Измерения сил и нагрузок

 

Применяют следующие виды измерения нагру­зок:

- измерение сил, искусственно создаваемых при испытаниях;

- определение статических сил;

- начальной затяжки, например, в резьбовых соединениях, ременных передачах, подшипниках качения;

- сил трения; составляющих сил по осям координат в зубчатых передачах;

- определение динамических нагрузок, связанных с работой деталей машин, например сил удара в зубчатых, цепных и других передачах;

- определение динамических нагрузок, связанных с работой машин в целом;

- установление распределения нагрузок в эксплуатации.

 

Силы, действующие на детали машин, в большинстве случаев измеряют через упругие деформации или перемещения. Это ока­зывается удобным, так как упругие деформации и перемещения пропорциональны по закону Гука силам, их вызывающим. Способ уравновешивания измеряемых сил известными силами, аналогичный принципу работы простых весов, применяется относительно редко. Способ уравновешивания успешно применя­ется для измерения моментов, например, в балансирных двига­телях и обеспечивает некоторое повышение точности.

Силы измеряют:

- универсальными или специальными динамометрами в виде отдельных устройств, например, для искусственно создаваемых при испытаниях сил, сил резания и т. д.;

- по упругим перемещениям искусственно ослабленных для облегчения измерений деталей, устанавливаемых взамен натур­ных (допустимо при статических испытаниях);

- по упругим перемещениям натурных деталей (в частности, при динамических испытаниях).

 

В динамометрах для статических нагружений используют простейшую упругую систему (пружину) в виде кольца, иногда кольца подшипника качения (рис. 1.4, а) ломаной П-образной балки (рис. 1,4, б) или рамы. Упругая система не должна иметь стыков, так как они вносят нелинейность и гистерезис. Нежела­тельны также сварные швы.

Для независимого измерения компо­нентов действующей силы (например, силы резания) применяют динамометры со сложной упругой системой, в которых измеритель­ным средством обычно является индикатор часового типа или тензорезисторные датчики.

Измерение нагрузок, в частности крутящих моментов, возможно магнитоупругими датчиками, принцип работы которых основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнит­ных материалов под действием напряжений. Они обладают вы­сокой чувствительностью и могут выполняться бесконтактными. Быстродействие их обеспечивается повышением частоты питания до величин, на порядок больших частоты исследуемого процесса.

Переменные силы успешно измеряют пьезоэлектрическими датчиками, в которых использован эффект возникновения при нагружений заряда на гранях пластинок из диэлектриков (кварца, титаната бария, фосфата аммония и др.) Пьезоэлектрические дат­чики являются генераторными. Они имеют малые габариты и удобно встраиваются; их широко применяют для измерения пере­менных нагрузок и вибраций, но с их помощью нельзя измерить статическую составляющую нагрузки вследствие быстрого стекания заряда.

Магнитоупругие динамометры

Ферромагнитные материалы (железоникелевые сплавы) изменяют свою магнитную проницаемость в направлении действия сжимающей или растягивающей силы. Этот магнитоупругий эффект используют для измерения сил.

Магнитоупругие динамометры выполнены в виде катушки с замкнутым сердечником из магнитомягкого мат-ла. Изменение индуктивности при нагружении измеряется с помощью электрических схем…

 

Существенный интерес представляют исследования законов распределения нагрузок в эксплуатации. В качестве датчиков обычно используют тензорезисторы. Применяют запись на магнитную пленку и ленту осцил­лографа и непосредственную статистическую обработку резуль­татов. Запись на ленту осциллографа уместна для кратковремен­ных повторяющихся процессов.

 

Для статистической обработки результатов применяют приборы следующих типов:

 

- анализаторы амплитуд импульсов, позволяющие сортировать, накапливать и предварительно математически обрабатывать тензометрическую информацию по разрядам;

 

- электронные анализаторы случайных процессов и автомати­ческие коррелографы, устанавливающие корреляционные функ­ции, спектральную плотность и коэффициенты Фурье по запи­сям на магнитной ленте;

 

- полуавтоматические и автоматические приборы для обработки осциллограмм.

 

Для оценки прочности при нестационарном нагружении при­меняют схематизацию. Наиболее точным методом схематизации в настоящее время считают метод полных циклов. Диапазон на­грузок разбивают на 10—15 разрядов; на осциллограмме сначала считают размахи в пределах до двух разрядов и одновременно фиксируют среднюю нагрузку или среднее напряжение. Эти размахи исключают, поэтому кривая сглаживается, затем фиксируют размахи от двух до трех разрядов и т. д.

 

Повреждение суммируется по эквивалентным напряжениям

s_аэ = s_а + ys_m

где s_а - амплитуда (половина размаха); s_m - среднее значение напряжения; y— коэффициент влияния асимметрии цикла.

В упрощенных расчетах учитывают только переменность амплитуды, а s_m считают постоянным.

Для изучения распределения номинальных нагрузок в маши­нах с постоянной частотой вращения механизмов можно исполь­зовать самопишущие ваттметры или счетчики, регистрирующие время работы в каждой части диапазона мощности. Изучение но­минальных нагрузок при повторяющихся процессах возможно путем хронометража работы и расчетного определения нагрузок

 

Вопросы

 

1.Упругие и пластические переме­щения и деформации