Трикоординатний тензометричний перетворювач переміщень

Реферат: Трикоординатний тензометричний перетворювач переміщень, що містить корпус, щуп, поршень, пружину, яка розташована в корпусі і через поршень притискує щуп до поверхні випробовуваної конструкції, чутливі елементи і елементи кріплення цього перетворювача в заданому положенні, причому з метою одночасного вимірювання переміщень точки контрольованої поверхні у заданих нормальному і двотангенціальних взаємно перпендикулярних напрямках, шуп і поршень виконані складними, причому складний щуп типу шатуна у своїй середній частині і складний поршень у своїй нижній частині з'єднані між собою за допомогою карданного підвісу. UA 117174 U (12) UA 117174 U UA 117174 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ця корисна модель належить до контрольно-вимірювальної техніки, а саме до будови тензорезисторних перетворювачів лінійних переміщень. Вона може бути використана у різних галузях науки і техніки, всюди, де потрібне дистанційне вимірювання переміщень у трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Однією з актуальних проблем сучасного машинобудування є істотне скорочення термінів розробки нових конструкцій, зниження їх матеріаломісткості і поліпшення деформаційноміцнісних характеристик. Стосовно складних вузлів і агрегатів її вирішення пов'язане з необхідністю виконання численних вимірів поля переміщень створюваного виробу на стадії доведення. У зв'язку з браком добре оснащених випробувальних стендів і високошвидкісних технологій випробувальних робіт такі виміри часто виявляються дуже тривалими. Так, наприклад, випробування на жорсткість коробки передач і зчеплення автомобіля, що передбачають багатоточкові і багатоступінчасті виміри 1-3 компонент її переміщень, на стендах з індикаторами годинникового типу тривають декілька місяців, що не відповідає потребам практики. Тому дана корисна модель може знайти широке застосування в заводських лабораторіях і дослідницьких центрах, в яких проводять стендові випробування на жорсткість і міцність складних вузлів і агрегатів. Вона особливо корисна в тих випадках, коли скорочення термінів випробувань і підвищення точності вимірів дозволяє отримати значний технікоекономічний ефект. Відомий тензорезисторний перетворювач лінійних переміщень, що містить консольно закріплений на корпусі плоский чутливий елемент у вигляді балки рівного опору, на якій наклеєні тензорезистори, при цьому перетворювач контактує з об'єктом дослідження тільки чутливим елементом [1]. Цей перетворювач вимірює переміщення тільки в одному напрямку (перпендикулярному площині чутливого елемента). Найбільш близьким аналогом до перетворювача, який вибрано за прототип, є тензометр для виміру деформацій тонкостінних і великогабаритних конструкцій [2]. Тензометр містить корпус, чутливий елемент П-подібної форми з отвором в центрі поперечини, циліндричну пружину стискування, розташовану між корпусом і поперечиною чутливого елемента, пов'язану одним кінцем з корпусом, а іншим закріплену на кульовій опорі, шток, розташований усередині пружини стискування в центральному отворі кульової опори і утворюючий з кульовою опорою ковзаючу пару. Кульова опора встановлена в отворі поперечини. Шток пов'язаний з корпусом через платформу, яка має малий коефіцієнт тертя з корпусом. Недоліками цього тензометра є те, що він вимірює відносне переміщення двох точок на поверхні і може одночасно вимірювати переміщення, лише в одному напрямку. У основу корисної моделі поставлено задачу розробки тензометричного пристрою, що може одночасно вимірювати переміщення точки поверхні втрьох взаємно перпендикулярних напрямках. Поставлена задача виконано таким чином, що у запропонованому "Трикоординатному тензометричному перетворювачі переміщень", то включає корпус, порожнистий поршень з рухливим щупом, циліндричну пружину стискування, яка розташована в корпусі і через порожнистий поршень притискує щуп до поверхні випробовуваної конструкції, чутливі елементи і елементи кріплення його перетворювача в заданому положенні, новим є те, що, з метою одночасного вимірювання переміщень точки контрольованої поверхні у заданих нормальному і двох тангенціальних взаємно перпендикулярних напрямках, щуп і поршень виконані складними, причому складний щуп типу шатуна у своїй середній частині і складний поршень у своїй нижній частині з'єднані між собою за допомогою карданного підвісу. Крім того, новими відмінними ознаками є те, що складний щуп типу шатуна має вхідну і вихідну штанги, вхідна штатна контактує з контрольованою поверхнею, вихідна штанга має на кінці чотиригранну п'яту, якою контактує з чотирма чутливими елементами, що попарно закріплені в порожнині поршня в двох взаємно перпендикулярних напрямках, а складний поршень має "глухий" торець із зовнішньою поверхнею у формі зрізаного конуса, яка контактує з двома чутливими елементами, що діаметрально протилежно закріплені в порожнині нерухомого корпусу, що при розташуванні поздовжньої осі закріпленого перетворювача по нормалі до поверхні в досліджуваній точці забезпечує вимірювання нормального переміщення точки поверхні шляхом відповідного подовжнього переміщення щупа типу шатуна сумісно з поршнем, який конічним торцем викликає вигини пари чутливих елементів, закріплених на нерухомому корпусі, та забезпечує вимірювання тангенціальних переміщень точки поверхні вдвох заданих взаємно перпендикулярних напрямках шляхом відповідних нахилів щупа типу шатуна і пропорційних вигинів в цих напрямках двох пар чутливих елементів, закріплених в порожнині поршня. Суть конструкції та особливості функціонування "Трикоординатного тензометричного перетворювача переміщень" (далі "Перетворювач") пояснюється кресленням. Перетворювач 1 UA 117174 U 5 10 15 20 25 30 складається із трубчастого корпусу 1, в торець якого угвинчена кришка 2 з прикріпленими до неї за допомогою накладки 3 і гвинта 4 двома діаметрально розташованими чутливими елементами 5. Усередині корпусу розміщений складний поршень 6-7-8-9-10-11-12 з нижнім фланцем 12 і приєднаним складним щупом 13-14-15-16-17-18. Карданний підвіс 19-20-21-22 забезпечує щупу вільні нахили у будь-якій площині, яка проходить через поздовжню вісь корпусу. Відповідне зміщення чотиригранної п'яти 13 верхньої штанги 14 відображається вигинами чотирьох чутливих елементів 23, що закріплені на середньому фланці 9 поршня в двох взаємно перпендикулярних напрямках. Зовнішня поверхня верхнього фланця 6 поршня у формі конуса призначена для відображення повздовжніх переміщень поршня вигинами двох чутливих елементів 5. Чутливі елементи виконані у вигляді пружної консольно закріпленої балки прямокутного поперечного перерізу, на яку наклеєні фольгові тензорезистори, з'єднані за мостовою схемою. Гвинт-аретир 24, пружина 25, гвинт-обмежувач поворотів поршня 26 в окружному напрямі, опорне кільце 27 є запобіжними і допоміжними елементами перетворювача. Кільце 28, держак 29 і гвинт 30 дозволяють закріпити перетворювач в заданому положенні. Перетворювач функціонує наступним чином. Корпус 1 перетворювача кріплять на деякій відстані від поверхні випробуваної конструкції так, щоб його поздовжня вісь збігалася з нормаллю до поверхні в точці вимірювання, а наконечник 18 щупа притискався пружиною 25 до цієї поверхні в потрібній точці. Незначне зусилля стиснення пружини, що передасться через поршень і щуп, забезпечує контакт наконечника щупа з поверхнею випробуваної конструкції і його непросковзання при деформації конструкції. При деформації об'єкта відбувається переміщення наконечника щупа, при цьому тангенціальні (дотичні до поверхні) переміщення точки в двох взаємно перпендикулярних напрямках вимірюються за допомогою чотирьох чутливих елементів 23, а її нормальне до поверхні переміщення вимірюється за допомогою двох чутливих елементів 5. Пропонований перетворювач переміщень призначений для контактного виміру одночасно трьох взаємно перпендикулярних компонент переміщення у будь-якій точці поверхні конструкції, у тому числі через невеликий просвіт на глибинах, що не перевищують довжину вхідної штанги щупа; не вимагає попередньої обробки поверхні. Він дуже ефективний при багатоточкових і багатоступінчастих вимірах у складі сучасної тензометричної інформаційно-вимірювальної системи. Перетворювач у кількості 40 одиниць було апробовано на одному з автомобільних підприємств, де в комплекті з тензометричною системою СИИТ-3 та блоком-реєстратором він дозволив в 12-15 разів скоротити (в порівнянні з індикаторами годинникового типу) тривалість випробувань вузлів трансмісії автомобіля на жорсткість. 35 Технічні характеристики пробного зразка - Діапазон вимірюваних переміщень одного знаку від 0 до 10 мм; знакозмінних від -5 до +5 мм. - Похибка вимірів по нормалі до поверхні 2-5 мкм; у дотичній до поверхні площині 3-10 мкм. - Габаритні розміри в робочому стані 38×390 мм. - Довжина вхідної штанги щупа 360 мм. - Маса без урахування приєднаного кабелю 0,75 кг. - Температурний діапазон експлуатації до 48-52 °C. 40 Конструкція перетворювача дозволяє при невеликих додаткових витратах розширити діапазон вимірюваних переміщень або зменшити похибку вимірів в 2 рази і більше при збереженні незмінної одній з цих характеристик. Джерела інформації: 1. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. П/р Макарова Р.А., Μ.: Машиностроение, 1975, с. 114, табл. 21, схема 1. 2. Тензометр. Патент СССР № 1374039, МПК: G01B 7/16, авторы М.И. Коновалов и Ю.Н. Ющенко. Опубликовано: 15.02.1988. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Трикоординатний тензометричний перетворювач переміщень, що містить корпус, щуп, поршень, пружину, яка розташована в корпусі і через поршень притискує щуп до поверхні 2 UA 117174 U 5 10 15 20 випробовуваної конструкції, чутливі елементи і елементи кріплення цього перетворювача в заданому положенні, який відрізняється тим, що з метою одночасного вимірювання переміщень точки контрольованої поверхні у заданих нормальному і двотангенціальних взаємно перпендикулярних напрямках шуп і поршень виконані складними, причому складний щуп типу шатуна у своїй середній частині і складний поршень у своїй нижній частині з'єднані між собою за допомогою карданного підвісу. 2. Трикоординатний тензометричний перетворювач переміщень за п. 1, який відрізняється тим, що складний щуп типу шатуна має вхідну і вихідну штанги, вхідна штанга контактує з контрольованою поверхнею, вихідна штанга має на кінці чотиригранну п'яту, якою контактує з чотирма чутливими елементами, що попарно закріплені в порожнині поршня в двох взаємно перпендикулярних напрямках, а складний поршень має "глухий" торець із зовнішньою поверхнею у формі зрізаного конуса, яка контактує з двома чутливими елементами, що діаметрально протилежно закріплені в порожнині нерухомого корпусу, що при розташуванні поздовжньої осі закріпленого перетворювача по нормалі до поверхні в досліджуваній точці забезпечує вимірювання нормального переміщення точки поверхні шляхом відповідного подовжнього переміщення щупа типу шатуна сумісно з поршнем, який конічним торцем викликає вигини пари чутливих елементів, закріплених на нерухомому корпусі, та забезпечує вимірювання тангенціальних переміщень точки поверхні в двох заданих взаємно перпендикулярних напрямках шляхом відповідних нахилів щупа типу шатуна і пропорційних вигинів в цих напрямках двох пар чутливих елементів, закріплених в порожнині поршня. 3 UA 117174 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4