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.
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 Δ элемента 2 в точке контакта его с балкой 6, последняя также переместится на расстояние Δ (см. фиг. 2).
2
1
Однако, радиус кривизны балки 6 (линия ρ) больше, чем радиус кривизны элемента 2 (линия ρ), 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.