ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-технической разработки.

Предложена новая конструкция датчика силы, в которой упругие элементы сформированы с помощью радиальных отверстий. В начале выполняется заготовка в форме тела вращения, содержащая кольцевую пластину и цилиндрическую оболочку. В кольцевой пластине выполняют отверстия, направленные радиально, затем формируются силовоспринимающие звенья 6, 7 (рис. 1); силопередающие балки 1, 5; восемь радиальных рычагов 4 и подрезисторные оболочки 2, 3, на которых размещены тензорезисторы 8, 9, 10 и 11. Силовведение осуществляется с помощью балок 1 и 5 узкой своей частью, соединенных с радиальными рычагами, широкой частью с кольцевыми силопередающими звеньями 7 и 6. Поэтому каждый радиальный рычаг 4 повернется на одинаковый угол. Следовательно, каждый из них будет передавать одинаковой величины изгибающие моменты коротким конусообразным оболочкам 2 и 3. А так как между этими оболочками и радиальными рычагами имеется часть оболочки ограниченной криволинейной трапецией ( n ₁-n ₁ и n ₃-n ₃), образованной с помощью радиальных отверстий, то изгибающий момент будет передаваться в окружном направлении равномерно (рис. 2).

Силоизмеритель работает следующим образом. Нагрузка, приложенная к силовоспринимающим кольцевым звеньям 7, 6 при помощи силопередающих балок 1, 5, передается на оболочки 2, 3 так. Что нижние тензорезисторы 10, 11 сжимаются а верхние 8, 9 - растягиваются (рис. 1). Это приводит к разбалансу электрического моста, величина которого пропорциональна измеряемой нагрузке. Расчет коэффициента передачи осуществляется на основе мысленного разделения упругого элемента на звенья: силовводящие 1 и опорные 5 балки, радиальные рычаги 4, подрезисторные оболочки 2, 3. Взаимодействие отсеченных частей осуществляется с помощью силовых факторов Р ₁, q ₁, …, p ₅, q ₅ и моментов М ₁, …, М ₅, равных по абсолютной величине и противоположно направленных. По приведенным зависимостям были рассчитаны и изготовлены пять упругих элементов различной модификации. Два упругих элемента датчика силы, предназначенных измерять усилия до 4 кН (два образца - №1 и №2). Был также изготовлен также упругий элемент повышенной категории точности и с ослабленными силовводящими и силоопорными балками, рассчитанными на номинальное усилие, равное 4 кН (образец №3). Повышение метрологических характеристик упругого элемента обеспечивалась с помощью дополнительных радиальных отверстий, выполненных в заготовке упругого элемента. В образце №4 упругий элемент был рассчитан на номинальное усилие, равное 3 кН, дополнительно ослаблялись только внешние силоопорные балки. Кроме того, был изготовлен упругий элемент (образец №5), включающий обе модификации.

Каждый изготовленный упругий элемент подвергался испытаниям для оценки его метрологических свойств согласно характеристикам ГОСТ 28836-90 (см. таблицу). Анализ таблицы показывает, что изготовленные упругие элементы имеют категорию точности не выше 0,1%, т.е. категория точности в пределах одной партии оказывается достаточно стабильной. Этим свойством не обладают упругие элементы с силопреобразующим звеном в виде кольцевой пластины, рассчитанные для измерения нагрузок ниже 10 кН. Из результатов таблицы также следует, что упругий элемент №3 имеет повышенную категорию точности. Таким образом, предложенная конструкция упругих элементов может служить основой для создания прецизионных силоизмерителей.

Рис. 1. Осевое сечение и расчетная схема упругого элемента,

сформированного с помощью радиальных отверстий.

Для силовводящих звеньев 1, 5 показан их профиль в плане.