RU2247952C2

RU2247952C2 - Dynamometer

Info

Publication number: RU2247952C2
Application number: RU2003108995/28A
Authority: RU
Inventors: С.М. Бастраков (RU); С.М. Бастраков; Ю.А. Денисов (RU); Ю.А. Денисов; В.П. Наумов (RU); В.П. Наумов
Original assignee: Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева)
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2005-03-10

Abstract

FIELD: measuring engineering.

SUBSTANCE: dynamometer is made in a single block and has rod (1) connected with loading device, e.g., hydraulic cylinder. The rod transmits the load from the hydraulic cylinder to ring flexible member (3) and, then, through pillars (4) to bearing ring (5). The surface of the flexible member is provided with strain gauges (6).

EFFECT: enhanced reliability of measuring.

2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения силы при испытаниях на прочность, например, авиационных конструкций и их элементов.The invention relates to instrumentation and can be used to measure strength during strength tests, for example, aircraft structures and their elements.

Известно изобретение "Датчик для измерения силы давления и/или растяжения" (патент №0301109 ЕПВ (ЕР), МКИ 4 G 01 L 1/22; G 01 G 3/14).The invention is known "Sensor for measuring pressure and / or tensile forces" (patent No. 0301109 EPO (EP), MKI 4 G 01 L 1/22; G 01 G 3/14).

Датчик состоит из центрального элемента и трех, расположенных под углом 120° один к другому по окружности центрального элемента, радиальных элементов для передачи усилий. На свободных концах радиальных элементов выполнены опорные поверхности. На элементах расположены тензометрические датчики, которые измеряют усилия, воздействующие на центральный элемент вдоль его оси.The sensor consists of a central element and three radial elements for transmitting forces located at an angle of 120 ° to one another around the circumference of the central element. Supporting surfaces are made at the free ends of the radial elements. Strain gages are located on the elements, which measure the forces acting on the central element along its axis.

Недостатком такого датчика является то, что он требует стационарной установки, для него необходима специальная опорная поверхность.The disadvantage of this sensor is that it requires a stationary installation, it needs a special supporting surface.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является изобретение "Силоизмерительное устройство с кольцевым упругим элементом" (заявка №3812860 ФРГ (ДЕ), МКИ 4 G 01 L 1/22, 3/04, G 01 N 3/22).The closest in technical essence to the claimed invention is the invention "Force measuring device with an annular elastic element" (application No. 3812860 Germany (DE), MKI 4 G 01 L 1/22, 3/04, G 01 N 3/22).

Устройство содержит силоприемную часть, на которую воздействует усилие через шток, создающую реакцию опоры опорную часть, на которую воздействует усилие для базирования устройства; кольцевой упругий элемент, скручиваемый под воздействием измеряемого усилия и расположенный между силоприемной и опорной частями; тензометрические датчики, прикрепленные к поверхности упругого элемента; первую и вторую кольцевые стенки, соединяющие с фланцами силоприемную и опорную части упругого элемента.The device comprises a force receiving part, which is subjected to force through the rod, creating a reaction of the support of the support part, which is affected by the force to base the device; an annular elastic element twisted under the influence of the measured force and located between the force receiving and supporting parts; strain gauges attached to the surface of the elastic element; the first and second annular walls connecting the receiving and supporting parts of the elastic element with the flanges.

Недостатками такого устройства является то, что оно воспринимает усилия только в одном направлении, т.к. шток жестко зафиксирован; конструкция устройства не позволяет производить монтаж его в разрыв силовой цепи ввиду того, что площади поперечных сечений первой и второй кольцевых стенок разные, то нагрузки воспринимают равные, т.е. жесткость внутренней стенки будет меньше, чем наружной стенки и будет подвержана деформациям при нагружениях, что приводит к уменьшению уровня помехозащищенности электрической схемы измерения, т.е. к уменьшению стабильности результатов измерений.The disadvantages of such a device is that it perceives efforts in only one direction, because the stem is rigidly fixed; the design of the device does not allow mounting it into a power circuit break due to the fact that the cross-sectional areas of the first and second annular walls are different, then the loads are assumed to be equal, i.e. the rigidity of the inner wall will be less than that of the outer wall and will be subject to deformations during loading, which will lead to a decrease in the level of noise immunity of the electrical measurement circuit, i.e. to reduce the stability of the measurement results.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности результатов измерений прочностных испытаний, например усталостных.The problem of the invention is to increase the stability of the results of measurements of strength tests, for example fatigue.

Решение задачи достигается тем, что силоприемная часть состоит из штока и двух перемычек, симметрично расположенных на оси, являющейся диаметром упругого элемента, и связывающих шток с упругим элементом, который установлен на опорную часть, состоящую из кольца и двух стоек, размещенных симметрично на оси, перпендикулярной оси перемычек, при этом тензометрические датчики прикреплены в середине секторов кольцевой поверхности упругого элемента, образованных двумя пересекающимися взаимоперпендикулярными осями, одной из которых является ось перемычек.The solution to the problem is achieved by the fact that the force-receiving part consists of a rod and two jumpers symmetrically located on the axis, which is the diameter of the elastic element, and connecting the rod with the elastic element, which is mounted on the support part, consisting of a ring and two posts, placed symmetrically on the axis, perpendicular to the axis of the bridges, while the strain gauges are attached in the middle of the sectors of the annular surface of the elastic element formed by two intersecting mutually perpendicular axes, one of which is Referring jumpers.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2 - "Силоизмерительное устройство" и "Силоизмерительное устройство в проекциях" соответственно.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2 - "Force measuring device" and "Force measuring device in the projections", respectively.

Устройство выполнено целиком из одной заготовки (см. фиг.1). Оно содержит силоприемную часть в виде штока 1 и двух перемычек 2. Шток 1 через перемычки 2 соединен с кольцевым упругим элементом 3, на котором прикреплены тензометрические датчики 6. Упругий элемент 3 установлен на опорную часть.The device is made entirely of one workpiece (see figure 1). It contains a force-receiving part in the form of a rod 1 and two jumpers 2. The rod 1 through the jumpers 2 is connected to an annular elastic element 3 on which strain gauges 6 are attached. The elastic element 3 is mounted on the supporting part.

Опорная часть состоит из двух стоек 4, расположенных на оси, перпендикулярной оси перемычек 2, и опорного кольца 5. Шток 1 выполнен с наружной резьбой для подсоединения к силонагружающему устройству, а опорное кольцо 5 имеет резьбу на внутренней поверхности для подсоединения к ответной части силовой цепи (см. фиг.2).The support part consists of two racks 4 located on an axis perpendicular to the axis of the jumpers 2, and the support ring 5. The rod 1 is made with an external thread for connection to a power-loading device, and the support ring 5 has a thread on the inner surface for connection to the mating part of the power circuit (see figure 2).

Устройство работает следующим образом. Оно монтируется в разрыв силовой цепи. Нагрузка Р от силонагружающего устройства воспринимается штоком 1 и направлена вдоль его оси. Затем через перемычки 2 силоприемной части нагрузка перераспределяется по кольцевому упругому элементу 3 и через опорные стойки 4 воспринимается опорным кольцом 5, создающим опорную реакцию по всему периметру.The device operates as follows. It is mounted in the gap of the power circuit. The load P from the force-loading device is perceived by the rod 1 and is directed along its axis. Then, through the jumpers 2 of the power receiving part, the load is redistributed along the annular elastic element 3 and through the support posts 4 is perceived by the support ring 5, creating a support reaction around the entire perimeter.

На кольцевой поверхности упругого элемента в середине секторов, образованных двумя пересекающимися взаимоперпендикулярными осями, одной из которых является ось перемычек 6, наклеены тензометрические датчики по два перпендикулярно друг к другу, причем один из них расположен параллельно оси перемычек 2. Такая схема наклейки датчиков выбрана для измерения касательных напряжений от момента кручения.On the annular surface of the elastic element in the middle of the sectors formed by two intersecting mutually perpendicular axes, one of which is the axis of the jumpers 6, the strain gauges are glued two perpendicular to each other, one of which is parallel to the axis of the jumpers 2. This sensor sticker scheme is selected for measurement shear stresses from the moment of torsion.

Датчики соединяются в мостовую схему. Сигналы, вырабатываемые измерительным мостом с промежуточным усилением, подаются на прибор-регистратор, назначением которого является регистрация результатов измерений, или на вход ЭВМ для непосредственной обработки и анализа в процессе эксперимента.Sensors are connected to a bridge circuit. The signals generated by the measuring bridge with intermediate amplification are fed to the recorder, the purpose of which is to register the measurement results, or to the input of a computer for direct processing and analysis during the experiment.

Выбор места наклейки датчиков сделан согласно расчетам, приведенным в учебном пособии: Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов, изд-во "Наука", Москва, Главная редакция физико-математической литературы, 1967 г., стр.31, 162-163.The choice of the location of the sensor stickers was made according to the calculations given in the manual: Feodosiev V.I. Selected Problems and Questions on the Resistance of Materials, Nauka Publishing House, Moscow, Main Edition of Physics and Mathematics, 1967, pp. 31, 162-163.

На кольцевой поверхности упругого элемента в местах, выбранных для наклейки датчиков, действуют только касательные напряжения τ от М_кр в сечениях упругого элемента. Положение сечений определяется углом в 45°, который отсчитывается от оси перемычек. Таким образом, сигнал тензометрического моста определяется только τ от М_кр и следовательно, улучшается помехозащищенность электрической схемы измерения, что в свою очередь позволяет добиться стабильности результатов измерений.On the annular surface of the elastic element in the places selected for the sensors, only the tangential stresses τ from M _cr in sections of the elastic element act. The position of the cross sections is determined by an angle of 45 °, which is measured from the axis of the jumpers. Thus, the signal of the strain gauge bridge is determined only by τ from M _cr and, therefore, the noise immunity of the electrical measurement circuit is improved, which in turn allows us to achieve stability of the measurement results.

Перед установкой в разрыв силовой цепи силоизмерительное устройство градуируют на специальной установке с помощью образцовых средств измерений.Before installing in the gap of the power circuit, the force measuring device is graduated on a special installation using exemplary measuring instruments.

Сравнивая предложенное изобретение с прототипом, можно сделать вывод, что данное силоизмерительное устройство компактно по своим размерам, легкосъемное, что позволяет использовать его в труднодоступных местах на испытательных установках или в маленьком рабочем пространстве.Comparing the proposed invention with the prototype, we can conclude that this load-measuring device is compact in size, easily removable, which allows it to be used in hard-to-reach places on test facilities or in a small workspace.

Стабильные характеристики силоизмерительного устройства и надежность конструкции позволяют использовать его для непрерывного автоматического контроля нагружения. Кроме того, использование такого устройства удобно и тем, что можно применять унифицированную аппаратуру для испытаний на прочность.The stable characteristics of the load-measuring device and the reliability of the design make it possible to use it for continuous automatic control of loading. In addition, the use of such a device is also convenient because it is possible to use standardized equipment for testing strength.

Claims

A force measuring device having a force-receiving part, a supporting part, a rod, an annular elastic element, strain gauges attached to the surface of the elastic element, characterized in that the force-receiving part consists of a rod and two jumpers symmetrically located on the axis, which is the diameter of the elastic element, and connecting a rod with an elastic element, which is mounted on a supporting part, consisting of a ring and two posts, placed symmetrically on an axis perpendicular to the axis of the jumpers, while strain gauges CREPLA two sectors in the center of the surface of the elastic member is formed by two mutually perpendicular intersecting axes, one of which - jumpers axis.