SU1130749A1 - Датчик силы нажати - Google Patents

Abstract

ДАТЧИК СИЛЫ НАЖАТИЯ дл  ручного инструмента, содержащий корпус , выполненныйиз основани  и кглип- ки, и размещенный между ними с наi т гом чувствительный преобразователь , отличающийс  тем, что, с целью повьшеии  точности измерений., основание и крышка свободно установлены одно в другой, образу  коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной из продольных сторон с возможностью качани  крышки, а чувствительный преобразователь выполнен в виде электроемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом поверхности, воспринимакгщей силу, равным Ь2 R 21i (Л где в - ширина преобразовател ; h - его высота, при этом свободные полости корпуса заполнены эластичным герметиком.

Description

а

00

о

4; СО

J 8.9.W

Фиг.1 Изобретение относитс  к сило.13мерительной технике, а именно к 1 онтролю силового вз.аимодействи  человека с механизированным инструментом . Известны устройства(тензодатчики дл  замера усилий нажати  tl. Недох:татком таких устройств  вл етс  необходимость снабжени  их сложной аппаратурой, кроме того они требуют длительного подбора да чиков, их креплени , а также мер по компенсации температурной погреш ности показаний. Наиболее близким к изобретению по назначению конструкции  вл етс  датчик дл  измерени  усили  .нажати  при различных производственных операци х , содержащий держатель, состо  щий из плоских по орме основани  и крышки., в которой помещены пружин на  пластина с опорными клинь ми и чувствительньй преобразователь катушки индуктивности. Име  размеры 60x40x15, датчик закрепл етс  на руко тке инструмента и воспринимает усили  кисти работающего С. Недостатком известного датчика  вл етс  низка  точность измерени  Это вызвано тем,что основание и крышка датчика плоские, следовательно, отсутствует четкое сочленение держател  датчика с кистью руки работающего и руко ткой инструмента. Кроме того, на точность измерени отрицательно вли ет смещение равнодействующей нагрузки, прикладываемо к датчику, от центральной оси крышки , вызванной мьш1ечной усталостью кисти, вибрацией инструмента и дру гими причинами. При этом концы пружинной пластины прогибаютс  неидеитично и рассто ние их до катушек сокращаетс  несинхронно, а из-за нелинейной зависимости сигналов катушек индуктивности от рассто ни до пружинной .пластины возникает дополнительна  погрешность в измер нии . Цель изобретени  - повышение точности измерений усили  нажати  н руко тки механизированного инструмента . Поставленна  цеЯь достигаетс  т что в датчике силы нажати  дл  ручного инструмента,, содержащем корпус, выполненный из основани  и ;Крышки, и размещенный между ними с 1ат гом чувствительный преобразогватель , основание и крышка свободно устано 5лены одно в другой, образу  коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной из продольных сторон с возможностью качани  крышки, а чувствительный пресзбразователь выполнен в виде .элек.троемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом по верхности, воспринимающей силу, равным 12 2Ь где в - ширина преобразовател ; h - его высота, при этом свободные полости корпуса заполнены эластичным герметиком. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что жестка  крьппка корпуса, воспринимающа  и передающа  внешнее усилие, взаимодействует с податливой пружин щей оболочкой чувствительного преобразовател  без каких-либо дополнительных центрирующих силоввод щих элементов. По мере увеличени  нагрузки и сжати  преобразовател  крьш1ка перекатываетс  по выпуклой части эллипсообразной оболочки, соприкаса сь с ней с переменным эксцентриситетом в последовательно перемещающихс  точках, расположенных в локальной области, определ емой радиусом эллипсообразной выпуклости . Благодар  безлюфтовому соединению крьш1ки с основанием и обеспечению ограниченной подвижности качани  крьшпси только в поперечном направлении, а также фиксации чувствительного элемента в корпусе, например, путем его жесткого локальнего сочленени  с основанием обеспечиваетс  строга  повтор емость точек взаимодействи  крьшжи с оболочкой преобразовател  при многократных нагружени х. - Силовоспринимающей эллипсообразной поверхности чувствительного преобразовател  придан оптимальный найденный экспериментально радиус R Ъ2/211 , где в - ширина, h - высота преобразовател . При таком радиусе не возникает больших эксцентриситетов приложени  нагрузки, так как ширина локальной области взаимодействи  крьш1ки с эллипсообразной поверхностью не превьш1ает 0,1 в, и обеспечиваетс  минимальна  высота h оболочки преобраповател , незначительно пре- вьпиаюта  высоту заключенного в него плоского элемента датчика, что облегчает услови  взаимодействи  оболочки с емкостным элементом Заполнение свободных воздушных полостей внутри корпуса эластичным герметиком саздает вокруг чувствительного преобразовател  демпфирую щую подушку,.котора  защищает локальную область контактировани  крьппки с оболочкой преобразовател  от воздействи  неблагопри тных факторов окружающей среды: пыли, влаги, агрессивных газов и других, а также повышает вихропомехозащищенность датчика. На фиг.1 изображен предлагаемый датчик, продольный разрез; на фиг.2 - )вид А на фиг.1. Датчик вьтолнен в продольном направлении размером 65 см, что соответствует активному участку ладони человека. Датчик силы содержит корпус 1, состо щий из основании 2 и крьщ1ки 3. Последние коробчатой формы и сво бодно установлены одно в другой с зазорами между стенками пор дка 0,2 мм. Зазоры обеспечивают возмоз1г ность качани  крышки, щарнирно скрепленной с основанием. Подошва основани  2 образована вогнутой поверхностью соответственно округлой форме руко ток инструментов . Наружна  поверхность крьш1ки 3 выполнена симметрично выпуклой как в поперечном, так ив продольном сечени х. Крьщ1ка и основание скреплены меж ду собой ос ми 4, расположенными вдоль одной оси из .боковых сторон корпуса и равноудаленными от нее, т.е. крышка 3 имеет возможность качани  в небольших пределах относительно основани  2. В поперечной плоскости в центре корпу са 1 между крышкой и основанием зафиксирован чувствительный преобразователь 5 путем его жесткого сочленени  с основанием по лок ной площадке 6. Он содержит метахин ческий корпус - мембрану 7 эллипсообразной формы, вьтолнеиный из упр гого материала, например пружинной стали. Внутри корпуса размещен электроемкостный чувствительный элемент 8, представл ющий собой na94 кет упругих электродов 9, разделенных диэлектрической пленкой 10. Свободные полости внутри чувствительного элемента заполн ютс  эластичным компаундом 11, который вьтолн ет также функции герметика. Электроды чувствительного элемента присоедин ютс  к двухпроводному кабелю 12, проход щему через отверсти  в торцах крышки и основани . Свободное пространство внутри корпуса 1 вокруг чувствительного преобразовател  5 заполнено эластичным герметиком 13. В основании 2 предусмотрены отверсти  14 дл  прит гивани  датчика к руко ткам инструментов. При длине 65 мм датчик вьтолн етс  пгариной 18 мм и высотой в среднем продольном сечении 8 мм. При таких габаритах и форме датчик удобно сочлен етс  с рукой.рабочего и инструментом. Перед началом датчик устанавливаетс  (накладываетс ) на активную часть руко тки инструмента и прикрепл етс  к ней с помощью шиуров, проход щих через отверсти  в основании . Подошва основани  2, имекгща  вогнутую форму, устойчиво без качаний прилегает к руко тке инструмента . Датчик работает следующим образом. При приложении соответствующих усилий работающего к руко тке инст румента благодар  симметрично выпуклой форме крышки корпуса равнодействующа  усили  нажати  сосредотачиваетс  в центре последней. Под действием этого усили  крышка 3 стремитс  приблизитьс  к основанию 2, свободно кача сь относительно него ,в поперечном сечении, исключа  тем самым перекосы и заклинивани . Передача усили  нажати  с крьгагки 3 на чувствительный преобразователь происходит с фиксированной локальностью , строго по линии касани  эллипсообразного упругого корпуса 7 преобразовател  5, с крышкой 3, причем эта лини  параллельна продольной оси держател . Деформаци  упругого корпуса 7 через прослойку эластичного компаунда 1I передаетс  электроемкостному элементу 8, при этом электроды 9 сближаютс  за счет уменьшени  микрозазоров, между ними и диэлектрической пленкой 10, что приводит к соответствующему приращению, общей емкости пакета.

Это приращение преобразуетс  в электрический сигнал с помощью измерительной схемы, котора  присоедин етс  к датчику с помощью двухпроводного кабел  12. Измерительна  схема заключёна в электронном блоке типа УКН, специально, разработанном дл  предлагаемого датчика.

Реализ аци  из обре тени  по з вол - ет отказатьс  от стендов дл  измерени  выбрационных характеристик рубильных молотков.

Claims (1)

1. ДАТЧИК СИЛЫ НАЖАТИЯ для ручного инструмента, содержащий корпус, выполненный'из основания и крыш ки, и размещенный между ними с наI тягом чувствительный преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений., основание и крышка свободно установлены одно в другой, образуя коробчатый корпус, и скреплены вдоль одной из продольных сторон с возможностью качания крышки, а чувствительный преобразователь выполнен в виде электроемкостного элемента эллипсообразной формы с радиусом поверхности, воспринимающей силу, равным где в — ширина преобразователя; * h - его высота, при этом свободные полости корпуса заполнены эластичным герметиком.

   .,„1130749