устройство для измерения деформации конструктивного элемента (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для измерения деформации конструктивного элемента, содержащее передаточное звено, расположенное в выемке конструктивного элемента, отличающееся тем, что в него введен расположенный с возможностью закрытия выемки датчик с измерительной поверхностью, выполненный с возможностью выдачи зависимого от деформации измерительной поверхности электрического сигнала, причем передаточное звено с одной стороны расположено с возможностью опоры на измерительную поверхность датчика, а с другой стороны - на другой закрытый конец выемки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введена по меньшей мере одна конструкция из датчика с измерительной поверхностью и передаточного звена.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительными поверхностями и передаточных элементов размещены в конструктивном элементе под одинаковыми по величине углами , по отношению к продольной оси конструктивного элемента и с противоположным друг другу наклоном.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конструкция из датчика с измерительной поверхностью и передаточного звена расположена в наклоненной по отношению к продольной оси конструктивного элемента плоскости под углом к поперечной оси конструктивного элемента.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительными поверхностями и передаточных звеньев расположены в наклоненной по отношению к продольной оси конструктивного элемента плоскости под одинаковыми по величине углами , по отношению к поперечной оси конструктивного элемента и с противоположным друг другу наклоном.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительными поверхностями и передаточных звеньев расположены нецентрально в конструктивном элементе со смещением на 90^o друг рядом с другом, причем передаточные звенья расположены параллельно продольной оси конструктивного элемента.

7. Устройство для измерения деформации конструктивного элемента, содержащее передаточное звено, расположенное в выемке конструктивного элемента, отличающееся тем, что в него введены расположенные в конструктивном элементе два датчика с измерительной поверхностью, выполненные с возможностью выдачи зависимых от деформаций их измерительных элементов поверхностей электрических сигналов, причем передаточное звено расположено между датчиками с возможностью опоры на их измерительные поверхности.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в него дополнительно введена по меньшей мере одна конструкция из датчиков с измерительной поверхностью и расположенного между ними передаточного звена.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительными поверхностями и расположенного между ними передаточного звена размещены в конструктивном элементе под одинаковыми по величине углами , по отношению к продольной оси конструктивного элемента и с противоположным друг другу наклоном.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что конструкция из датчиков с измерительными поверхностями и расположенного между ними передаточного звена размещена в наклоненной по отношению к продольной оси конструктивного элемента плоскости под углом к поперечной оси конструктивного элемента.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительными поверхностями и расположенного между ними передаточного звена расположены в наклоненной по отношению к продольной оси конструктивного элемента плоскости под одинаковыми по величине углами , по отношению к поперечной оси конструктивного элемента и с противоположным друг другу наклоном.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что две конструкции из датчиков с измерительной поверхностью и расположенного между ними передаточного звена расположены нецентрально в конструктивном элементе со смещением 90^o друг рядом с другом, причем передаточные звенья расположены параллельно продольной оси конструктивного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для измерения деформации конструктивного элемента.

Известны датчики обычной конструкции, часто используемой в качестве датчика давления или усилия (см. "Технический паспорт датчика давления D9/D7 фирмы "WIKA").

При использовании устройств такого рода обычно на конструктивный элемент помещаются наклеенные или по-иному закрепленные (например, "aufgespatterte" - микро-точечная варка) измерительные элементы, например, на основе тензометрических полосок. Закрепление этих измерительных элементов должно осуществляться с большой тщательностью, что требует больших затрат труда.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для измерения деформации конструктивного элемента, содержащее передаточное звено, расположенное в выемке конструктивного элемента (см. D E, N 2424487, G 01 B 7/16, 1976).

Недостатком данного устройства являются большие затраты труда.

В основу изобретения положена задача создания с помощью простых средств устройства названного вида, которое осуществимо с наименьшими затратами.

Эта задача решается за счет изобретения, приведенного в пп. 1 и 7 формулы изобретения. Предпочтительные дальнейшие осуществления приведены в дополнительных пунктах формулы изобретения.

Закрепление измерительных элементов в известных устройствах, несмотря на тщательное осуществление, не всегда обеспечивает устойчивость, требующуюся для долговременной эксплуатации серийных изделий. В то же время изобретение без проблем обеспечивает эту устойчивость.

Изобретение может использоваться во всех технических областях, в которых возникает решаемая им проблема.

Изобретение обеспечивает практически независимый от температурных воздействий результат измерения, когда для конструктивного элемента и передаточного звена используются материалы с одинаковым коэффициентом теплового расширения, следовательно, например, одинаковый материал для них обоих.

Дальнейшие преимущества изобретения можно видеть из их пояснения с помощью изображенных на чертежах примеров осуществления: на фиг. 1 - первый принципиальный пример осуществления; на фиг. 2 - второй принципиальный пример осуществления; на фиг. 3, 4 - третий принципиальный пример осуществления; на фиг. 5 - четвертый принципиальный пример осуществления; на фиг. 6, 7 - следующий принципиальный пример осуществления; на фиг. 8 - пример осуществления с помощью случая применения в дышловом сцепном устройстве; на фиг. 9 - пример осуществления с помощью случая применения в опорносцепном устройстве.

На фиг. 1 конструктивный элемент 4 произвольным и поэтому не описываемым более подробно образом установлен в структуре 5, 6, 7, 8 так, что он должен воспринимать силы и по меньшей мере изгибающие моменты.

Конструктивный элемент 4 имеет внутреннюю, проходящую в его продольном направлении выемку 2. Выемка на концах 2 закрыта. На одном конце закрытие осуществляется за счет датчика 9. Датчик 9 произвольным обычным и надлежащим образом закреплен в конструктивном элементе 4. Датчик 9 выполнен по типу датчика, имеющего измерительную поверхность и подающего зависимый от деформации этой измерительной поверхности электрический сигнал. Такого рода датчики имеются на рынке в многочисленных модификациях. Они часто используются и обозначаются как датчики давления или усилия.

В выемке 2 расположено передаточное звено 3, которое с одной стороны опирается на измерительную поверхность датчика 9, а с другой стороны - на другой закрытый конец выемки 2. Боковое положение передаточного звена 3 может фиксироваться неизображенным образом за счет обычных мероприятий по центрированию в зоне концов выемки 2 или за счет надлежащих обычных мероприятий по установке в выемке 2.

Передаточное звено 3 изображено центрально по отношению к конструктивному элементу, но оно также может находиться вне центра.

Если конструктивный элемент 4 нагружается силами, соответственно компонентами сил, в его продольном направлении, как это обозначено с помощью двойной стрелки F-F", то являющееся результатом этого изменение расстояния между опорными местами передаточного звена 3 и тем самым изменение длины конструктивного элемента 4 переносится с передаточного звена 3 на измерительную поверхность датчика 9, после чего эта поверхность деформируется и датчик 9 подает соответствующий электрический сигнал. Этот сигнал, далее называемый сигналом деформации, может также оцениваться как силовой сигнал, характеризующий результирующую силу.

В упомянутом случае, когда передаточное звено 3 и тем самым конструкция из датчика 9 и передаточного звена 3 расположены в конструктивном элементе 4 нецентрально, пример осуществления является пригодным также для измерения деформаций от сил, соответственно компонентов сил, в поперечном направлении, как это обозначено с помощью двойной стрелки Q-Q", соответственно самих сил и соответствующих изгибающих моментов. В этом случае передаточное звено 3 и датчик 9 находятся вне нейтрального волокна конструктивного элемента 4, так что передаточное звено 3 передает на датчик 9 соответствующие его положению в конструктивном элементе 4 изменения длины за счет этих сил, соответственно изгибающих моментов.

Для обеспечения возможности измерений в обоих направлениях двойной стрелки F-F" и/или двойной стрелки Q-Q" является целесообразным осуществление опоры передаточного звена 3 таким образом, чтобы оно уже при свободном от сил конструктивном элементе 4 создавало предварительное напряжение датчика 9, то есть конкретно: предварительно деформировало его измерительную поверхность. Тогда датчик 9 при свободном от сил конструктивном элементе подает основной сигнал, который модулируется в соответствии с воспринимаемыми конструктивным элементом силами и/или изгибающими моментами.

Предварительное напряжение датчика 9 предпочтительно простым образом может быть достигнуто и сделано регулируемым за счет того, что противолежащий датчику 9 конец выемки 2 закрыт резьбовой пробкой 1, на которую опирается передаточное звено 3 на этом конце. С помощью резьбовой пробки 1 может регулироваться положение передаточного звена 3 по отношению к датчику 9 и тем самым его предварительное напряжение. Если от преимущества регулируемости отказываются или если это преимущество может быть достигнуто по-другому, закрытие соответствующего конца выемки 2 также может осуществляться любым другим образом.

В примере осуществления в соответствии с фиг. 2 выемка на противолежащем датчику 9 конце закрыта такого же вида датчиком 10, на который на этом конце опирается передаточное звено 3.

На основании сигналов деформации обоих датчиков 9, 10 в этом случае может получаться усиление сигналов за счет суммирования или за счет усреднения образования средней величины сигнала.

Датчик 10 установлен в резьбовой пробке 11, ввинченной на соответствующем конце выемки 2 в конструктивный элемент 4. С помощью резьбовой пробки 11 является возможной регулировка положения передаточного звена 3 по отношению к датчикам 9, 10 и тем самым достижение и регулировка предварительного напряжения обоих датчиков 9, 10 для названной выше цели.

В примере осуществления согласно фиг. 3 и 4 конструктивный элемент 4 и опорные части 15, 16 образуют контропору. Через места ввода силы 13, 14 в одной опорной части 15 в контропору вводятся силы так, как показано с помощью двойных стрелок Q₁ - Q₁" и Q₂ - Q₂", в двух перпендикулярных друг другу поперечных направлениях, которые нагружают конструктивный элемент 4 на изгиб.

В конструктивный элемент 4 помещены две конструкции из передаточных звеньев 3 и датчиков 9, аналогичных передаточным звеньям и датчикам в соответствии с первым примером осуществления. Отличие этих конструкций от конструкций в соответствии с первым примером осуществления состоит в том, что для достижения и регулировки предварительного напряжения датчик 9, как и датчик 10 примера осуществления в соответствии с фиг. 2, установлен в резьбовой пробке 11 и противолежащий конец выемки прочно закрыт.

Конструкции из передаточного звена 3 и датчика 9 находятся в конструктивном элементе 4 нецентрально со смещением на 90^o друг рядом с другом, причем передаточные звенья 3 расположены параллельно продольной оси (А-А) конструктивного элемента, но соответственно центрально по отношению к одному из поперечных направлений Q₁ - Q₁" и Q₂ - Q₂". За счет этого каждая конструкция из передаточного звена 3 и датчика 9 является эффективной лишь для той силы в поперечном направлении, по отношению к которой она расположена центрально.

В отношении силы соответственно в другом поперечном направлении каждая конструкция расположена в нейтральном волокне.

При оценке сигналов деформации датчиков 9 как силовых сигналов эта конструкция обеспечивает возможность определения направления результирующей силы, соответственно плоскости результирующего изгибающего момента. Наоборот, эта конструкция в тех случаях, в которых сила или результирующая сила в произвольном направлении или изгибающий момент в произвольной плоскости действуют на конструктивный элемент 4, обеспечивает возможность определения их компонентов в поперечных направлениях Q₁ - Q₁" и Q₂ - Q₂".

На фиг. 5 предусмотрены две конструкции из датчиков 9 и передаточных звеньев 3 под одинаковыми по величине углами и относительно продольной оси (А-А) обозначенного здесь ссылочной позицией 20 конструктивного элемента, однако с противоположным друг к другу наклоном.

Этот пример осуществления обеспечивает возможность измерения напряжений сдвига, вызываемых за счет изгибающих моментов в конструктивном элементе 20. Сигналы деформации обоих датчиков 9 подводятся к схематически обозначенному суммирующему устройству 21. Суммирующее устройство 21 взаимно уничтожает доли сигналов деформации, обусловленные напряжениями изгиба, и выдает доли сигналов деформации, вызванные напряжениями сдвига.

В примере осуществления согласно фиг. 6 и 7 конструктивный элемент 30, показанный на фиг. 6 в виде сверху, неподвижно по вращению зажат в позиции 31. На фиг. 6 далее приведена наклоненная к продольной оси (А-А) конструктивного элемента 30 линия разреза. Эта линия разреза является линией проникновения (В-В) плоскости, расположенной вертикально на чертеже.

На фиг. 7 показан разрез конструктивного элемента 30 в плоскости, охарактеризованной линией проникновения (В-В). Из фиг. 7 можно видеть, что в этой плоскости помещены две конструкции из датчиков 9 и передаточных звеньев 3. Каждая из этих конструкций расположена под одинаковым по величине углом , соответственно , по отношению к поперечной оси конструктивного элемента 30, однако с противоположным друг к другу наклоном.

При этой конструкции опорные места передаточного звена 3 находятся в поперечных сечениях конструктивного элемента 30, различным образом расширяемых под воздействием вращающих моментов. Различия в растяжении в этих поперечных сечениях передаточные звенья 3 переносят на соответствующий датчик 9. Поэтому сигналы деформации датчиков 9 в этом примере осуществления являются особенно пригодными для измерения действующих на конструктивный элемент 30 вращающих моментов, соответственно вращающих сил.

Устройство согласно этому примеру осуществления действует описанным образом также в том случае, когда предусмотрена лишь одна конструкция из датчика 9 и передаточного звена 3.

В примере осуществления плоскость, охарактеризованная линией проникновения В-В, пересекает конструктивный элемент 30 и плоскость чертежа под прямым углом. Это не должно быть обязательным. Соответствующая плоскость может пересекать конструктивный элемент 30 и плоскость чертежа также под другими углами.

В примере осуществления согласно фиг. 8 схематически показано в качестве примера осуществления дышловое сцепное устройство. В технической области дорожных транспортных средств такого рода дышловые сцепные устройства используются, например, для соединения дышлового прицепа с тяговым вагоном.

Конструктивный элемент 4 в этом случае неподвижно соединен с тяговой серьгой 40 и переносит исходящие от нее силы на структуру 5, 6, 7, 8, которую в этом случае следует рассматривать как составную часть тягового вагона. Для уменьшения ударов в нормальном случае некоторые составляющие 6, 7 этой структуры состоят из эластомера.

В конструктивном элементе 4 вне центра помещены две конструкции из датчиков 9 и передаточных звеньев 3 согласно примеру осуществления в соответствии с фиг. 1. Сигнал деформации в этом случае оценивается как силовой сигнал, характеризующий результирующую дышловую силу, соответственно результирующий дышловой изгибающий момент.

В примере осуществления согласно фиг. 9 в качестве случая применения схематически показано опорно-сцепное устройство. В технической области дорожных транспортных средств такое опорно-сцепное устройство используется на тяговом транспортном средстве для соединения этого транспортного средства с седельным прицепом.

Этот пример осуществления соответствует примерам осуществления согласно фиг. 3 и 4. Одна опорная часть 15, имеющая там места ввода силы 13 и 14, развита здесь далее до плиты сцепного устройства 50 и соответственно неподвижно соединена с такой плитой.

В этом примере осуществления седельная плита 50 переносит на конструктивный элемент 4 результирующую силу, соответственно результирующий изгибающий момент, чьи компоненты в поперечных направлениях Q₁ - Q₁" и Q₂ - Q₂" определяют конструкции из датчиков деформации 9 и передаточного звена 3. Это определение требуется в связи с тем, что компоненты оцениваются для различных целей. Компонента в вертикальном направлении Q₁ - Q₁" может оцениваться, например, для зависимого от нагрузки регулирования тормозного давления, компонента в горизонтальном направлении Q₂ - Q₂" может оцениваться, например, для так называемого регулирования силы сцепки.

В том случае, если из приведенных выше пояснений не следует ничего противоречащего, то пояснения, данные к одному примеру осуществления, являются непосредственно или при соответствующем применении действующими также для других примеров осуществления. Примеры осуществления и соответственно вытекающие из них принципы изобретения также могут использоваться при их комбинировании.

Специалист может видеть, что область охраны настоящего изобретения не описывается исчерпывающим образом за счет примеров осуществления и охватывает все те осуществления, признаки которых подпадают под пункты формулы изобретения.