поверхностей до чистоты < 9 класса будут происходить искажения результатов измерений в сторону увеличения из-за возможного сцепления неровностей на контактирующих поверхностях, особенно при повышенных усилиях. При обработке контактирующих поверхностей до чистоты > 10 класса точность измерений не повысится, и трудоемкость повышения чистоты обработки будет неоправдана. When treating contacting surfaces to a cleanliness of class <9, distortion of the measurement results will occur upward due to the possible adhesion of irregularities on the contacting surfaces, especially with increased forces. When contacting surfaces are processed to a grade> 10 grade, the accuracy of measurements will not increase, and the complexity of increasing the grade of treatment will not be justified.
При отклонении толщины t полоски датчика трения, мерной линейки и всех трех слоев прокладки от номинальной (заданной) толщины tном в любую сторону от заданного диапазона
t > tном+0,005•tном или t < tном-0,005•tном
произойдет искажение результатов измерений контактных усилий.If the thickness t deviates from the friction sensor strip, measuring ruler and all three layers of the gasket from the nominal (specified) thickness t nom in any direction from the specified range
t> t nom + 0.005 • t nom or t <t nom -0.005 • t nom
distortion of the contact force measurement results.
Предлагаемое техническое решение позволит повысить точность измерений контактных усилий, упростить конструкцию устройства. Если при прототипе и базовом объекте погрешность измерений 5...20%, то при предлагаемом устройстве погрешность составляет 1...2% (согласно проведенных испытаний и НИР). The proposed technical solution will improve the accuracy of measurements of contact forces, simplify the design of the device. If with the prototype and the base object the measurement error is 5 ... 20%, then with the proposed device the error is 1 ... 2% (according to the tests and research).
Новизна и изобретательский уровень предлагаемого технического решения обосновываются тем, что часть признаков и особенно полная совокупность признаков не обнаружена ни в одном из технических решений, рассмотренных при проверке новизны и сопостовительном анализе. The novelty and inventive step of the proposed technical solution is justified by the fact that part of the features and especially the complete set of features are not found in any of the technical solutions considered during the novelty check and the accompanying analysis.
Предложенное устройство для измерения контактных усилий в одном из вариантов возможного осуществления представлено на прилагаемых чертежах. The proposed device for measuring contact forces in one embodiment of a possible implementation is presented in the accompanying drawings.
На фиг. 1 показан общий вид устройства. На фиг. 2 приведен вид A-A на фиг. 1. На фиг. 3 вид B-B (увеличено) на фиг. 2. На фиг. 4 показана трехслойная (рамка) прокладка со вставленными в нее датчиком трения и мерной линейкой. На фиг. 5 вид C-C (вида D на фиг. 6). На фиг. 6 - вид D на фиг.4 и 5 - вид сверху узла соединения мерной линейки (среднего слоя прокладки) со встроенным датчиком трения. На фиг. 7 вид E-E на фиг. 6. На фиг. 8 вид F-F на фиг. 7. In FIG. 1 shows a general view of the device. In FIG. 2 is a view A-A of FIG. 1. In FIG. 3 is a view of B-B (enlarged) in FIG. 2. In FIG. 4 shows a three-layer (frame) gasket with a friction sensor and a measuring ruler inserted into it. In FIG. 5, view C-C (view D in FIG. 6). In FIG. 6 is a view D in FIGS. 4 and 5 is a top view of a junction of a measuring ruler (middle layer of a gasket) with an integrated friction sensor. In FIG. 7 is a view of EE in FIG. 6. In FIG. 8 is an F-F view of FIG. 7.
Обозначение позиций на чертежах:
1 - верхняя штамповая плита, 2 - нижняя (опорная) штамповая плита, 3 - цилиндрическая опора, установленная на нижней штамповой плите, 4 - полоска датчика трения (датчик трения), 5 - трехслойная прокладка между плитой 1 и цилиндрическими опорами 3, 6 - верхний слой прокладки, 8 - П-образная часть среднего слоя прокладки, 9a - левая полоса (часть) мерной линейки, 9b - правая полоса (2-я часть) мерной линейки. Длина полосы 9a и 9b мерной линейки должна быть не менее размера o - исследуемой стороны штамповой плиты. 10 - пластина верхняя для жесткого соединения (например, с помощью пайки) левой полосы 9a с правой 9b (частей) мерной линейки, 11 - пластина нижняя того же назначения, 12 и 13 - левая и правая дополнительные крепежные пластинки, 14 - тросик силоизмерительного устройства, 15 - первый блок, 16 - второй блок силоизмерительного устройства, 17 - зубчатая рейка с (ручным) приводом (привод не показан) для вертикального подъема или опускания блока 16, 18 - третий блок силоизмерительного устройства, 19 - чаша весов (или динамометр), 20 - зажим для соединения тросика 14 с полосой 4 датчика трения.Designation of positions in the drawings:
1 - upper die plate, 2 - lower (support) die plate, 3 - cylindrical support mounted on the lower die plate, 4 - strip of the friction sensor (friction sensor), 5 - three-layer gasket between plate 1 and cylindrical supports 3, 6 - the upper layer of the gasket, 8 - the U-shaped part of the middle layer of the gasket, 9a - the left strip (part) of the measuring line, 9b - the right strip (2 part) of the measuring line. The length of the strip 9a and 9b of the measuring line must be at least the size o of the side of the stamp plate being examined. 10 - upper plate for rigid connection (for example, by soldering) of the left strip 9a with the right 9b (parts) of the measuring line, 11 - lower plate of the same purpose, 12 and 13 - left and right additional mounting plates, 14 - cable of the load measuring device , 15 - the first block, 16 - the second block of the power measuring device, 17 - a gear rack with a (manual) drive (the drive is not shown) for vertical raising or lowering the block 16, 18 - the third block of the power measuring device, 19 - the weighing pan (or dynamometer) , 20 - clip for connecting the cable 14 from the
Устройство для измерения контактных усилий может быть использовано следующим образом. A device for measuring contact forces can be used as follows.
После монтажа устройства по схеме, изображенной на фиг. 1 - 8, устанавливается мерная линейка так, чтобы полоска датчика трения расположилась предпочтительно в крайнем левом положении (крайний левый угол трехслойной (рамки) прокладки рядом с П-образной частью среднего слоя). Первое измерение контактного усилия производится в этом положении. Для последующего измерения контактного усилия производится при поднятой плите 1 перемещение мерной линейки вправо на расстояние, при котором целесообразно производить замер (для более высокой точности измерения следует перемещать мерную линейку на небольшое расстояние). И так постепенно перемещаемся до крайнего правого положения (до правого внутреннего угла прокладки 5). After mounting the device according to the circuit shown in FIG. 1 - 8, a measuring ruler is installed so that the strip of the friction sensor is preferably located in the extreme left position (the leftmost corner of the three-layer (frame) gasket next to the U-shaped part of the middle layer). The first measurement of contact force is made in this position. For the subsequent measurement of the contact force, when the plate 1 is raised, the measuring ruler is moved to the right by a distance at which it is advisable to measure (for higher measurement accuracy, the measuring ruler should be moved a small distance). And so we gradually move to the extreme right position (to the right inner corner of the gasket 5).
Измерение контактного усилия на каждом участке прямоугольного контура производится путем медленного перемещения вверх с помощью ручного привода 17 блока 16 как натяжного устройства. Contact force is measured in each section of the rectangular contour by slowly moving upward using the manual drive 17 of block 16 as a tension device.
При этом, постепенно усиливая натяжение тросика 14 до начала перемещения (скольжения) полоски 4 датчика трения, усилие вытягивания полоски передается другим концом тросика к чаше весов (или динамометру) 19. At the same time, gradually increasing the tension of the cable 14 to the beginning of the movement (sliding) of the
Максимальное усилие F достигается в момент начала скольжения (вытяжки) полоски 4, после чего усилие резко уменьшается (стрелка падает до определенного уровня) и держится на одном и том же уровне до окончания процесса вытяжки полоски. The maximum force F is reached at the moment the
Максимальное усилие начала вытяжки F и является силой трения покоя. The maximum force of the start of the hood F is the rest friction force.
Контактное усилие V в зоне действия датчика трения определяется из математической зависимости
где f - коэффициент трения.The contact force V in the range of the friction sensor is determined from the mathematical dependence
where f is the coefficient of friction.
Тарировочные зависимости между силой трения покоя и контактным усилием снимаются на той же установке при снятой верхней плите. Так как тарировка производится известным способом, то устройство для тарировки не показано. The calibration dependences between the rest friction force and the contact force are removed on the same installation with the upper plate removed. Since calibration is performed in a known manner, the device for calibration is not shown.
Для измерения контактных усилий на противоположной стороне блока штамповых плит необходимо этот блок повернуть на 180o, повернуть относительно штамповых плит прокладку 5 с полоской 4 тоже на 180o так, что полоска 4 окажется на правой стороне (по фиг. 1), где находится система блоков и силоизмерительное устройство. Для измерения контактных усилий по остальным (коротким) сторонам прямоугольного контура (верхней и нижней стороне в плане на фиг. 2) необходимо в прокладке 5 П-образную часть среднего слоя заменить другим вариантом в соответствии с другими размерами сторон прямоугольного контура. Мерную линейку можно применять ту же.To measure the contact forces on the opposite side of the block of stamping plates, it is necessary to turn this block 180 o , turn relative to the
Измерение контактных усилий производится аналогично. Contact forces are measured in the same way.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115832A RU2155942C2 (en) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | Device measuring contact force |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98115832A RU2155942C2 (en) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | Device measuring contact force |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98115832A RU98115832A (en) | 2000-06-10 |
| RU2155942C2 true RU2155942C2 (en) | 2000-09-10 |
Family
ID=20209752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98115832A RU2155942C2 (en) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | Device measuring contact force |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2155942C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461805C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Device to measure press compression force |
| RU2685443C2 (en) * | 2016-11-23 | 2019-04-18 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Force-measuring device |
-
1998
- 1998-08-17 RU RU98115832A patent/RU2155942C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461805C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Device to measure press compression force |
| RU2685443C2 (en) * | 2016-11-23 | 2019-04-18 | Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") | Force-measuring device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102219789B1 (en) | Compensated Mechanical Test System | |
| CN109990692A (en) | Flatness checking device is used in a kind of processing of building board | |
| JP4594213B2 (en) | Method for measuring friction coefficient of elastic body | |
| CN110918687B (en) | Aluminum plate straightening device | |
| US5847329A (en) | Self-supporting weight sensor and scale incorporating sensors of this kind | |
| EP3194912B1 (en) | Low-profile load cell assembly | |
| Childs | The persistence of roughness between surfaces in static contact | |
| RU2155942C2 (en) | Device measuring contact force | |
| CN105466775A (en) | Lateral compression performance testing method for brazing metal honeycomb structure | |
| WO1994027114A1 (en) | Device for measuring straightness | |
| EP0287149A3 (en) | Angle measuring device | |
| CN2932300Y (en) | Size inspection device | |
| CN108645711B (en) | Micro-displacement detection device for metal rubber material and detection method thereof | |
| CN113776444B (en) | Electronic thickness gauge applied by laser | |
| KR101725898B1 (en) | Oedometer cell having correction function of wall-friction effect | |
| KR101012844B1 (en) | Method for detecting friction coefficient of strip | |
| KR101688802B1 (en) | Armor Plate Durability Inspection Equipment | |
| US3848462A (en) | Strain control transducer | |
| SU932214A1 (en) | Device for measuring deformation | |
| CN1072497A (en) | Mud cake thickness measuring apparatus | |
| CN214150181U (en) | Scale for floor static load test | |
| RU2204803C2 (en) | Gear measuring wear of rails | |
| CN217786739U (en) | Arch effect quantification and load transmission testing device | |
| CN212007155U (en) | Measuring device | |
| CN2188748Y (en) | Combined check ruler for welding seam |