Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

Откуда следует, что уменьшение устойчивости (т. е. повышение чувствительности системы измерения силы Fx) достигается при за­ данном весе G увеличением длины стержней параллелограммной подвески.

При большом весе G требуемая длина стержней а может оказаться неконструктивной, В этом случае применяются схемы рис. 122, б, в, позволяющие повышать чувствительность системы при небольшой длине опорных стержней. Устойчивость антипараллелограммной подвески (рис. 122, б) выражается формулой

Если длины ах и а%одинаковы, то весовая устойчивость равна нулю, т. е. чувствительность системы бесконечно велика. При ис­ пользовании параллелограммной схемы это было бы возможно лишь при бесконечно длинных стержнях подвески. Следует иметь в виду, что нулевая устойчивость достигается только тогда, когда в шар­ нирных узлах применяются тонкие гибкие ленты, не создающие трения и упругого противодействия перемещению. Схема силопере­ дающей системы на основе механизма Чебышева (рис. 122, в) от­ личается от антипараллелограммной схемы тем, что здесь вертикаль­ ная сила Fy нагружает опорные стержни силами одного знака, что несколько упрощает конструктивное выполнение элементов.

Для измерения вертикальной силы Fy или одновременного не­ зависимого измерения Fx и Fy также могут применяться параллелограммные механизмы. На рис. 123, а приведена схема измерения Fy. Комбинация двух параллелограммных механизмов (рис. 123, б) позволяет получить механизм, обеспечивающий одновременное из­

показана схема трехкомпонентных аэродинамических весов, в ко­ торых вертикальная (подъемная) сила измеряется с помощью рыча­ гов, к средним шарнирам которых подвешена подвижная рама. Сво­ бодные концы рычагов связаны с тягой, присоединенной к динамо­ метру Ду. В этой тяге суммируются усилия, пропорциональные уси­ лиям в стержнях подвески. Рычаги имеют одинаковые соотношения

315

плеч t, и поэтому нагрузка, воспринимаемая динамометром, равна iFy независимо от точки приложения силы Fy, т. е. от момента М г. Сила Fx (сила сопротивления) измеряется динамометром Д х\ угло­ вой рычаг в системе связи этого динамометра с подвижной рамой по­ зволяет использовать прибор, воспринимающий лишь вертикальные нагрузки (например, рейтерный динамометр). Отличительной особен­ ностью схем измерения момента М г является крепление объекта исследования к подвижной раме с помощью шарнира, позволяющего объекту совершать перемещение вокруг оси Oz. На схеме преду-

смотрена установка объекта под разными углами с помощью регули­ ровочного винта в цепи второй тяги, связанной с объектом. Примеры схем многокомпонентных аэродинамических весов можно найти

в[104].

Всилопередающих устройствах рассмотренных схем могут воз­ никать систематические погрешности, вызванные неправильностью передаточных отношений рычажных звеньев, неточностью сборки отдельных звеньев в систему, перемещением и деформацией звеньев под действием переменных нагрузок, температур и давлений, де­ формацией элементов крепления объекта исследований. Обычно неправильность передаточных отношений рычагов проявляется во взаимном влиянии измеряемых компонент на показание динамометров (рис. 123, в). Анализ конкретной схемы устройства позволяет получить формулы поправок к показаниям динамометров, связанных

сналичием этого рода систематических ошибок. Основной причиной погрешностей, вызванных неточностью сборки, является непараллельность между направлением звеньев, связывающих подвижную раму с динамометром, и направлением координатных осей. Так, на-

316

пример, при начальном отклонении подвесок верхней параллелограммной схемы от вертикали динамометр будет измерять горизон­ тальную силу Fx с погрешностью ANX (рис. 124, а), которая при малых углах ср пропорциональна вертикальной нагрузке

&NX = Fyq>.

Если определить допустимый уровень поправки в долях от FXI

то

б,.= ANx Fx

откуда

сь

Fy -

При длине подвесок I их верхние и нижние шарниры должны ле-

р

fy

подвесок, тем легче их регулировка на вертикальность. Наличие вертикальной составляющей Fy сказывается также на измерении величины Fx в форме так называемого маятникового эффекта. Си­ стему, состоящую из подвижной рамы, подвешенной на вертикаль-

(равным суммарному весу рамы и объекта исследования), подвешен­

с жесткостью Сх, а устойчивость динамометра — пружиной с жест­ костью С2. Угол отклонения маятника под действием силы Fx равен

где бх и б2 — деформации пружин. Разность между измеряемой силой Fx и действующей на динамометр силой Nx равна

&fx = Fx — Nx= (G Fy) ц>.

317

Выражая деформации 6Хи 62 через Рилу сжатйя и коэффициенты жесткости пружин, получаем

В последнем выражении первое слагаемое представляет собой по­ стоянную составляющую погрешности, вызванную весом G, а второе слагаемое, зависящее от Fy, называется маятниковым эффектом. Маятниковый эффект зависит от Сх и С 2: уменьшить его можно путем применения динамометров компенсационного типа (б2 = 0), уве­ личением жесткости соединительных звеньев системы измерения/7* или увеличением длины подвески I. Иногда для предотвращения маят­ никового эффекта в момент измерения Fx подвижную раму возвра­ щают в начальное положение путем изменения длины горизонталь­ ной тяги, соединяющей ее с динамометром. Деформация конструк­ тивных элементов, соединяющих объект исследования с подвижной рамой, сопровождающаяся поступательным перемещением объекта, вызывает погрешность в измерении момента М 2, пропорциональную компонентам сил.

При выполнении силопередающих устройств необходимо обеспе­ чивать большую жесткость всех рычагов, тяг и рам, чтобы под дей­ ствием измеряемых нагрузок происходило возможно меньшее иска­ жение геометрических размеров. Рычаги, используемые в конструк­ ции, должны обладать высокой точностью передаточных отношений. Наиболее жесткие требования предъявляются к выполнению шар­ ниров механизма; трение при измерительных перемещениях системы должно быть пренебрежимо малым, упругая устойчивость — низкой; Как правило, следует избегать установки шарикоподшипников;

вслучаях, когда их применение вызвано большими нагрузками в опо­ рах, уменьшение влияния трения достигается использованием боль­ ших плеч передающих рычагов. Лучшими характеристиками обла­ дают призменные и упругие шарниры. Наиболее распространенные типы призменных шарниров приведены на рис. 125. Двусторонний призменный шарнир (рис. 125, а) обеспечивает большую устойчи­ вость рычага относительно его продольной оси и используется обычно

вглавных опорах рычагов. Конструкция, изображенная на рис. 125, б, применяется для неподвижных опор. Здесь опорная подушка состоит из двух деталей, между которыми установлен валик, обес­ печивающий самоустановку верхней детали подушки. Поворот по­ душки относительно вертикальной оси возможен благодаря цилин­ дрическому хвостовику нижней детали подушки. Боковое смещение призмы (сверх величины е3) ограничено пластинками, привинчен­ ными к верхней детали подушки. Для соединения рычага с тягами применяется конструкция, изображенная на рис. 125, в. Степени

свободы подушек, необходимые для совпадения кромки призмы с углублением в подушке, получаются за счет зазоров еъ е2и е3, имею­ щих величину порядка 0,2—0,3 мм. Регулировка плеч рычага произ­ водится путем поворота призм относительно оси их цилиндрической части, находящейся на расстоянии А от кромки призмы. Рабочие

318