Способ измерения силы и изгибающих моментов в болтовом соединении

ГО СУ ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ В БОЛТОВОМ СОЕДИНЕНИЙ(57) Способ измерения силы и изгибающих моМСНТОВ В ООЛТОВОМ СОЕДИНЕНИЕ, ЭЗКЛЮЧЗЮЦШЙ ся в том, что на болте выполняют шейку,закрепляют на ней тензорезисторы, предварительно нагружают болт изгибающей силой, та рируют параметры тензорезисторов,производят сборку болтового соединения и по указанным параметрам определяют силу и изгибаюшие моменты в болтовом соединении,отличающийся тем, что закрепляют три тензореаистора под углом друг к другу 120 и осями тензочувствитедльности, перпендикулярными плоскости поперечного сечения шейки болта, а силу и моменты определяют на соот ношенцй Ы НУ Ы Рт ЕЫХЪ Ы Ыу Ы Н НУ 1 Ч 2 Х а 3 МУЗ 1 х 3,1-1 где Одоъоз-покаэания 1, 2 иЗтенаорео зистора, Ми, Хы, Уы - осевая сила и координаты ее С приложения, соответственно,О Р, 1 - площадь сечения и момент инерции О сечения цилиндрической шейки болта, соот ветственно,Хд, У 1 - координаты установки тензорези Щ стара 1,(73) Патентообладатель Минский дважды ордена Ленина и ордена Октябрьской Рево шоции автомобильный завод (В)Хз, 12 - координаты установки тенаорезистора 2, Хз, Уз - Координаты установки тензорезисюра З, при этом погибающие моменты Мх и М соответственно равны Мх Ы 2 Уы, Мт 1 Ч 2 Хы .Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материала, в частности к способам ОПРДЛЖЛЕЯ НЗГРУЗОК, ДСЙСТВУЮЩИХ На болтовое соединение.Известен способ определения осевой сшш в болте, заключающийся в изготовлении тензометрического болта с цилиндрической шейкой,УСТЗНОВКС В среднем ССЧСНИИ ШЕЙКИ ВДОЛЬ ОСИ бО-ПТЗ ОДНОГО ТЭНЗОРВЗИСТОРЗ, ВКЛЮЧЕНИИ ПОследнего в тензометрическую схему и тарировке на действие осевой силы. Затем болт устанавливают в конструкцию и нагружают. При этом по величине относительной деформации - показаниям тензорезистора с учетом тарированного коэффициента определяют, какая осевая сила действует в болте.Недостатком данного способа определения осевой силы является то, что в случае эксцентричного приложения нагрузки (на практике осевое приложение возможно только теоретически) болт может изгибаться, в результате чего тензорезистор будет подвергаться одновременному воздействию двух деформаций от действия осевой силы и изгибающего момента,т.е. полной деформации. Поэтому в реальной конструкции однозначно определить всашчину осевой силы, используя один активный тензоРСЗПСТОР, не ПРСДСГВЛЯЕТСЯ ВОЗМОЖЬПИ.Указанный недостаток устранен в способе определения осевой силы в болте, заключающийся в том, что в среднем сечении шейки болта на ее противоположных сторонах устанавливают два тензорезистора, последовательНО БКЛЮЧНЮТ ИХ В ТСНЗОМСТРИЧССКУЮ схему И тарируют. При изгибе такою болта, вызванНОГО ЭКСЦВНТВИСИТСТОМ ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛЪТ В реальной конструкции, оба теизорезистора получают одинаковые по величине, но противоположные по знаку приращения деформаций изгиба, которые коъшенсируготся. Таким образом, осевая сила в болте определяется однозначно.Недостатком известного способа является увеличенное число тензорезисторов, что усложняет схему, а в условиях небольших поверхностей болта затрудняет их размещение.Известен способ определения изгибающего момента, который аналогичен первому из вышеуказанных способов за поклонением того, что тарировка тензорезистора осуществляется не на осевое растяжение, а на изгиб 1.Недостатком данного способа является то,что при установке болта в реальную конструкцию необходимо заранее знать расположение плоскости, в которой происходит изгиб, а также принять, что на болт не действует осевая СИЛЕ.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ измерения изгибающих моментов в болтовом сое 10динении, заключающийся в том, что на болте выполняют шейку, на которой во взаимнопсрпендикулярных плоскостях относительно поперечного сечения шейпси болта устанавливают две пары тензорезисторов, включенных в тензометрическую цепь параллельно. Затем производят их тарнровку известным изгибающим моментом. Болт устанавливают в конструкцию и нагружают 2 .Под действием нагрузки в конструкции тензоболт будет изгибаться в продольной плоскоСТИ. ИЗВЕСТНЫЕ ВСЛИЧИНЫ СОСТЗВЛЯЮЩИХ изгибающего момента в двух перпендикулярных плоскостях позволяют оценить его максимальную величину простым расчетом.Для определения с достаточной степенью точности действующих на болтовое соединение осевой силы и изгибающего момента необходимо установить на шейку тензоболта шесть тензорезисторов два для определения осевой силы (вкшочить в схему последовательно Четыре - для определения изгибающего момента(каждую пару тензорезисторов включить в свою схему параллельно) и соединить три независимых схемы.Недостатком известного способа является то,ЧТО ПРИ ОЦЕНКЕ ОДНОВРСМСННО ВСЛЕПШНЫ ОССВОЙ силы и изгибающего момента в болтах малых размеров разместить шесть тензорезисторов и обеспечить их соединение в схему затрудниТСЛЬНО, 2. ЗЗЧЗСТУЮ И ПрЗКТИЧВСКИ НСВОЗМОЖНО.Задачей изобретения является сокращение средств для реализации способа.Поставленная задача выполняется за счет того, что на цилиндрической шейке тензометрического болта устанавливают три тензорезистора, расположенных под углом друг к другу 120 и осяьш тензочувствителъности, перпендикулярными плоскости поперечного сечения шейки болта. Нагружают изгибающей силой,тарируют параметры тензорезисторов, производят сборку болтового соединения, нагружают его, а силу и изгибающие моменты определяютР, 1 - площадь сечения и момент инерции сечения цилиндрической шейки болта, сооте ветственноХ 1, У 1 - координаты установки тензорезистора 1Х 2, У - координаты установки тензорезистора 2Хз, (з - координаты установки теизорезистора 3, при этом изгибающие моменты Мх иМт соответственно равны Мх БТИ/ы Му Ыъхы .На фил представлен тензометрический болт с гайкой и тензорезистором на фиг.2 - вид головки болта с выводами проводов на фиг.3- сечение шейки болта с тремя тензорезисторами с координатной сеткой ХОУ.Для определения силы и изгибающих моментов, действующих в болтовом соединении, на болте 1 выполняют шейку, закрепляют в ее среднем сечении вдоль оси 2 болта 1 три тензорезистора 2 под углом 120 друг к другу и осями тензочувствитедтьности, перпендикулярными плоскости поперечного сечения шейки болта, включают каждый тензорезистор 2 в свою схему, производят их тарировку на изгиб,определяя таким образом зависимость между известным напряжением в зоне установки каждою тензорезистора 2 и величиной его показания. Болт устанавливают в соединение,которое подвергают нагружению, и посредством показаний тензорезисторов 2 определяют относительные деформации соединения до и после приложения нагрузки. Каждый тензорезистор 2 при такой схеме подсоединения фиксирует деформации, вызванные силой Ни, и составляющую деформации от действия изгибающего момента в месте его установки, а все три тензорезистора позволят получить полную картину величин деформаций в исследуемом сечешш, т.е. в шейке болта 1.Напряженное состояние в отдельной точке поперечного сечения болта при нагружении его осевой силой М и изгибающим моментом Мхи Му определяется по формуле Ы М М ааы 2 омх Пму шт У Хвой силой М вдоль оси 2, при площади сече ния шейки болта Р (для круга Р ЛК 2, где Е - радиус шейки)Мх амх --У - напряжение, вызванное изгибающим- моментом Мх относительно оси Х М Пму Х - напряжение, вызванное изги бающим моментом Му, относительно оси Е ХО - координаты точши в сечении шейки болта, в который установлен тензорезисторЬс, Ь - момент инерции сечения болта (дляшейки). При этом Мх ЫЪУЫ . Ми Ыяхы .где Кн, Хм - координаты точки в плоскости сечения шейки, в которой приложена инсцентренно осевая сила На.Таким образом, напряженное состояние в отдельной точке - зоне установки тензорезистора определяется тремя неизвестными параметрами На, Му, Мх или На, Ты, Хм. При установке трек тензорезисторов получаем три значения напряжений, каждое из которых определяется одной и той же тройкой параметров.Следовательно, зная координаты точек установки тензорезисторов в выбранной системе координат ХО и значения полных деформаций, т.е. напряжений, можно, решив систему трех уравнений с тремя неизвестными, определить искомые параметры, т.е.О 1 Т 1 11 1 Х 1 02 Ы 21 УЫ У Ы 2 ХЫ Х 2 ,03 Ч-ЫУЫ Уз Ы 2 ХЫ Ха ,где индексы 1, 2, 3 определяют номер рези стора.РВЗМШСИС ТРЕХ ТВНЗОВВЗИСТОРОВ ПОД УГЛОМ 120 друг к другу в плоскости сечения шейки болта наиболее целесообразно из условий проСТОТЫ ТЕХНОЛОГИИ УСТЗЕОВКИ И НЗИБОЛСС ТОЧНОГО КООПДЦЕИРОВЗНИЯ.Предлагаемый способ определении силы и изгибающих моментов, действующих на болГОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ПОЗВОЛЯЕТ СОКраТПТЬ КОЛПЧВСТВО устанавливаемых на ТСНЗОМВТРИЧОСПСЕЙ болт тензорезисторов в два раза без снижения ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ, УПРОСТИТЬ СХЕМУ СОЕДИНЕния и, соответственно, обеспечить возможНОСТЬ ИЗМСРСНЯ НЗГРУЖСННОСТИ крепежа Б труднодоступных зонах реальных конструкЦнй.заявляемый способ позволяет фиксировать эксцентриситет приложения силы, а он в осНОВНОМ ОПРСДЕЛЯСТ РЗЦИОНЗЛЬНОСТЬ размещеНИЯ крепежа В КОНСТРУКЦИИ - ВГО долговечность в соединении. Поэтому способ МОЖЕТ бЫТЬ ИСПОЛЪЗОВВН ДЛЯ ИССЛСДОВВНИЙ ПО ОПТИМИЗЗЦИИ расположения КРЕПВЖНЬХ ЭЛЕМЕНТОВ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ИХ НВГФУЖСНЗНОСТИГосударственное патентное ведомство Республики Бсларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.