SU1747961A1 - Многокомпонентный датчик сил и моментов - Google Patents

Abstract

Использование: область измерительной техники и может быть использовано в качестве миниатюрного многокомпонентного динамометра дл   измерени ; сил и моментов резаний в металлообработке, а также в качестве миниатюрных в н утр им отельных аэродинамических весов. Сущность изобретени : датчик содержит силовоспринимающую часть (1), св занную с параллельным ей основанием (2) шестью стержн ми (3-8) с тензорезисторамй.при этом стержни (3-8) выполнены с пр моугольным сечением и .6дййа р вы ми П 0 л1йГн КСкйёг1Щнь1 .Ь сйло- воспрйнймаюЧцеЙ частью (1) и основанием

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в качестве миниатюрного многокомпонентного динамометра дл  измерени  сил и мо- ментов резани  в металлообработке ив других технологических процессах, в качестве миниатюрных внутримодельн ых азрО- .динамических весов, дл  очувствлени  роботов, в эргономических исследовани х, в приборах и тренажерах спортивного назначени  и ТА.

Известен многокомпонентный дат- чик сил и моментов; содержащий сило- восприн и мающую часть, основание и соедин ющие их стержни с измеритёльны , мй преобразовател ми, которым присущи сложность и ctSTl Wfle p fllWH ftocTb конструкций с йёстабильност ми во времени и по температуре, .

Цель изобретени  - упрощение конструкций и повышение тёхнолртичности её изготовлени , повышение точности измерений как в статмке так и в динамике, расширение динамического диапазона измерений и миниатюризации.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый датчик; на фиг.2 - конструкци  одного из стержней с теНзорезисторами; на фиг.З -- рхемэ включени  тензорезисторов каждого стержн  в мост Уинстона; на фиг.42

XI

Ю О

9 - схемы вычислени  компонент измер емых векторов силы и момента Pz, Ру, Рх, M(z), М(у) и М(х) в показанной на фиг.1 системе координат XYZ,

Датчик состоит из силовоспринимаю- щей части 1, основани  2, шести одинаковых стержней 3, 4, 5, 6, 7 и 8, соедин ющих силовоспринимающую часть 1 и основание 2 с помощью заделок 9 Стержни объединены -в пары 3-4, 5-6 и 7-8 под углом # « 108-120°, соедин ющиес  между собой у основани  2. Плоскости пар 3-4, 5-6 и 7-8 перпендикул рны силовоспринимающей части 1 и основанию 2 и образуют в их пересечении равносторонние треугольники (пунктирные линии на фиг.1). Каждый стержень 3-8 имеет длину L и пр моугольное сечение со сторонами axb, причем величина L равна или больше утроенной большей стороне сечени  (а или Ь) На противоположных сторбнах каждого стержн  вдоль его оси в средней части наклеены тенэорезисторы 10 с базой 1, которые преобразуют деформа- цикГраст жени  - сжати  стержн  в изменение своего омического сопротивлени .

При этом длина L любого стержн  равна (или) больше удвоенной величине базы 1. В непосредственной близости от рабочих тен- зорезисторов 10 перпендикул рно ос м стержней 3-8 наклеены компенсационные тензорезмсторы 11 Если величины сторон сечений а и b стержней меньше базы тензо- резисторов 11, то последние могут быть наклеены на силовоспринммающей части 1 (например, заштрихованные полости 12 на фиг.2) или на основании 2 вблизи своих стержней,

Все тенэорезисторы 10 и 11 (или 10 и 12) каждого из стержней включены в мосты Уинстона (всего в устройстве шесть мостов - по числу стержней), выходные напр жени  которых V3-Ve пропорциональны деформаци м раст жени  -сжати  соответствующих стержней. Причем рабочие тензо- резисторы 10 каждого стержн  включены в противоположные плечи моста Уинстона, а компенсационные тензорезисторы 11 (или 12) - в смежные с первыми плечи моста. Такое известное включение тензорезисто- ров 10, 11 (или 12) обеспечивает компенсацию изгибной деформации стерхшей, минимизирует температурную и временную нестабильность всех шести мостовых схем.

Устройство работает следующим образом .

Воздействующие на силовоспринимающую часть 1 векторы силы и момента (не показаны) привод т к соответствующей де- формации части или всех шести 3-8 стержней . Как показали экспериментальные

исследовани , доминирующим видом деформации каждого стержн   вл етс  раст жение - сжатие, которые и воспринимают рабочие тензорезисторы 10. В результате

выходные напр жени  каждого моста N/3-Ve пропорциональны нормальным силам соответствующих стержней 3-8.

Секторы статических или динамических силы и момента, приложенных к силовоспринимающей части 1, в данной статически определимой конструкции вычисл ютс  из известных шести уравнений равновеси  в прин той на фиг.1 системе координат XY с помощью определени  трех проекций силы

Рх, Ру, PZ и трех составл ющих момента М(х), М(у) и (Mz) по выходным напр жени м мостов Va-Ve. Дл  решени  этой известной задачи используютс  известные устройства, например шесть сумматоров на операционнЫх усилител х с соответствующими коэффициентами передачи и инверси ми (фиг 4-фиг 9).

Использование заделок 9 концов всех

стержней, а не сферических шарниров , обеспечивает упрощение конструкции устройства и, ее технологичности, Этим же цел м служит равенство всех стержней 3-8 по длине и по размерам их пр моугольных

сечений. При сборке устройства стержни могут ввариватьс  между силовоспринимающей частью 1 и основанием 2 по отдельности или совместно предварительно изготавливатьс  из листового материала

штамповкой и (или) фрезеровкой имеете с част ми силовоспринимающей части 1 и основани  2 с последующей сваркой мест соединений и т.д. Пр моугольное сечение стержней упрощает процедуру наклейки рабочих и компенсационных тензорезисторов 10 и 11. При этом повышаетс  точность измерений как в статике, так и в динамике за счет устранени  эффекта гистерезиса, минимизации нелинейности и повышени 

жесткости, а с ней низших собственных частот устройства в целом, с повышением прочности и перегрузочной способности, что обеспечиваетс  с помощью попарного объединени  стержней 3-4, 5-6, 7-8 под

углом тр 108-120° в трех плоскост х, перпендикул рных силовоспринимающей части 1 и основанию 2 в виде равносторон- k них треугольников, повернутых друг относительно друга под углом 60°. Дл 

минимизации размеров.устройства экспериментально определены предельные соотношени : длина каждого стержн  в три раза превышает размер большей стороны его сечени  (а или 0) и в два раза превышает

базу рабочих 10 тензорезисторов 1.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Многокомпонентный датчик сил и моментов , содержащий силовоспринимаю- щую часть, св занную с параллельным ей основанием шестью стержн ми с тензоре- зисторами, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и уменьшени  габаритов, стержни выполнены с пр моугольным сечением и одинаковыми по длине , и скреплены с силовоспринимающей частью и основанием при помощи жестких заделок, а основание и силовоспринимаю- ща  часть представл ют собой повернутые друг относительно друга на угол 60° треугольники , при этом стержни скреплены поЪ

   в

   парно в вершинах основани  и силовоспринимающей части, и углы при вершинах треугольных граней, образованных стержн ми в месте закреплени  в силовоспринимающей части Составл ют 108-120°, а сами эти вершины наход тс  в вершинах треугольника силовоспрмнимающей части, при этом треугольные грани с вершинами в си- - ловоспрмнимающей части перпендикул рны плоскости основани  и плоскости силовоспринимающей части, а длина каждого стержн  в три и более раза превышает длину большей стороны его сечени  и в два и более раза превышает базу тензорезисторов .

   Фиг. 2

   11

   t/, о

   сь

   . «

   Й/«. 5

   X/

   l/9()

   Фиг.З

   4«

   ,-«--

   -(4-,)

   ,

   4t

   %+-tn

   fah±jf $-$ $) %

   Фчг.6

   « tfaff

   M($ (-У3.Ц,) ШУ2

   1 s

   Рчг.7

   -№-%+ ) (

   tpui.g

   u

   Пч.9

   8

   2-etsSL

   .

   /; ; .