Динамометр

Заявляемый в качестве полезной модели динамометр относится к устройствам для измерения сил, а более конкретно - к обработке материалов резанием и может быть применен для измерения составляющих силы резания. Сущность полезной модели заключается в том, что динамометр для измерения составляющих сил резания содержит корпус с установленным в нем силовоспринимающим элементом, который снабжен режущей частью и жестко закрепленные в корпусе упругие тензорезисторные балки, контактирующие с силовоспринимающим элементом по сферической поверхности. Сферическая поверхность образована тороидальным пояском, выполненным на силовоспринимающем элементе, жестко связанным с корпусом. Поверхности упругих тензорезисторных балок контактируют с тороидальным пояском через введенный теплоизоляционный слой. Использование предлагаемого в качестве полезной модели динамометра позволяет на 15-25% повысить точность измерения динамометра без снижения его жесткости при измерении малых усилий резания. Также позволяет проводить измерения малых усилий резания с высокой чувствительностью при высокой жесткости крепления инструмента, обеспечивающей стабильные параметры процесса резания и хорошее качество обработки поверхностей.

Заявляемый в качестве полезной модели динамометр относится к устройствам для измерения сил, а более конкретно - к обработке материалов резанием и может быть применен для измерения составляющих силы резания.

Известен трехкомпонентный динамометр для измерения составляющих усилия резания, содержащий корпус, в котором размещен вкладыш с режущей пластинкой, установленной в силовоспринимающем элементе, с которым связаны упругие элементы. Причем, силовоспринимающий элемент выполнен в виде пирамиды, в вершине которой размещен вкладыш, а в основании - радиатор охлаждения (а.с. 861993).

Прототипом является устройство для измерения составляющих усилия резания, действующих на режущие элементы инструмента вращательного действия, содержащее режущие элементы, установленные на периферии корпуса и тензорезисторы. Причем, каждый из режущих элементов выполнен заодно с упругой перемычкой, расположенной между основанием и рабочей частью и установлен с упором в упругие стойки, образованные пазом, в котором закреплен режущий элемент, и двумя другими пазами, симметричными относительно оси симметрии первого паза. Тензиреисторы для измерения тангенциальной составляющей наклеены на стойках.

Тензорезисторы для измерения радиальной составляющей - на перемычке режущего элемента (а.с. 305374).

Недостатком известных устройств является низкая точность при измерении малых усилий резания.

Задачей полезной модели является повышение точности измерения динамометра при измерении малых усилий резания.

Техническим результатом является то, что заявленный в качестве полезной модели динамометр позволяет точно определить величину малых усилий, например, при резании неметаллических материалов.

Достигается это за счет того, что динамометр для измерения составляющих сил резания содержит корпус с установленным в нем силовоспринимающим элементом, который снабжен режущей частью и жестко закрепленные в корпусе упругие тензорезисторные балки, контактирующие с силовоспринимающим элементом по сферической поверхности. Сферическая поверхность образована тороидальным пояском, выполненным на силовоспринимающем элементе, жестко связанным с корпусом. Поверхности упругих тензорезисторных балок контактируют с тороидальным пояском через введенный теплоизоляционный слой.

На фиг. 1 показан общий вид динамометра.

На фиг. 2 показаны деформационные кривые силовоспринимающего элемента и балки с тензодатчиком.

Заявляемый в качестве полезной модели динамометр содержит корпус 1, в котором жестко закреплен силовоспринимающий элемент 2 с резцом 3.

Элемент 2 снабжен тороидальным пояском 4, который контактирует с плоскостью 5 балок 6.

Балки 6 жестко закреплены в корпусе 1 и установлены перпендикуляр но направлению действия измеряемой ими своей составляющей силы резания. Каждая консольная балка 6 упругими силами поджата к тороидальному пояску 4 и имеет с ним контакт в точке 7.

Место контакта снабжено термостойким слоем 8, который может быть закреплен либо на тороидальном пояске 4, либо на плоскости 5 балки 6. Датчики 9 установлены на плоскости 10 балки 6.

Динамометр работает следующим образом.

При точении сила резания, действующая на резец, деформирует элемент 2, который через точечный контакт на тороидальном пояске 4 перемещает свободный конец балки 6, деформируя ее.

На балке закреплены тензодатчики, измеряющие деформации изгиба балок 6. Каждая составляющая регистрируется датчиком, установленным на балке, расположенной перпендикулярно к направлению регистрируемой составляющей.

Наличие точечного контакта в устройстве исключает погрешность измерения, обусловленную влиянием другой составляющей.

Для обеспечения нормальных условий точения необходимо чтобы жесткость элемента 2 была значительной. В то же время, для повышения чувствительности измерения, что особенно важно при малых усилиях резания, которые имеют место при точении неметаллических материалов, необходимо реализовать значительные деформации.

Для повышения чувствительности в динамометре жесткая связь между элементом, отвечающим за жесткость конструкции и элементом, фиксирующим деформацию от измеряемого усилия, заменена жесткой связью каждого из элементов на корпусе. Связь же между ними осуществляется через упругий точечный контакт. Длина балки 6 выбирается значительно меньшей, чем длина элемента 2. Это позволяет реализовать эффект повышения чувствительности измерения при указанном выше закреплении и взаимодействии рабочих элементов устройства.

Так, при перемещении на расстояние элемента 2 в точке контакта его с балкой 6, последняя также переместится на расстояние (см. фиг. 2).

Однако, радиус кривизны балки 6 (линия ₂) больше, чем радиус кривизны элемента 2 (линия ₁), что позволяет повысить чувствительность при малых усилиях.

Термостойкий слой 8 позволяет исключить влияние нагрева материала элемента 2 на показания датчика. Причем, чувствительность к перегреву у термостойкого слоя больше, чем у радиатора, (который применен в устройстве-прототипе), так как в радиаторе нагрев зависит от скорости отвода тепла, а термостойкий слой совсем не передает тепло.

Перед началом испытаний осуществляется калибровка силоизмерительной системы по отдельным составляющим, при различных вылетах резца относительно переднего среза динамометра.

Использование предлагаемого в качестве полезной модели динамометра позволяет на 15-25% повысить точность измерения динамометра без снижения его жесткости при измерении малых усилий резания.

Также позволяет проводить измерения малых усилий резания с высокой чувствительностью при высокой жесткости крепления инструмента, обеспечивающей стабильные параметры процесса резания и хорошее качество обработки поверхностей.

Динамометр для измерения составляющих сил резания, содержащий корпус с установленным в нем силовоспринимающим элементом, снабженным режущей частью, жестко закрепленные в корпусе упругие тензорезисторные балки, контактирующие с силовоспринимающим элементом по сферической поверхности, отличающийся тем, что сферическая поверхность образована тороидальным пояском, выполненным на силовоспринимающем элементе, жестко связанным с корпусом, а поверхности упругих тензорезисторных балок контактируют с тороидальным пояском через введенный теплоизоляционный слой.

РИСУНКИ