RU2293294C2 - Elastic member of device for measurement of radial pressure - Google Patents

Elastic member of device for measurement of radial pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2293294C2
RU2293294C2 RU2005110028/28A RU2005110028A RU2293294C2 RU 2293294 C2 RU2293294 C2 RU 2293294C2 RU 2005110028/28 A RU2005110028/28 A RU 2005110028/28A RU 2005110028 A RU2005110028 A RU 2005110028A RU 2293294 C2 RU2293294 C2 RU 2293294C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slots
measuring
cylinder
links
jumpers
Prior art date
Application number
RU2005110028/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005110028A (en
Inventor
В чеслав Павлович Балуков (RU)
Вячеслав Павлович Балуков
Валерий Владимирович Голубцов (RU)
Валерий Владимирович Голубцов
Ирина Викторовна Котюшкина (RU)
Ирина Викторовна Котюшкина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Заволжский моторный завод"
Priority to RU2005110028/28A priority Critical patent/RU2293294C2/en
Publication of RU2005110028A publication Critical patent/RU2005110028A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2293294C2 publication Critical patent/RU2293294C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; measuring technique.
SUBSTANCE: device can be used for measurement of forces created by pressure of elastic items, for example, of piston rings against wall of cylinder. There are slots along generating lines of body of rotation in elastic member. Slots have minimal widths and links with transistors, which increase number of links separating them. Slots are made in edge of part of body of rotation; links have to be cantilever beams. Slots are made in edge part of variable cross-section body of rotation and links have to be L-shaped cantilever beams. Projections of radial pressures are reproduced with higher truth. Radial pressure can be measured which pressures are created by piston ring against surface of cylinder.
EFFECT: improved precision of measurement; improved truth of results; higher wear resistance; prolonged service life of elastic members.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в измерительной технике для измерения сил, создаваемых давлением упругих деталей, например поршневых колец, на стенку цилиндра.The invention relates to mechanical engineering and can be used in measuring technique for measuring the forces created by the pressure of elastic parts, for example piston rings, on the cylinder wall.

Известна конструкция устройства для определения распределения радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра, которая выполнена в виде тела вращения Н-образной формы в осевом сечении, с фланцем в основании кожуха, охватывающая тело вращения так, что между поверхностями образована кольцевая камера и крышки, а в качестве измерительных элементов использованы тензометрические балки, установленные в камере, причем каждая из них контактирует со штифтом и с регулировочным винтом, измеряемое кольцо у наружной поверхности опирается на штифты, а они передают усилия на тензометрические балки, которые являются измерительными элементами устройства, представляющими собой отдельные независимые друг от друга элементы (см. патент СССР №323924 от 25.09.69 г.).A known design of a device for determining the distribution of radial pressures generated by a piston ring on a cylinder surface, which is made in the form of an H-shaped body of revolution in axial section, with a flange at the base of the casing, covering the body of rotation so that an annular chamber and covers are formed between the surfaces, and as measuring elements we used tensometric beams installed in the chamber, each of them in contact with the pin and with the adjusting screw, the measured ring at the outer surface The surface is supported by pins, and they transfer forces to tensometric beams, which are the measuring elements of the device, which are separate elements independent from each other (see USSR patent No. 323924 of 09.25.69).

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, требующая значительного времени на настройку при измерении, а также недостаточная достоверность воспроизведения эпюры давления из-за ограниченного числа измерительных элементов.The disadvantage of this design is the design complexity, which requires significant setup time for measurement, as well as the lack of reliability of reproducing the pressure plot due to the limited number of measuring elements.

Наиболее близкой конструкцией того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является упругий элемент тензометрического эпюромера, выполненный в виде полого тела вращения цилиндрической формы, внутренний диаметр которого равен диаметру цилиндра, с расположенными по образующим тела вращения прямоугольными окнами и с разделяющими их перемычками, причем ширина окон больше, чем ширина перемычек, а перемычки представляют собой балочки равного сечения по всей длине с наклеенными на них тензорезисторами, при этом каждая балочка является измерительным элементом (см. авт.свид. СССР №171636 от 02.12.63 г.).The closest design for the same purpose to the claimed invention in terms of features is an elastic element of a tensometric epurometer made in the form of a hollow body of revolution of cylindrical shape, the inner diameter of which is equal to the diameter of the cylinder, with rectangular windows located along the body of revolution and with jumpers separating them, the width there are more windows than the width of the jumpers, and the jumpers are beams of equal cross-section along the entire length with strain gauges glued to them, while zhdaya Ravine is a measuring element (see. avt.svid. USSR №171636 from 2.12.63 g).

Недостатком данной конструкции является недостаточная точность измерения и воспроизведения эпюры радиальных давлений из-за несоответствия условий опирания поршневого кольца, помещенного в измерительное устройство и в цилиндр ДВС, а также ограниченного количества измерительных элементов, недостаточная износостойкость и долговечность упругого элемента.The disadvantage of this design is the lack of accuracy in measuring and reproducing the diagram of radial pressures due to the mismatch of the conditions of support of the piston ring placed in the measuring device and in the engine cylinder, as well as the limited number of measuring elements, insufficient wear resistance and durability of the elastic element.

Сущность изобретения заключается в разработке конструкции упругого элемента, в котором выполнение прорезей минимальной ширины позволяет, с одной стороны, максимально приблизить условия опирания поршневого кольца, помещенного в устройство для измерения, условиям опирания кольца в цилиндре ДВС за счет исключения изгибных деформаций кольца между перемычками, а с другой стороны, увеличить количество точек измерения с измерительными элементами - тензорезисторами, которые находятся на перемычках между прорезями. Это позволяет значительно повысить точность измерения и достоверность воспроизведения эпюры радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра, а также приводит к повышению износостойкости и долговечности упругого элемента за счет снижения усилий, действующих на перемычки.The essence of the invention lies in the development of the design of the elastic element, in which the implementation of the slots of the minimum width allows, on the one hand, to approximate the conditions of abutment of the piston ring placed in the measuring device to the conditions of abutment of the ring in the ICE cylinder by eliminating the bending deformation of the ring between the jumpers, and on the other hand, increase the number of measurement points with measuring elements - strain gauges that are on the jumpers between the slots. This allows you to significantly improve the accuracy of measurement and the reliability of the reproduction of the plot of radial pressures created by the piston ring on the surface of the cylinder, and also leads to increased wear resistance and durability of the elastic element by reducing the forces acting on the jumpers.

Технический результат - повышение точности измерения и достоверности воспроизведения эпюры радиальных давлений, а также повышение износостойкости и долговечности упругого элемента устройства для измерения радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра.EFFECT: increased accuracy of measurement and reliability of reproducing a diagram of radial pressures, as well as increased wear resistance and durability of an elastic element of a device for measuring radial pressures created by a piston ring on a cylinder surface.

Указанный технический результат достигается тем, что в упругом элементе устройства для измерения радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра, выполненном в виде полого тела вращения цилиндрической формы, внутренний диаметр которого равен диаметру цилиндра, с расположенными по образующим тела вращения окнами и с разделяющими их перемычками, с закрепленными на них тензорезисторами, окна выполнены в виде прорезей минимальной ширины, что позволяет исключить изгибные деформации поршневого кольца между перемычками и увеличить количество разделяющих перемычек с измерительными элементами, а также снизить радиальные усилия, действующие на перемычки при установке кольца, кроме того, прорези выполнены в торцевой части тела вращения, а перемычки представляют собой консольные балки, кроме того, прорези выполнены в торцевой части тела вращения переменного сечения, а перемычки представляют собой консольные балки L-образной формы.The specified technical result is achieved by the fact that in the elastic element of the device for measuring radial pressures generated by the piston ring on the surface of the cylinder, made in the form of a hollow body of revolution of cylindrical shape, the inner diameter of which is equal to the diameter of the cylinder, with windows located along the windows forming the body of revolution and separating them jumpers, with strain gauges fixed to them, the windows are made in the form of slots of the minimum width, which eliminates the bending deformation of the piston ring between the to increase the number of separating jumpers with measuring elements, as well as reduce the radial forces acting on the jumpers when installing the ring, in addition, the slots are made in the end part of the body of revolution, and the jumpers are cantilever beams, in addition, the slots are made in the end part of the body rotations of variable cross section, and jumpers are cantilever beams of an L-shape.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен упругий элемент с прорезями, выполненными в торцевой части тела вращения с перемычками в виде консольных балок; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 изображен упругий элемент с прорезями, выполненными в торцевой части тела вращения переменного сечения, с перемычками в виде консольных балок L-образной формы; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.3; фиг.5 - пример построения эпюры радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на стенки цилиндра, полученной при помощи устройства с предлагаемым упругим элементом.The drawings show: in Fig.1 shows an elastic element with slots made in the end part of the body of revolution with jumpers in the form of cantilever beams; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 shows the elastic element with slots made in the end part of the body of revolution of variable cross-section, with jumpers in the form of cantilever beams L-shaped; figure 4 is a cross-section bb in figure 3; 5 is an example of constructing a plot of radial pressures generated by a piston ring on the cylinder walls, obtained using a device with the proposed elastic element.

Упругий элемент устройства для измерения радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом 5 на поверхность цилиндра выполнен в виде полого тела вращения цилиндрической формы 1, внутренний диаметр которого равен диаметру цилиндра, с расположенными по образующим тела вращения прорезями 2, которые имеют минимальную ширину, с перемычками 3 с закрепленными на них тензорезисторами 4, причем прорези 2 (фиг.1) выполнены в торцевой части тела вращения 1, а перемычки 3 представляют собой консольные балки, причем прорези 2 (фиг.3) выполнены в торцевой части тела вращения переменного сечения 1, а перемычки 3 представляют собой консольные балки L-образной формы с закрепленными на них тензорезисторами 4.The elastic element of the device for measuring radial pressures generated by the piston ring 5 on the surface of the cylinder is made in the form of a hollow body of revolution of cylindrical shape 1, the inner diameter of which is equal to the diameter of the cylinder, with slots 2 arranged along the generatrix of the body of revolution and having a minimum width, with jumpers 3 s mounted on them by strain gauges 4, and the slots 2 (Fig. 1) are made in the end part of the body of revolution 1, and the jumpers 3 are cantilever beams, and the slots 2 (Fig. 3) are made in the end h The parts of the rotation body are of variable section 1, and the jumpers 3 are cantilever beams of an L-shape with strain gauges 4 fixed to them.

Для измерения эпюры радиальных давлений поршневых колец на поверхность цилиндра с достаточной точностью необходимо выполнить следующие условия: кольцо при измерении должно опираться на максимально возможное количество измерительных элементов, причем последние должны быть расположены на диаметре, равном диаметру цилиндра ДВС, а опорная поверхность должна иметь минимальные отклонения от круглости; упругие измерительные элементы должны иметь максимальную жесткость, т.е. минимальное «проседание» под нагрузкой. При не выполнении этих условий происходит существенное перераспределение давлений по периметру кольца, что искажает реальную эпюру радиальных давлений. Точность измерения точек эпюры радиальных давлений прямо пропорциональна величине выходного сигнала тензорезистора (пропорциональна относительной деформации или действующему напряжению) и обратно пропорциональна величине прогиба упругого элемента. Точность измерения в каждой точке можно оценить с помощью коэффициента чувствительности измерительного канала:To measure the diagram of the radial pressures of the piston rings on the cylinder surface with sufficient accuracy, the following conditions must be met: the ring must be supported by the maximum possible number of measuring elements when measuring, the latter must be located at a diameter equal to the diameter of the ICE cylinder, and the bearing surface should have minimal deviations from roundness; elastic measuring elements should have maximum stiffness, i.e. minimal "subsidence" under load. If these conditions are not met, a significant redistribution of pressures occurs around the perimeter of the ring, which distorts the real diagram of radial pressures. The accuracy of measuring the points of the diagram of radial pressures is directly proportional to the value of the output signal of the strain gauge (proportional to the relative deformation or the actual stress) and inversely proportional to the magnitude of the deflection of the elastic element. The measurement accuracy at each point can be estimated using the sensitivity coefficient of the measuring channel:

Figure 00000002
, где
Figure 00000002
where

κ - коэффициент чувствительности;κ is the sensitivity coefficient;

σ - напряжение в месте установки тензорезистора на измерительном элементе;σ is the voltage at the installation site of the strain gauge on the measuring element;

f - прогиб измерительного элемента в месте установки поршневого кольца; для консольных балок напряжение в районе заделки и прогиб в месте установки поршневого кольца рассчитываются по следующим формулам:f is the deflection of the measuring element at the installation site of the piston ring; for cantilever beams, the stresses in the embedment area and deflection at the installation site of the piston ring are calculated using the following formulas:

Figure 00000003
, где
Figure 00000003
where

Р - сила давления поршневого кольца на измерительный элемент;P is the pressure force of the piston ring on the measuring element;

L - длина балки (измерительного элемента);L is the length of the beam (measuring element);

W - момент сопротивления балки;W is the moment of resistance of the beam;

Е - модуль упругости материала балки;E is the modulus of elasticity of the material of the beam;

J - момент инерции сечения балки.J is the moment of inertia of the beam section.

Таким образом, точность измерения в каждой точке эпюры давлений не зависит от величины силы на упругом элементе, а зависит только от длины упругого элемента L, его геометрических характеристик сечения J, W и упругих свойств материала Е. Кроме того, точность измерения на каждом измерительном элементе прямо пропорциональна количеству установленных тензорезисторов, работающих в активных плечах электрического тензометрического моста.Thus, the measurement accuracy at each point of the pressure plot does not depend on the magnitude of the force on the elastic element, but depends only on the length of the elastic element L, its geometrical characteristics of the cross section J, W and the elastic properties of the material E. In addition, the measurement accuracy on each measuring element directly proportional to the number of installed strain gages operating in the active arms of the electric strain gauge bridge.

Для изготовления прорезей на упругом элементе, выполненном в виде полого тела вращения цилиндрической формы, применяется электроэрозионный проволочно-вырезной станок, позволяющий выполнять прорези минимальной ширины от 0,1 мм, в зависимости от диаметра применяемой проволоки, причем прорези выполняются за один проход. Операция выполнения прорезей проводится как окончательная, после термической обработки, шлифования и хонингования заготовки. Так как обработка ведется в среде охлаждающей жидкости, то на перемычки не воздействуют силы резанья, как при фрезеровании или при шлифовании, и, кроме того, отсутствует температурное воздействие, что позволяет получить упругий элемент с высокой точностью выполнения геометрических размеров и стабильными характеристиками формы, а также повышенной износостойкости и долговечности, необходимых при измерении радиальных давлений поршневых колец.For the manufacture of slots on an elastic element made in the form of a hollow body of revolution of a cylindrical shape, an EDM wire-cutting machine is used, which allows to make slits of a minimum width of 0.1 mm, depending on the diameter of the wire used, and the slots are made in one pass. The operation of making slots is carried out as final, after heat treatment, grinding and honing of the workpiece. Since the processing is carried out in a coolant medium, the cutting forces do not act on the jumpers, as during milling or grinding, and, in addition, there is no temperature effect, which makes it possible to obtain an elastic element with high accuracy of geometric dimensions and stable shape characteristics, and also increased wear resistance and durability required when measuring radial pressures of piston rings.

Работа упругого элемента для устройства измерения радиального давления поршневых колец на поверхность цилиндра осуществляется следующим образом. Для определения эпюры радиального давления измеряемое поршневое кольцо 5 устанавливают в упругий элемент 1 с прорезями 2 до упора. Поршневое кольцо 5 за счет сил упругости деформирует перемычки 3 с закрепленными на них тензорезисторами 4, причем каждая перемычка 3 представляет собой часть измерительного канала. Электрические сигналы с датчиков каждого измерительного канала регистрируются и записываются измерительным прибором, после чего по полученным значениям строится эпюра радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра. Пример построения эпюры радиальных давлений, полученной при измерении поршневого кольца, изображен на фиг.5. Перед проведением измерений каждый измерительный канал градуируется статическими нагрузками с помощью градуировочного устройства.The work of the elastic element for measuring radial pressure of piston rings on the surface of the cylinder is as follows. To determine the radial pressure diagram, the measured piston ring 5 is installed in the elastic element 1 with slots 2 until it stops. Due to the elastic forces, the piston ring 5 deforms the jumpers 3 with strain gauges 4 fixed to them, each jumper 3 being a part of the measuring channel. Electrical signals from the sensors of each measuring channel are recorded and recorded by the measuring device, after which the radial pressure diagram created by the piston ring on the cylinder surface is constructed from the obtained values. An example of constructing a plot of radial pressures obtained by measuring the piston ring is shown in Fig.5. Before taking measurements, each measuring channel is calibrated with static loads using a calibration device.

Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с известными упругими элементами заявленный упругий элемент устройства для измерения радиальных давлений, создаваемых поршневым кольцом на поверхность цилиндра, позволяет повысить точность измерения и воспроизведения эпюры радиальных давлений поршневых колец на стенку цилиндра за счет исключения изгибных деформаций поршневого кольца между перемычками и увеличения количества перемычек с тензорезисторами, являющихся измерительными элементами, а также повысить износостойкость и долговечность упругого элемента.An advantage of the invention is that, compared with the known elastic elements, the claimed elastic element of the device for measuring radial pressures generated by the piston ring on the cylinder surface allows to increase the accuracy of measuring and reproducing the plot of the radial pressures of the piston rings on the cylinder wall by eliminating the bending deformation of the piston ring between jumpers and increasing the number of jumpers with strain gauges, which are measuring elements, and also increase wear resistance l and the durability of the elastic element.

Claims (2)

1. Упругий элемент устройства для измерения радиальных давлений, содержащий полое тело вращения цилиндрической формы, внутренний диаметр которого равен диаметру цилиндра, с расположенными по образующим тела вращения окнами и с разделяющими их перемычками, с закрепленными на них тензорезисторами, отличающийся тем, что окна выполнены в виде прорезей минимальной ширины, увеличивающих количество разделяющих их перемычек, причем прорези выполнены в торцевой части тела вращения, а перемычки представляют собой консольные балки.1. An elastic element of a device for measuring radial pressure, containing a hollow body of revolution of cylindrical shape, the inner diameter of which is equal to the diameter of the cylinder, with windows located along the generatrix of the body of revolution and with jumpers separating them, with strain gauges fixed to them, characterized in that the windows are made in in the form of slots of minimum width, increasing the number of bridges separating them, and the slots are made in the end part of the body of revolution, and the bridges are cantilever beams. 2. Упругий элемент по п.1, отличающийся тем, что прорези выполнены в торцевой части тела вращения переменного сечения, а перемычки представляют собой консольные балки L-образной формы.2. The elastic element according to claim 1, characterized in that the slots are made in the end part of the body of revolution of variable cross section, and the jumpers are cantilever beams of an L-shape.
RU2005110028/28A 2005-04-06 2005-04-06 Elastic member of device for measurement of radial pressure RU2293294C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005110028/28A RU2293294C2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Elastic member of device for measurement of radial pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005110028/28A RU2293294C2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Elastic member of device for measurement of radial pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005110028A RU2005110028A (en) 2006-10-20
RU2293294C2 true RU2293294C2 (en) 2007-02-10

Family

ID=37437414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005110028/28A RU2293294C2 (en) 2005-04-06 2005-04-06 Elastic member of device for measurement of radial pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2293294C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476838C2 (en) * 2011-04-01 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Multicomponent displacement sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476838C2 (en) * 2011-04-01 2013-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Multicomponent displacement sensor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005110028A (en) 2006-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9841329B2 (en) Strain gage based system and method for failure detection of a fluid film bearing
US20100162830A1 (en) Torque-measuring flange
CN103358221B (en) The measurement head of the probe of workpiece for being just machined
RU2160435C2 (en) Device measuring axial thrust on rotating shaft
US10151655B2 (en) Pressure sensor containing mechanically deforming elements
US7741854B2 (en) Method of in slot tightness measuring of stator coil
US10570956B2 (en) Sensorized roller
EP0616203B1 (en) A cylinder pressure sensor for an engine
CN108801523B (en) Force measuring elastic body for thrust bearing and force measuring device for thrust bearing
WO2011082317A2 (en) Device for measuring strain in a component
US7612886B2 (en) Fiber-optic seismic sensor
JPH08159151A (en) Bearing diagnosing method
JP4095445B2 (en) Sensor system that combines bearing load detection and bearing normality monitoring
RU2293294C2 (en) Elastic member of device for measurement of radial pressure
RU2703610C2 (en) Deformation measurement torsionometer
RU55979U1 (en) ELASTIC ELEMENT OF A DEVICE FOR MEASURING RADIAL PRESSURES
US20220065747A1 (en) Method for monitoring the service life of an installed rolling bearing
JP2014048234A (en) Apparatus and method for measuring gap
CA1304238C (en) Strain gage beam having integral overload protection
CN110296837B (en) Sliding bearing load measuring method based on bearing bush deformation
JP2018004290A (en) Thrust load measurement device
Murthy et al. Design and development of strain gauge based milling tool dynamometer
SU838439A1 (en) Device for measuring inner mechanical stresses
SU1470859A1 (en) Instrument for measuring tangential pressure
SU1696720A1 (en) Pressure indicator for mine hydraulic support

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170407