CC BY
9
УДК 531.781.2
Ю.В.ПОЛЯНСКОВ, А.В.ФИОНОВА, И.В.АНТОНЕЦ
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ КОЛЬЦЕВЫХ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Существующие силоизмерительные устройства, чувствительным элементом которых является упругое кольцо, работают в определенных интервалах нагрузки. Характерной особенностью известных силоизмерительных устройств является наличие порога чувствительности, не позволяющего осуществлять измерение малых сил с заданной точностью. Однако на практике, например при взвешивании сыпучих грузов в автоматическом режиме, необходимо с заданной точностью измерять нагрузки в диапазоне от десятков до сотен и тысяч Н. С целью решения указанной задачи авторами разработаны оригинальные конструкции силоизмерительных устройств, у которых пара колец работает или последовательно, или параллельно. Динамический расчет отдельного кольца переменного сечения рассмотрен ранее [1]. В статье представлены описания этих новых конструкций и расчет напряжений и деформаций в кольцах.
Силоизмерительное устройство с последовательной работой колец функционирует следующим образом (рис. 1): в исходном состоянии внутреннее кольцо 3 свободно закреплено в верхней части внешнего кольца 1. Между внутренним кольцом 3 и электромагнитом 4, закрепленным на плите 5, свободно лежащей на нижнем основании кольца 1, существует зазор 5. Перед началом ра-работы подается напряже-
те. 1. Силоизмерительное
ройство
уст-
бОТойколецОСЛеДОВаТеЛЬ,,ОЙ Р*
© Ю.В. Полянсков, А.В. Фионова, И.В. Антонец, I"8
кие на электромагнит 4. и он притягивается с плитой 5 к кольцу 3, ликвидируя тем самым зазор S. После того как на силоизмсри-тельное устройство начинает действовать нагрузка, в первой фазе в работу вступает внутреннее кольцо 3. При достижении нагрузки Fn (пороговое значение нагрузки) электромагнит автоматически отключается, плита 5 ложится на нижнее основание кольца 1, кольцо 3 освобождается и возвращается в исходное состояние, и во второй фазе начинает работать внешнее кольцо, рассчитанное на нагрузку до Fma*.
Каждое из колец один раз статически неопределимо, в связи с чем для каждого кольца необходимо одно уравнение совместности деформации. Это уравнение выражает отсутствие угла поворота сечения от действия внешней нагрузки F и неизвестного изгибающего момента X:
Yif+YU Х= 0. (1)
Определим коэффициенты уравнения (1):
YM=-[R/ (Eel)] • J ftp + [R / (EI)] • Jftp,
0 а
где а - конструктивный угол прилива; I - минимальный момент инерции поперечного сечения кольца; el - момент инерции на участке прилива; R - средний радиус кольца; <р - угловая координата произвольного сечения;
Yif = -[R / (Eel)] • jMpM.&p* [R / (EI)] - /MFM,ap,
о a
где Mi = - 1 - изгибающий момент от единичного момента ; Mf -изгибающий момент от нагрузки :
Mf = - 0,5 F R sin <p.
Изгибающий момент X = -Yif/Yii= FRB/ А, где А = a+ с (я-a); В = 0,5 [ cos а(с - 1) + (с + 1) ].
Для определения деформации кольца f суммарный изгибающий момент от нагрузки Mf = (FRB/A) - 0,5 sin ср.
После преобразований:
f = FRC /I,
где
С = 1/ (Ее) - [ 0,5F (a/2 - 0.25sin 2a) + FB/A- ( cos a - 1 )] + + 1/E- [ 0,5F (71/2-0/2+ 0.25sin 2a) + FB/A • (-1- eos a)].
Напряжение изгиба в кольцах 1 и 2:
о = 0,5Ь Мк /1 < [ сг ] где 11 - высота кольца между приливами.
Силоизмерительное устройство с параллельной . лец функционирует следующим образом Гпиг Г Работой «о-
Ф а в«Утреннее
[-1
1 1
II II и II II II II ; ___^
а)
Рис. 2. Силоизмерительное устройство с параллельной работой колец (а) и соответствующая расчетная схема (б)
кольцо 3 закреплено в верхней части внешнего кольца 1 посредством двух пластин 2 и штифта. Снизу к кольцу 3 подвешена плита 4. Между плитой 4 и нижним основанием кольца 1 имеется зазор Б. После того как на силоизмерительное устройство начинает действовать нагрузка, в первой фазе в работу вступает внутреннее кольцо 3. При достижении нагрузки Рп плита 4 ложится на основание внешнего кольца 1, ликвидируя тем самым зазор и во второй фазе нагрузку начинают воспринимать оба кольца, работая параллельно, до предельной нагрузки Ртах.
1фаза: работает внутреннее кольцо.
После раскрытия статической неопределимости получаем: Уп = -Кл/(Е1); У|Р= 2¥1КЧ(Е1); Х=2¥\Я/я.
Деформация внутреннего кольца:
(я2 - 4)] / (яЕ1|).
2 фаза: параллельно работают оба кольца.
Система 2 раза статически неопределима ( рис. 2, б). Требуются 2 уравнения совместности перемещений. Угол поворота сечения внутреннего кольца (в месте разреза):
YIF+ Y„X= 0. Общая деформация внутреннего и наружного колец:
fl = f2,
где f2 = ( 0,5F- Fi)( Bi + Ci) / h;
A i= R.2 /[ ( I- cos а) / с + cos а ];
Bi= [R2/(ECi)] • [A1R2 (cos а -1) + R2 ( а /2 - 0.25sin2a )]: C,= [2R2/E]-[Ai R2 cos а + Rj( л/4-а/2 + 0.25sin2a)].
Отсюда
Fi= [0,5EIi (В1+С1Я / [I2 D + Ii( Bi + Ci)], где D = 1,88Rf/ E; F2 = 0,5F-Ff, Xi = 2F,R,/tc; Х2 = 2Р21Ыл. Напряжение изгиба в кольцах 1 и 2:
а = 0,5 h Мг /1 < [а]. Проведенные теоретические расчеты показали, что устройства работоспособны, что они позволяют производить измерения в широком диапазоне нагрузок практически с равной чувствительностью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фионова A.B., Антонец И.В.. Шестернинов A.B. Динамика упругого кольца силоизмерительного устройства // Тезисы докл. 30-й НТК. 4.2. Ульяновск: УлГГУ, 1996. С.4.
УДК 593.3:621.735 Ю.Н.БЕРЛЕТ, Ю.А.ТИТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ, СОВМЕЩЕННОЙ С ОТБОРТОВКОЙ
Полые детали типа тел вращения с отверстием в донной части в основном изготавливают вытяжкой из плоской заготовки, а Применение огбортовки ограничивается лишь деталями, кмею-
© Ю.Н. Берлет, Ю.А. Титов, 199«
