автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Теория и методы проектирования силоизмерительных средств на базе деталей производственных машин

»9 -1 ' 9 Р ^

ШКТ-ПЕЩШТСНИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КАДЫРОВ ЮННАТ НУРГАЛМЕВИЧ

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ С№ЮИ;МЕРИТЕШШ средств Ж БАЗЕ ДЕТАЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МАШИН

Специальности: 05.02.02 - машиноведение и детали машин, 05.11.01 - приборы и методы измерения механических величин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена на кафедра "Автоматы" Санкт-Пзтер5ургсиого государственного технического университета

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Е.Г.НАХАПЕТЯН

доктор технических наук, профессор А.В.ХИНЬ

доктор технических наук, профессор К.Н.ЯШНСКИЙ

Ведущее предприятие: С.-ПбШО им.Я.М.Свердлова (станкостроительное производственное объединение), г.Санкт-Петербург

Защита состоится " " 19$ в часов

на заседании специализированного совета Д 063.38.07 С.-ПбГЕУ (195251, С.-Петербург, Политехническая ул., 29) I учебный корпус, ауд. 439

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан "

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного Совета Д 063.38.07

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Б.И.Лебедев

___^___^Б11^^САРАКткРй(ЛИКА^АБ(Ли_---~

А'СШЛЫЮСТЪ ПРОБЛЕМ. Решение проблем повышения технического эвня машин на стадии проектирования и повышения эффективности пользования их при эксплуатации, тесно связано о разработкой и внед-чием научных основ проектирования силоиэыэритвльных средств - дат-ков сил и моментов. Традиционное направление проектирования сило-мерительных средств ориентировано, в основном, на создание специ-ьных динамометрических устройств, дополнительно пристраиваемых к пике. Вместе с тем, на разных этапах создания и эксплуатации ыашии три отработке новой конструкции, её обкатавании, исследователь-;1х испытаниях и дальнейшей длительной эксплуатации характер нагруби машины и требования к средствам измерения взсьма разнообразны, зортимент же ныне существующих, выпускаемых промышленностью сило-лерительных средств не удовлетворяет потребностям проектировщиков, татовителей а з¡ссплуатацио нчиков производственных машин ни по сво-номенклатурз, ни по своим возможностям. В связи с этим возникает гребность в новых альтернативных методах создания силоиэмеритель-с средств. Перспективно построение смоизмерительнък средств на |е входящих в состав машины штатных деталей, т.е. создание не тре-щих существенного изменения узлов машин встроенных сияоизмаритель-: средств, которые выгодно отличаются от наиболее распространенных (строенных силоизмерятельных средств своей высокой надзаностью иционирования, инвариантностью к участвующим в цикле машины рабо-! органам. При создании таких датчиков нукно обоснованно выбрать 'али, внести в их конфигурации и форму необходимые изменения, обае-[ивающие, с одной стороны, сохранение необходимых функциональных :еств, как элементов машин, а с другой - получение требуемых мет-огических характеристик средств измерения сил и моментов. Пос-ьку потребность в силоизмерительних сродстзах а промышленности исляегся сотнями тысяч в год, го создание на.учнмх основ их провк-ованиз и использовандл ио*ет дать значительный экономический т.

Ряботм по теме диссертации велись в течение последнего десяти-ия в рамках ряда государственник и отраслевых программ: Программы от Ммнстанкопрома но созданию систем автоматического обеспечения ности обработки и диагностики состояния инструмента в металлоре-их станках для ШС (разделы 1.4 и 6.6), Программы Минвуза РС1СР

I

"Полет" (раздел 07.01.08), Союзной Программа по созданию ГПС, реализуемой в соответствии с постановлением 0.1 526 от 3I.05.B4 г., а также на основа прямых хоздоговоров с рядом предприятий: заводом на. С.Орджоникидзе и КИГЛ (г.Саратов), "Пирометр", "Техприбор" и СКВ ПС (г.Санкт-Петербург), "Кентавр" (г.Смоленск), АКБ "Кристалл'1 (г.Москва), "Комсомолец" (г.Б-зрдичэв), ПО "Целвиогрэдсельмаш" и дру-пши. Автор в течения последних десяти лет являлся научным руководителем и непосредственным исполнителе!! НйР с указанными предприятия-или. Работы связаны с разработкой и внедрением устройств контроля усилий резания (№ ГР 01.85.0077867), разработкой системы диагностики тскарао-револьверного многоцелевого патронно-пруткового станка с ЧПУ иод. Ш4201В40, разработкой встроенных средств контроля (№ ГР 01,86. 0114904), разработкой и исследованием средств контроля параметров процесса резания (№ ГР 01.85.0015782).

ЦЕПЬ РАБОШ - создание теории и методов проектирования силоыо-менгных датчиков, в которых в качестве первичных неэлектрических пре' образоватеяей используются частично модернизированные штатные детали машин, в которые эти датчики встроены, построение расчетных моделей датчиков у, методик расчета основных характеристик, выработка рекомендаций по их размещению и обработки выходных сигналов, создание новог; семейства силомоментных датчиков, имеющих практическое применение в различи« малинах.

НОВИЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РАЗРАБОТКИ, ЗА11ЩШ.ШЕ АВТОРОМ:

1. Скстлиткзацяя и формулирование требований к силомоментнш средствам в машиностроении, разработка показателей качества работы этих средств.

2. Метод выбора и построения структурных схем датчиков сил и моментов, включавди.х типовые элементы определенного функционального назначения.

3. Систематизация известных и формулирование новых приемов и принципов построения первичных ноэлектрических преобразователей (упругих элементов) датчиков сил и моментов и упругодеформируемых элементов приводов малых прецизионных перемещений на базе штатных деталей ыашин (винтов, штифтов, шайб, опор, преобразовательных передач, фиксируем* и зачшшшх приспособлений и др.).

4. Посгановка и решение задач статического (силового) расчета характеристик тппоыгх упругих элементов датчиков сил и моментов, методика расчета для типовых модулей.

5. Построение динамических моделей механических систем "объект следования - датчик", решение некоторых задач динамики, оценка ияния на динамические погрешности мест расположения датчиков.

6.. Разработка принципов построения новых типов силомоментных гчиков: многокомпонентных, многодиапазогемх, со специально выбран-■1И нелинейными характеристиками.

7. Установление состава метрологических характеристик, построе-

} моделей погрешностей средств измерения сил и моментов и выявление кзвнкх факторов, влияющих на их точность.

8. Разработка методов построения одно- и многокомпонентных пре-шонных двигателей малых линейных перемещений.

9. Разработка рекомендаций по компоновке, размещению и режимам юльзования силоизмерительных средств для различных машин.

10. Использование силомоментных средств в системах автоматичес-[ размерной настройки рабочих органов ыааин, технического диагнос-ювания их состояния, стабилизации параметров силового нагружекия :ин и управления положением детали.

11. Разработка новых пульсирующих адаптивных алгоритмов подна-ки переменным шагом, оптимнзирукгдих процедур/ коррекции уровня мерной настройки оборудования и создание методики расчета упругих ормаций частично модернизированных для выполнения подналадочных кций штатных деталей машин.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ОСНОВНЫХ ПОйОйЗТЛл И ВЫВОДОВ ПО РАБОТЕ ОБЕСГШЛ-ГСЯ:

1я методов проектирования - работоспособность» и хоролиш экеллу-■дионно-техническим/. и метрологическими характеристиками созданных ^измерительных средств я приводов мальве пзремэ.-цоний; и разработанных алгоритмов и программ расчета характеристик сило-¡рительних средств и приводов «алнх пзреав-яиий - сравнением пояу-ых чяслитах реюннй тесгозих задач с гавостиыми вяалигшескш« юиаостями, а таяхо хороией согласованность» о эксиермгнтальнмми

!ЫИИ.

ИРЛНТЛ'^ЗСК^! цЯР'ГЪ результатов рсботи з.-.члкчгегс: в об'.;;ни;; ччкэпленн-то опита П!:ог.т::;;о:^л:и д'.тчиноз

•язодов малых перемещений;

ормулировапмп. рзкоме;цац1М по выбору схеи, параметров и способов е-дония силомоментных датчиков в »займах;

строении кз базе создааа:х енломомзнтных датшксов нос»: систем

3

размерной настройки рабочих органов машин, дифференциальной тахничас кой диагностики их состояния, стабилизации параметров силового нагру жения, управления'положением детали в зажимных приспособлениях машин

- создании и широкомасштабном -внедрении в различные типы машин новой гаммы силомошнтных датчиков, а также простых и надежных двигателей малых перемещений.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБ01Ы. Гамма разработанных силомомзнтш датчиков внедрена и 'эксплуатируется в состава действующего оборудования на заводе иы. С.Орджоникидзе и в НИШ (г.Саратов), на заводах "Пирометр" и "Техприбор" (г.Санкт-Петербург), на заводе "Кентавр" (г.Смоленск), АКБ "Кристалл" (г.Москва), заводе "Комсомолец" (г.Бер-дичев) и других.

Экономический эффект от внедрения встроенных в узлы машин сило-ыоментных датчиков и приводов малых перемещений достигнуты за счет:

- расширения функциональных возможностей машин, в частности придания им новых метрологических и подналадочных свойств;

- предотвращения возникновения и оперативного устранения последствия аварийных ситуаций в работе машин;

- обеспечения условий оптимального силового нагружения узлов машин;

- оценки качества сборки, совершенства конструкции машины;

- возможности использования измерительной информации при проведении аттестационных и рекламационных работ;

- повышения качества изготавливаемых на машинах изделий.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ докладывались и получили одобрение;Всесоюзное совещание по ГАП (Д.,1982, 1984), Все сошная научно-техническая конференция по САПР и надежности автомата эированного производства (Владивосток, 1986, 1990), научно-техническая конференция "Автоматизация проектно-конструкторских работ" (Курган, 1986), Всесоюзная научно-техническая конференция "Повышение прс изводктельнссти и качества продукции" (Барнаул, 1984, 1985, 1987), Республиканская научно-техническая конференция "Автоматизация проектирования и производства" (Таллинн, 1984, 1990), Всероссийской выставки "ВУЗы РСЖСР - малшнострогнию" (Тольятти, 1983), заседаниях и семинарах кгфедр "Автоматы" С.-[ИРГУ, "Детали машин" Карагандинского .и Таллиннского политехнических институтов, Технологии оптического приборостроения Киевского ПИ, а также электронно-вычислительных систем С.-Н5ИАП.

ПУБЛИКАЦИИ. Но данной работе опубликовано свыше 150 научных fa

йот, из них 80 (в том числе монография и брошюра) опубликован« в изданиях, утвержденных ВАК для освещения основных научных результатов докторских диссертаций. Созданные автором силоизмерительные средства, инструментальные усилители, исполнительные механизмы, а такие различные способы яодналадки завидены 64-мя патента/ли и авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертационной работы 347 е., сведения о внедрениях приведены в приложении.

СОДЕРЯАНЖ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертация, формулируются цель исследования и основные положения, выносимые на защиту, дается краткий обзор содержания диссертации по главам и приводятся сведения о публикациях, апробации и внедрениях.

Первая глава посвящена обсуждению на качественном уровне основной концептуальной базы диссертации. Возможности построения сило-измерительных средств на базе типовых деталей машин или сборочных единиц раскрываются при сопоставлении классификаций: с одной стороны, типовых деталей, а с другой стороны, датчиков. Большинство известных классификаций деталей машин, разрабатывались, как универсальные, они ориентированы на конструкторов и технологов. Наиболее полным является классификатор ЗСЭД, согласно которому все детали делятся на рят, классов. Автором разработана классификация, приспособленная к задачам размещения датчиков. Эта классификация является многоаспектной, фасетной, причем основными классификационными признаками являются функциональное назначение, универсальность, степени сложности и подвижности. Сформулированы основные критерии, в соответствии с которыми следует эчбиратъ цетали для выполнения на базе них датчиков или включения их в сост-чв датчиков. Отмечается, что желательно размещать датчики возможно блике к мосту прилог.онич и$»ер*-емнх сил, но вдали or кстоттсв геплл, яьиш и яр., чотг-ри мы утя-лей долкны обладать стабильными свойствами, их поверхности долт.ны быть сферическими, плоскими или цилиндрическими, предпочтение отдается неподвижным доталта. Екггговго являются требования достаточно высокого уровня механических напряжений от действия измеряемнх сил. Отмечается, что, как прчвичо, эти требования озаэиеяютвя взаимно

5

противоречивши, и ;;аке яесошзсг.кши, вследствие чего приходится итатйие детали корректировать и частично модернизировать. Переход от втаят дезалей кгзягк к датчиков осучоствлкоатаг фор:~/лкрова-няем требования х сздснзкзрглезкш сглдсавкл. Требссан'.п ри^дсдр.-ьтся на три грунш: кегрокэгяч&скпз, кскструкткишс и .мксплуатацк-ои><ш. Кз ыетсачопмосгск трсбйгглшй оенок.а:.;л ¿х-ляыек слидуед^гс: трсбуемий диапазон, ч.лхсгкггашюсгь, •лолас:.!!;;! гид нормалы;.;.'; :.арак~ тарястйки (обично , доста-го'дю о'скыяз значение ко

тта прзобразокшш!, определен! »я ДЦйгр2:,:.\:а направленности, ограни ■ чеиниэ значения параметров динамических характерней«, мал;:е эначв-ная коэффициентов слияния ргшишовс факторов, шгока« сто&яыгость иетрологическ-щ характеристик:, малое влияние на объект измерения. 1С конструктивным требованиям относятся: простота я технологичность конструкции, высокая степень ун»Е®кацли, меры защита против поломок слабых элементов, инвариантность конструкции по отношению к узлам .и Мешшзааи мащин различного назначения. Из эксплуатационных наиболее киашгл» являются следую&ю трабовангл: шсохая надекносгь, удобство установки п замени, простота регулировки.

Классификация датчиков, предложенная авто рои, представлена на рис. I. Персь'й классификационный признак разделяет датчики на одно-п многодиапазоннке, второй - на одно- и шопжсшонентнне («зкоряю-'!.пе несколько состазлпэ'цюс сил и моментов). Вазмейоин является третий признак, разделаеди!! датпики на встроенные и пристроен:гле, к

предгналяка-ся согерленно разные требования. С {иавческш принципом преобразования тесно соязйш «етызртцД признак, разделай;;!)! дат-ч.:::и на контактные н О'ееконтактнпе, и пятый признак, роадоямэдий дагкши на активные и пассивные. Датчики, вчлшашре тензорезисторы, как г.зперптельше пргсардзователк, преобразуйте дс^орнацл:: а нзмз-ь:.-.г,..; с;;;'!Л'р;аюексго сопрозквлеши, в данной диссертации рассллрн-;Л1.:ск, как осшнгл. Ыестой признак обозначает используемы!': фшп~ чсскип оррект. В бодьвиистро датчиков используются упругие элемента;

исисдьзуеаой упдтой де^ермации характеризует седьмой признак. Рлсгмой признак определяет вид информативного параметра ьаходного сигнала, Д«,1я.сыЗ щ.иакая разделяет датчик!: на дье групп«: прямого .ЧоЬекаи: (сбычно менее точные) и компенсационного типа (предраиои-ь:.::;;. Согласно десктопу признаку датчики делятся на об*еоювенного и с;:ц:\:~1иого шкюялшчй. е

__¡Дадеаа.че^

[ИЗлйтса

^дпо^ \'когод:о яазоинче! ¡колктсотзо пз:.:вря.е;;их хоШоЪел: ]

| одноЯ) '■' ко г окопо ко пт е |

[способ установи:

[встроенные] |пзксгроея;шв|

-¡;: cno.il оу с,уая~ де ;■ о рмд ;1шГ|

[лроцольчне]--1

[сдв;:говТПГ)—*—| крученая]

—|экд К1;оор:.;йп;зного параметра!

контактное ¿ЯЗЙЧОСЕИЗ принцип преобразования активные

оескон-гакгные паослБ-КЬ'С

аналоговый)

и к Л о ово"

-[.принцип действия]

прямого компенса-

действия ционные

-I исполнение!

[обцкнов&гаые^^специалькнё]

|используб."н;ГЖзПческпи зе кт|

|?екзо-]~[пьез5^ Г^ ¡ДР у г •■ е]

Рис.! Ктгссз'акавк сх-тоязкерггсльнис средств

ПЗРЗДШ .ВИКТ-ГА"КА__ /} _ РЗЗ.О ЛЬБ2ЕНАЯ-ШЮВКА-

ДЕКТР._______

С..

у//^-т-у-у^ггу-т-^у ВАРНОЙ ПАТ ГО НС. ^ г- _ Э

'<\7 УТТ/Ж^Т/Т/У "" г с пгп-лчик (ТГЛЗП). .

>77И//7/7/7/V. " "" Ллтюн.аГС) Т/^ТТГ-'ИТТ^ГД/ ...... гаг^зши:: .УЗЕЛ—

Г/С НОЛМП:!;^ (ПЬЕЗО)

/лмжга_______

/ / 7с* ¿г ■'

/ / 1. /'

^/Ц/^Г/о, ^у"ч,-

Р.К. 2. Г1аО.,:1-'.ч1 ;?С1Ю,£».'ЮВ.Г П.'Ч ^ИПЗКгНПДЪНЫХ

зложигов р сшгоязиоротояыаос средствах 7

/

Далее в главе Евсдены три освовнзк количественных критерия коэффициент восприятия силы датчиком, коофрициент Ь использования датчиком упругих удлинений и коэффициент преобразования относительных упруги деформаций. Все эти безразмерные коэффи^енты определяется выражениями «

Р > д0 . ^ 1Ц' де >

Г г- ) " <» .

где г - измеряемая сила, Ьд-сила, воспринклаемая'датчиком, ¿Соотносительное перемещение баз, А перемещение, воспринимаемое датчиком, £0~ приведенное расстояние мелсду базами, ~ Рассто-

янне, на котором датчик измеряет удлинение. В главе получены ьыра-жешш этих коэффициентов для типовых вариантов установки - датчиков сил встроенного и пристроенного типов. Отмечена аналогия схем измерения сил со схемами электрических измерений. Аналогия подтвервда-ется соответствием формульных зависимостей. В заключение главы сформулированы обцие качественные рекомендации по выбору параметров датчиков встроенного и пристроенного типов. Для получения достаточно высоких значений коэффициента преобразования встроенного датчика, реализованного на базе штатной детали, приходится уменьшать сечения. При этом становятся существенными ограничения, вытекающие из требований достаточно больших запасов прочности и жесткости. Датчики встроенного типа имоют следутидие преимущества: инвариантность по отношению к изменениям конструкций масин и режимам, сохранение компоновок и конкретного состава конструкций, возможность унификации и реализации модульного принципа построения. Оцнако установка датчиков встроенного типа .может снижать надежность функционирования. Датчики пристроенного типа имеют то достоинство, что базовая конструкция остается неизменной, упрощается процедура установки или замены датчика. Ь целом можно сделать вывод, что датчики пристроенного типа больше приспособлены для исследовательских и приемо-сдаточных испытаний, а датчики встроенного типа - для постоянной работы в составе разлот-н'.к систем, например, технического диагностирования состояния машины, стабилизации параметров силового нагрукепия, размерной настройки и управления положением рабочих органов мпшины и других.

Вторая глава посвякрна изложению принципов построения датчиков из элементов, ¡иеюдих определенное функциональное назначение. Выделяются следующие основпыо элемента: первичный неэлектрический пре-0-

(!Ш>, осувггстзлягежгй разиеряое масштабное преобразование (трлнсформащж) одной физической величины (силы, момента, давления) о другуи механическую величину (перемещение, деформацию, частоту), предпочтительную для восприятия и дальнейшего преобразования; контактный наконечник (КН), сбеслечиващяй локализацию контактного взаимодействия с поверхностьв детали и определенность этого взаимодействия; элемент локализации контакта (ЯК), который уменьшает пятно контакта с деталью; элемент, создаю'лий определенность в поло-кепки элементов датчика (ОП), и предназначенный для задания и поддер.-ения постоянной ориентации измерительной оси датчика; передаточный элемент (И), осуцестзлякщпй передачу усилий или перемещений от наконечника к упругому элементу; элемент защиты от не подле-яащж измерению побочных (паразитных) нагрузок (ЗПН); элемент зацдоты датчика от поломок при перегрузках (37); элемент создания предварительного натяга (ПН), предназначенный для устранения зазоров в сопряжениях, а иногда и для ограничения диапазона измерения; элемент или механизм увеличения деформаций первичного неэлекгрического преобразователя (УД); элемент компенсации гаецения от исходного нулевого положения (НШ), которшй позволяет корректировать дрейфы нуля характеристик преобразования. В диссертации приведены многочисленные примеры схемных и конструктивных решений перечисленных устройств и датчиков в целом. В конкретных случаях некоторые из элементов могут объединяться конструктивно или исключаться. Принципы структурного построения енломоиентных устройств дироко использованы в технических приложениях, их новизна за-цищена десятью патента!/,и и авторскими свидетельствами. Представление структур датчиков а виде сочетаний и соединений типовых функциональна элементов позволяет распределить требование к даг-гаку в цело:.! мз»ду эти:.'.',! элементам"/., использовать типовые и унифицированные тзгн.тгеские решения. Йа рис. 2 приведена двумерная гистограмма, тглядпо иллюзгрирущад (на примере выборки из десяти оригинальный по ■'сногрукцнн датчиков), с одной стороны, важность того или фул ît.w; ri 'iv> л л ¡члемента, a s другой - слстность опречел м :ого типа чт~ длл .Д'ичпк-::! сил злзктротен-зометрнческого принципа преобразования обязательными являются элементы: ПШ, Л!С, ПИ и УД. Реализовать датчик силы пристроенного типа окпнзе, чем датчик встроенного типа. Последние, выполненные на базе штатной детали, сохраняют первоначальные условия базирования в мапи-по, для их нагрухз.-пгт но требуется дополнительных деталей. Кроме то-

го, первичный неэлектрический преобразователь в виде частично модернизированной штатной детали машины, как правило, объединяет в себе несколько функциональных элементов, таких как ДК, УД, ЗУ и другие. Для вцдслешмх типовых: функциональных элементов в диссертации предложены расчетные схемы: геометрические, кинематические, статические. Основными для упругих элементов является статические расчеты. Для типовых упругих элементов получены расчетные формулы. Проведен анализ различии* вариантов тсхтгчзскпх роаекий, выявлены их преимущества и недостатки. Предлогеиная структура датчиков, составленная для датчиков сил злекгротенооиетрпчоского типа (с электрически неактивный ПШ) является универсальной и мскет быть использована для построения любых типов датчиков.

Третья глава, посвядена разработке центральной темы диссертации - систематизации и формулированию способов построения силомомент-ных устройств на основе штатных деталей машин. Последовательность рассмотрения соответствует классификации деталей машин. Основным видом кео.тсктркческого преобразователя считается тензорезистор. Сначала рассматриваются соединительные детали маиин: винты, болты, шпильки, шпонки и пр. Показано, каким образом при минимальных изменениях формы (выполняются выточки, пазы, скоса, уступы, утонченияразрезы и т.п.) могут быть значительно увеличены коэффициенты преобразования и .уменьшены коэффициенты влияния паразитных факторов. Варианты выполнения датчиков сил на базе типовых деталей машин типа винтов, шайб, втулок, элементов преобразовательных передач (винт-гайка), деталей типовых приспособлений для зашма (патроны), фиксации, опор врас^ащихся деталей и др. изображены на рис. Тензорезисторы располагаются так, чтобы измерять нормальные напряжения или от растяжения-сжатия, или от изгиба, или (при ориентации измерительных осей под углами ± 45°) _ сдвига. При сложных напряженных состояниях тонкостенных упругих элементов обычно превалируют напряжения от изгиба. Если же необходимо измерять именно напряжения от растяжения-сжатия, то желательно исключить влияние внецентренности приложения усилия и ■ возникающего при этом изгиба. Поэтому желательно выбирать такие формы сечений, у которых имеются участки вблизи центра тяжести сечения. Для многих форм деталей с отверстиями определенные преимущества дает размещение тенэорезисторов на внутренних цилиндрических поверхностях. Во всех случаях необходимо размещать на близких по расположению по-10

типовых деталей мщкч

П

верхностяк как оенокнае, так и ксглеисадгснгаде тгюорзасгярн, ысяз-чснне которых в мостовке схода позволяет с высокой степень» точности компенсировать влияние изксзнеккк тсклературы. Но этой по риа. дашд иллвстрации слоесбов пошаения козафлцлснгов преобразования, базиру-щиеся на ги^еперечлелсжпих конструктивных гфие;.;ах. В случае лообхо--дклости элемента в виде стали: гх плкт, цллк-п.рез, оболочек и пр. за-шиатся акур-е.;:.;;: конструкцией, составлеидипк из цр.ыолккеГ'.лпх к краиолиае&й!Х стершей. 2с.тд для встроенных датчиков необходимо сохранять достаточно впеокуы кесткоегъ, го значительное ослабление сечений следует прокэводит:, только в аонах расположения тензорозисто-ров. Наиболее слот» форш используются для упругих элементов шого-коппонентннх датчиков, по шходлым сигналам которых определяются несколько составляющих сил л моментов. >"з датчиков пристроенного типа наибольшее распространенно получили датчики, основу которых составляет вияти, контактирувдне своими наконечниками с поверхностям! дето» лея. У них чаде всего упругие элемента исголпчйтся в виде упругих тонкостенккс колец, тшзорезисторн располагают скшстрично на внутренней цялнядрячзской поверхности (рке. 3), а пару-мая поверхность вшолняотси С'ЬерлчэскоЛ п пол'лруется. Есть варианты подобного датчика, в которых кольцо располагается со сторонц головки винта, а усилии передает специальны-.! толкателей. Значительное внимание в главе оделено датчикам, встраиваемым в подиидниковые узлы. В зависимости от того, кшше из деталей входят в состав датчиков, могут измеряться как радиальные, гак я осевые силы. На рис. 3 изображены также специальные ¡лайбы, у которых упругие элементы представляют собой балочки, р-йотаю'дне на изгиб. Эти иайбы используются для измерения осевых сил.

Четвертая глава посвящена разработке методик статических расчетов упругих элементов встроенннх и пристроенных датчиков. Как отмечалось вше, жесткость упругих зле,ментов встроенных датчиков должна бить возмогло вале; если он входит в основную силовую цепь, то его жесткость должна быть на порядок выше, чем приведенная жесткость всей остальной силовой цепи. С другой стороны, максимальные напряжения в упругом элементе датчика не должны превосходить допускаемых значений. Таким образом, при выборе упругих элементов встроенных датчиков основными является дьа ограничения: по жесткости (снизу) и по максимальным напряжениям (сверху). Для типовых форм упругих элементов определение статических упругих перемещений и напряжений под.

то

действием заданных сил сводится к решению соответствующих задач сопротивления материалов и теории упругости. Простейшие из этих задач решаются аналитически, более слоиные - только численными методами. Если упругий элемент представляет собой прямолинейный стержень или балочку, то дифференциальное уравнение для средней линии, как известно, имеет вид

где упругое перемещение точки оси с координатой X, л*;- мо-

мент инерции сечэния, Е - модуль упругости, - момент б

этом сечении. Граничные условия определяется способом закрепления концов. Помимо опор на концах могут предусматриваться ограничители перемещений в промежуточных точках (элементы ЗУ зацитц датчика от перегрузок), при этом упругие характеристики оказываются нелинейными. Если упругий элемент представляет собой брус с криволинейной осью, то дифференциальное уравнение второго порядка составляется для перемещения, причем производные берутся по углу наклона касательной. Применение упругих элементов с больлим начальным искривлением оси позволяет наиболее .простым образом строить многокомпонентные датчики. Если упругий элемент представляет собой упругую пластину (плиту), работающуп на изгиб, то упругое перемещение (прогиб) удовлетворяет бигармоничзс-кому дифференциальному уравнении в частных производных

Если, как бывает чаде всего, пластина является круговой кольцэвой, а нагрузка осесимметричной, то дифференциальное уравнение приобретает

Иногда уппугиэ элементы уллолялютсл в яйце оболочек со значительной кривизне":, в этом случае запиенваютет ци&£эрзнщэльк2д уравнения упругих оболочек. В многокомпонентных датчиках нередко используются упругие элементы сложных форм, которые представляются в виде соединений простых элементов: стеркней (прямолинейных или криволинейных), пластин и оболочэк. При этом в некоторых случаях могут использоваться специализированные «етоди расчета определенных структур (например, тлосяих или прострннствоннчх рам, рэшзг-ок и т.п.), но обычно предлоч-

БллВ = р

вид

тоже отдается универсальным численны;.! методам и,в первую очередь, методу конечных элементов. Во всех случаях задачи теории упругости сначала реваются в перемещениях, а затем по известны;,! формулам рассчитываются напряжения. В диссертации получены и подробно проанализированы зависимости коэффициентов жесткости и максимальных напряжений от конфигурации элементов и значений параметров. Так, для упругих элементов в виде консольно закрепленных балок рассмотрены случаи постоянной, линейно изменяющейся и ступенчато изменяющейся ширины и толщины. Также получены расчетные формулы для упругих элементов в виде дуг круговых колец, кольцевой пластины. Наложение ограничений снизу на жесткость я сверху на максимальные напряжения дает ограничения на параметры встроенных датчиков: на линейные размеры (длины или радиусы) - сверху, и на толщину - снизу. В пределах этих ограничений определяются параметры размеров и расположения тензорезистора на по-" верхности упругого элемента, исходя из требования максимальных деформаций в зоне расположения этого тензорэзистора. Б такой постановке сформулированы и решены некоторые задачи оптимизации по геометрическим параметрам с учетом некоторых дополнительных ограничений. Установлено, что оптимальным является ступенчатый закон изменения толщины, причем тензорезисторы должны располагаться в зонах, где изгибающие моменты максимальны. Для пристроенных датчиков ограничение на возможные значения жесткости налагаются не снизу, а сверху. Это вытекает из требования, что воздействие пристроенного датчика на объект измерения должно быть небольшим. Для пристроенного датчика также поставлена и реагена задача оптимизации по одному параметру -толщине упругого элемента, работающего на изгиб. Приведено также решение задачи расчета упругих характеристик для вала вместе с пристроенным датчиком.

Пятая глава посвящена разработка теории и анализу схемных решений многоциапазонных, нелинейных и многокомпонентных датчиков. При измерении сил и моментов часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда диапазоны измеряемых сил и моментов велики, причем в различных режимах требуется измерять и малые и большие значения с примерно одинаковыми относительными погрешностями. Для средств измерений с обычными линейными характеристиками обычно вблизи нижней границы диапазона измерения относительные погрешности значительно возрастают. Один из возможных выходов-затаскается в построении многодиапазонных

зиборои, второй - в Лоряированяз опрз^елеятгл образом шбпрлекой неточней номинальной характеристик;!. Млогоднапазонние электропзмэри-гльныз приборы подучили широкое распространение, известим приборы с 5то;,;атачзску.м переключением диапазонов измерения. Особенность» размотанных методов кног-оциапазонного измерения сил и моментов явля-чзя то, что в пределах одного датчика выполняются несколько других [еиентов, соединенных друг с другом последовательно и воспринимающих ;ну и ту ке силу (момент). При этом жесткости и коэффициенты преоб-.зования для этих упругих элементов значительно различаются Сз нэс-льгсо раз или на поряцо::). Примеру схем упругих элементов с мкогсди-взонными характеристика»/« иэоЗра-к.енн на рис. 4. При приложении кай силы Р наибольшие деформации претерпевает первый, наиболее цатливнй, упругий элемент, расположенные на нем тензорэзисторы да-выходноА сигнал датчика. При этом выходные сигналы от тензорезис-ров на других упругих элементах маян. При достижении силой первого рогового уровня дтсзЯ упругий элемент взаимодействует с жестким орем, выходной сигнал от его теизорсзистора перестает возрастать, йствуэдм становится второй упругий элемент, и измерение начинает уществляться на вторам диапазоне. Таким образом, при увеличении си-происходит последовательная сиена ра6отаю:цих упругих элементов и эеход от диапазона к диапазону, вплоть до последнего. В главе сформированы требования к многодиапазонньы датчикам встроенного и при-роенного типов, разработаны методики выбора числа диапазонов (упру-с элементов) и пределов измерений в них в зависимости от исходных гбований к точности, выбора основных параметров упругих элементов, ¡длоу.ены пути обеспечения надежности и предотвращения поломок пер: упругих элементов с,малой жесткостью. Составлены формульные за-далости, в соответствии с которыми долото работать устройство пре-ишоезния электрических сигналов, получаемых от измерительных схем, рмулированы требования по шяоли-знню измерений с требуемой точ-тыо в отдельных диапазонах. Б соответствии с этими требованиями ыируетсн •».«лае.-т Оцеоямдо) нэмидалыпя характеристика датчика.

необходимое™ точного измерен:« сил в узких поддиапазонах целесо-азно выбирать идеальную характеристику кусочно-линейной; примеры актеристик приведены на рис. 5. При реализации подобных характерис-в упр,уг!1х элементах датчиков рекомендуется использовать следующие емы: искривление упругих элементов и их больпих деформаций, вводить

15

Рис. 4 Схемы многодиапазоннах силоизмерительных средств

Рис. 5 Характеристики многодиапазонных силоизмерительных средств

Рис. 6 Параллельное соединение о днок омпонен тfIыx датчиков

Рис. 7 Последовательное соединение двухкомпонентных датчиков

специальные регулируемые упоры и применять элемента с первоначальным натягом, задавать такую геометрию упругих элементов, при которой он приходит в контакт с гладкими поверхностями и зона контакта является переменной. Проведен сопоставительный анализ этих приемов. Сформулированы и решены некоторые задачи синтеза форм криволинейных упругих элементов, исследованы зависимости вида характеристик преобразования от параметров нелинейных упругих элементов. В частных случаях решения найдены аналитическими методами, в болео слочшых случаях использованы результаты численных расчетов на ЭВМ. Многокомпонентные датчики осуществляют одновременное измерение нескольких компонент (составлявших) векторов силы и (или) момента. В принципе любое упругое тело, на поверхности которого расположены тензорезисторы, может быть использовано в качестве упругого элемента многокомпонентного датчика. В матричной форме уравнения измерений записываются в виде одного уравнения

торый как составляющие входят проекции на оси координат векторов силы и момента, 1/ - вектор выходных сигналов, снимаемых с тензоре-зисторов, В - прямоугольная матрица размерности П.* 6 (Л. -число выходных сигналов). Если в уравнения измерений входят все шесть неизвестных , Ру , , М ^ , Му и » т0 система уравнений измерения имеет единственное решение. При гъ>6 система уравнений является избыточной, использование метода наименьшее квадратов или наименьших модулей позволяет повысить точность и, возможно, надежность результатов измерений. Точность определения искомых величин существенно зависит от матрицы В . В частности, часто система уравнений оказывается плохо обусловленной, вследствие чего получаются недопустимо большими погрепности определения искомых величин. Выбором форм упругих элементов и расположением на нем тензорезисто-ров удается значительно повысить точность. Реализация многокомпонентных силоизмерительных средств осуществляется обычно объединением в одну конструкцию нескольких автономных однокомпонентных датчиков сил. На рис. 6 и 7 изображены варианты реализации двух основных способов их соединения: параллельного и последовательного. При параллельном соединении (рис. 6) все упругие элементы имеют вид стержней, работа-

и-ва

где

вектор обобщенной силы, в ко-

юй?1Х на раст,ткение-сжатлр., они шарнирно соединены с обеими базами датчика. Если стеркней ¿тесть, то система статически определила, и уравнения измерений представляют собой шесть уравнений статики. Заметим, что геометрия и кинематика подобных систем при больших перемещениях исследуются хорошо разработанным методом - координат, однако для малых деформаций достаточно использовать линеаризованные соотношения. При последовательном соединении (рис. 7) упругий эле-' мант обычно представляет собой последовательное соединение балочек или криволинейных стер-ннэй. Тензорезисторы располагаются тик, чтобы каждый из них преимущественно измерял одну составляющую силы, составляющие момента обычно определяются по сигналам соответствующих пар тензорезисторэв. Помимо схем последовательного и параллельного соединения упругих элементов используются также комбинированные схемы. В заключение главы дан сопоставительный анализ различных вариантов.

Шастал глава пзсвядена постановке и рэыени» задач динамики механических систем, включающих силоизмерителыше средства. При исследовании динамики таких систем представляют интерес два эффекта: изменение динамических характеристик объекта из-за наличия в его составе датчика и изменение динамических метрологических характеристик датчика вследствие влияния на него объекта (механизма). При исследовании первого эффекта учитывается упругость встроенного датчика и его масса. Встраивание датчика всегда приводит к уменьшению приведенной жесткости и, следовательно, к сжткени» собственных частот механической системы. В диссертации для простерших типовых схем оценено снижение низших собственных частот. Использование приближенных формул, полученных линеаризацией выражений для собственных частот относительно параметров встроенного датчика позволяет оперативно оценивать возможность установки датчика в том или ином месте конструкции и формулировать обоснованные требования к жесткости упругого элемента встроенного датчика. Пристроенный датчик, как правило, ужесточает конструкцию, поэтому низшая собственная частота системы повышается. В главе рассмотрен конкретный пример расчета изменений собственной частоты двухопорного вала .с пристроенным датчиком. Контакт наконечника датчика приводит я наложению дополнительной связи на его упругий ' злемйнт, при этом изменяется форма собственных колебаний, а низшая собственная частота повышается. Б главе рассмотрены упругие элементы в виде балочки и в виде кольца, показано, что низине частоты повмиа-Ю '

юте,я на десятки процентов. Это обстоятельство нукно учитывать при выборе датчиков, язызряюзда колебательные процессы достаточно высоких частот, а также при аттестации и поверке датчиков в динамических ре-шта. Многие сшомоментные средства измерений долины с минимальным запаздыванием регистрировать кратковременные удары и скачкообразные изменения сил. Такие требования обычно предъявляются к датчикам диагностических систем станков. Из качественных соображений понятно, что в этих случаях желательно располагать датчики возмогло блит.е к месту приложения сил. Однако это не всегда технически возможно. Поэтому необходимо исследовать прохождение импульсного и скачкообразного воздействия по звеньям механической цепи. В качестве примера рассмотрена цепная структура, состоящая из масс, которые соединены упругими связями, для такой системы приближенное решение находится аналитически. Показано, что при прохождении по цепи время запаздывания переднего фронта растет, причем это время зависит от выбора порогового уровня. Получены приближенные форлулы для времени запаздывания в различных точках цепи, эти зависимости представлены графически. Использование этих зависимостей позволяет обоснованно выбирать место установки встроенного датчика по требования).« к их быстродействию.

Седьмая глава посвящена описанию и исследованию метрологических характеристик силскомантного средства измерения, имеющего упругий элемент и тензорезпсторы. Приводится перечень метрологических характеристик. Основной метрологической характеристикой является коэффициент преобразования, который представляется в виде пронзведешм коэффициентов преобразования передаточного элемента (или механизма), упругого элемента, генэореэистора, измерительной схемы и электронного усилителя. Характеристики ка:щого из элементов рассматриваются раздельно. Коэффициенты преобразования передаточного элемента определяются в результате статических расчетов по материала!,1 четвертой главы. Тензорезистор осуществляет преобразование деформаций в изменение электрического сопротивления его проводника. Исходным для получеши коэффициента преобразования является следующее выражение для относительного изменения сопротивления

Я Сх с я с г + 5

где Ь^ , и £ ^ - деформации по осям, ^ - удельное сопротив-

ление материала проводника. Интегрирование ведется по всей длине проводника !_. . Формула позволяет учитывать неравномерность деформированного и напряженного состояния на поверхности упругого элемента. При большом числе прямолинейных параллельных участков проводника тензорезистора интегрирование по длине проводника удобно заменять интегрированием по плоскости. В простейшем случае одноосного однородного деформированного состояния получается

Для общего случая деформированного состояния автором предложено использовать формулу

Л?- „ Шс

где ^ и ~ коэффициенты, подбираемые по результатам числен-

ных расчетов и изменяющиеся в узких пределах. Учет упругости соединительного слоя (клея) производится в рамках линейной модели, свойства слоя характеризуются единственным коэффициентом К . В результате исследования решения дифференциального уравнения_получеяо, что качественные свойства зависят от параметра <Х Ас ,где Е~мо-дуль упругости, К - толщина проводника. Если длина тензоре-

зистора удовлетворяет условию О. , то мошо приближенно счи-

тать, что деформации проводника равны деформациям материала поверхности упругого элемента и упругостью клея можно пренебрегать; если же 1_<а , то деформации проводника значительно меньше деформаций упругого элемента, и коэффициент преобразования значительно снижается. Проведено исследование влияния поперечных деформаций (или напряжений) при двухосном напряженном состоянии, построена диаграмма направленных свойств тензорезистора. Отдельно исследовано влияние неоднородности напряженного и деформированного состояния. Нередко выдвигаемое требование однородности напряженного состояния является кэлиянпм и значительно ограничивает возможности конструирования. Если допускать любую неоднородность, то оказывается возможным значительно сокращать габаритные размеры упругих элементов, выбирать формы, ■ наиболее удобные для компоновки, использовать концентраторы напряжений. При неоднородности напряженного состояния смоления его относительно номинального положения и изменения длина приводят к азменете-20

г.м Kor.^í.niv'' нга преобразования; получены Формулы для опрэдолстш о тих ИГН'С ИОНИЙ, в ЗаКЛ!ЭЧОПИО главы приводки» датмо о частик ПСГрО'ЛНЭО-тлх, обусловленных различии«! фактора;«;, оцзясш суммарные погрешности, описан« оригинальные приемы, лозполлщио постать точность прз-с^раэомит и стабильность характерисч-ик ошфзцломик усилителей.

Росьмпн глава псствддона разработке теории и соадпнио основ не-тодич jíicuo'm пригодоз »«шх прецизионных nepass^jinift рабочих органе?- 'Е-.т:с пр^ъоды, в которых п^ромедопия создаются за счет де-

Li.-.n рабочих дгаругоде£ориируС1Л.<х планетов под д-зйотвнзы различны:: пгогы;: усита*, созываемых ссбс.чен ю двигателями (как лрагдяо, .".;.ic: nirjíi) целесообразно использовать для коррекц/.п полочюшш рзбоч.чх ортогав иа«:.:и в узких (порядка сотгес или тысячных дол Я мяллкязтра) пределах 6со гключмьп осиокшзс приводов, а также и тех случать, когда Kf>ppe':r,)pj",v¡".» переведения ранее осуществлялись вручную. Построена шысси?дяидо иркиодоо ¡алых перемеь^ний. Осноиши классифшслцл--.<га;ы;.1 пр:к'пг.:сс.1.'.н являются: разделение на одно- а многсасмяопситоко, гггроонныо и пристроенной. Констатируется методологическое сдинстсо з построении приводов малых перемещений и сплоизпсрительных сродстп. Для однохс.-'ыексчтнцх приводов пристроенного типа ыогут быть пеполь--70!.ш,и тз го ссыэеныз <форг.:и элементов, что и длл датчиков: сторизи с 1г»'Г1ч?емоЯ длиной, яэгкб&вдпеся балечуз и крксолгаей'Г'з crcjmr.i я т.д., а да« релроз-'¡их - статные детали turamu Для построения много-•{C!.ncnorn:a:.f приводов оснопннмн явчяются схемы параллельного и последовательного соединения однокомпонентных приводов, возможны также и комбинированные схемы, fia рис. 8 приведены наиболее распространенные варианты. Число однежемпонэнтных приводов монет изменяться от двух до дгесги, п соответствии с этим изменяется число управляемых обоб-мзнннх ГиОО]>д'лнат, по которым мочага задавать прогрэлмные перемещения, из физических принципов преобразования наиболызее распространенна получили пьезоэлектрический и пьезомагннтыый (магннтострикциошшй), подробно рассмотрены возможности этих методов, источники погрешностей. При разработке математической модели имеется в виду, что привод ыо'кно рассматривать и как источник перемещения, и как источник силы. Приведены примеры применения подобных приводов. Разработаны и исследованы пульсирующие адаптивные алгоритмы подналадки переменны:,! шаге«, позволяющие осуществлять с помощью приводов малых перемещений оптимальную коррекцию уровня размерной настройки рабочих органог машин.

Рис. 8 Одно- и многокомпонентные приводы прецизионных перемещений рабочих органов машины

Работа алгоритмов основана на использовании новых параметров: числа Ь/ последовательных повторений отклонений одного знака для размерных параметров в скользящей выборке и количества о*..! зна-кочзредованяй отклонения размерных параметров в той '«о выборке. Способы формирования переменных по величине импульсов подиаладки с помощью предлагаемых параметров завидены патентами России (по заявкам !?• 4943465 и № 4943457), способы Формализованы и опробованы пол работе различных малин.

гДевятая глава,посвящений описанию технических приложений, начинается с формализованного описания методики проектирования силоиз.мо-рительних средств.

Автором разработаны основы системы автоматизированного проектирования силоизыернтельных средств. Укрупненная блок-схема алгоритма представлена на рис. 9. Исходные данные для расчета и проектирования включают: технические характеристики мажшы, нормы жесткости и точности, характеристики силовых воздействия, перечень метрологических характеристик с указанием пределов допускаемых изменений параметроз, типоразмеры располагаемых унифицированных тензорезисторов, типовые характеристики инструментальных усилителей, перечень типовых упругих элементов с необходимым набором расчетных формул, атлас нормализованных ¡1 унифицированных деталей. Ввод исходных данных предпочтительно осуществлять последовательно, по мере выполнения этапов расчета и проектирования, при работе в диалоговом рекимо. Первоначально осуществляется анализ характеристик машины, рассчитываются параметры жесткости звеньев, соединений и ситовых цзпей в целом. Параллельно о этим анализируются данные о нагруштаи тшши, рассчитываются силы взаимодействия звеньев, силы и моменты в сечениях. Если система статически определима, указанный расчет проводится независимо, в противном случае необходш.ю использовать полученные ранее данные о жесткости (или податливости) звеньев и их соединений. Проводятся статический (квазистатический) и динамический расчеты. В результате этих расчетов для каждого возможного места расположения датчика (встроенного или пристроенного) определяются диапазон;! изменения измеряемых сил и (или) моментов и требования к динамическим характеристикам датчика. Предусмотрено принятие окончательного радения по выбору места расположения датчика оператором. Для следующих двух этапов - выбора типа датчика и его структуры - также необходимо участие оператора. Далее следует непосредственно конструирование, которое ведется от упругого элемента (для датчиков пристроенного типа) или от ататной детали машины - для датчиков встроенного типа. При сиборз параметров упругого элемента обычно определяющий являются ограничения по габаритны:.! размерам. Выбор размеров и места размещения тензорезистора производится у-ке по известным размерам упругого элемента, (уточненным размерам штатной детали), походя из требования максимума коэффициента преобразования. Остальные элементы приспосабливают датчик к конкретному месту. На последнем этапе проектирования выбирается инструментальный усилитель, а п заключении осуществляется проверочный расчет метрологических характеристик. На основных этапах проектирования предпола-

/Ввод ИСХОДНЫХ дашшх/

Pt;c. 9 Укрупненная блок-схема алгоштмя автомяткзирог.чн-ного проектирования силоизмерятелышх средств

•асгея уточнение (корректировка) полученных результатов до достгао-!пн их желаемых значений.

Полученные в работе теоретические результаты, реализованы в сле-;уюдих конкретных практических приложениях:

• системе технического диагностирования аварийных ситуаций в работе ■ехнологичееккх мл пин (кузнечно-прессового, станочного, манипуляцион-:пго и-другого оборудования). Система изготовлена малой партией и применена для токарных станков с ЧПУ модДПК-125ВН2, 16К20ФЗ, ЛПТ-320, 1ТД-901, 1П420П340 и других. Самообучающаяся микропроцессорная сис-тма типа УДАР-501,902 по результатам измерения силовых параметров ¡озволяет распозновать аварийные ситуации типа поломок, наоздов, паюса, неправильной установки, отсутствия нзгрузки и других, ¡редусмотрзн режим графического отображения силового нагружения на ЮСИ макины в реальном и масатабированном Бремени.

• система размерной настройки рабочих органов машин, использующей иформаш-ю от' .• встроенных в узлы машин датчиков сил.

■ системе управления положением детали в зажимных приспособлениях :азиш (патроне). Создания на базе его многокомпонентных приводов ;алих перемещений позволяет решать ряд задач: как обеспечения высо-:ой точности установки детали, так и, наоборот, возможности зажима ;еталей с заданной величиной эксцентриситета - кулачков, эксцентрика, каленвалов. Оригинальность предложенных технических решений юдтверждена 23 патентами и авторскими свидетельствами^

■ системе стабилизации параметров силового нагручеения машин.

■. в хирургических имплантатах, используемых для восстановления струн-уры и функций органов и тканей человека, в частности для восстанов-:ения первоначальной одноосной конфигурации костей (имплантат для ¡енозиц'ли отломков) и имплантат для сращения отломков кости (по методу очагового пакостного и внугрикосного остеосингеза). Автором раз-аботанн и клинически опробованы оригинальные по констукции имплан-'атн, новизна которых защищена 8 патентами России. Для обеспечен!« :аде«ной репозиции, фиксация и создания постоянного компрессионного силия использованы упругодеформируемые (на база типовых упругих лементов - кольца, цилиндрической и спиральной пручши сжатия), терн омеханичеекке (из материала, обладающего агентом памяти формы) и ьеземагнитнне привода малых (достаточных для устранения избыточно-о диастаза) перемещений,.

<ШШШЗ РЙХ'ЯЬТЛШ И ВЫВОДЫ

Проведенные в диссертационной работе исследования позволяют сформулировать следуюцие основные теоретические и практические резул' тати и выводы:

1. На основе единого мотодологического подхода создана теория к разработаны методы проектирования на базе штатных деталей производственных маши первичных неэлектрических преобразователей силоизмерительных средств эдектротензометрического типа и упрутодеформируе-мых элементов приводов малых прецизионных перемещений рабочих органе автоматических следявд« систем, что позволило расширить предметную область машиноведения, и придать деталям машин новые для них метрологические и подналядочше функциональные свойства.

2. В соответствии с предложенной классификацией силоизмеритедь-ных средств на встроенные и пристроенные, определены их показатели качества и критерии, характеризующие основные эксплуатационные свойства.

3. Выделены и проанализированы функциональные элементы, необходимые для придания деталям машин как составным частям датчиков и приводов малых перемещений новых метрологических и подналадочных свойст; систематизированы известные и предложены новые структурные схемы силоизмерительных средств и приводов малых перемещений.

4. Созданы научные основы методики проектирования, выбора параметров и расчета характеристик силоизмерительных средств встроенного типов, для ряда типовых схем исследованы зависимости характеристик от конструктивных параметров, сформулированы и решены задачи оптимизации.

5. Сформулированы новые задачи синтеза нелинейных характеристик силоизмерительных средств и построения шогодиапазошшх датчиков, обеспечиваюпдах перекрытие широких диапазонов или выделение определенных поддиапазонов при сохранения в них требуемых точностных показателе.'!.

6. Применительно к системам, включающим встроенные еилоизмери-теяьиыо сродстг-а, сформулированы основные задачи динамических расчэ-

оцродж» гайеьэний сгойств машины от встраивания датчика « оценивание изменений характеристик самого датчика; для типовых схем получены решения этих задач.

7. На бале типовых деталей маыин - винтов, шайб, преобразовательных передач, раэлишюго типа опор и др. создана гамма сплоизме-

•¡¡топча« срсдстз и пр-.тдоэ малых neprvvaïtfi, прлуганач ют для утспно-хпрггсопого, стокочкогэ, иакнаузиижяаюго, «wViSHcxoro, во-

оизкзр.псльиого, строительного, anepi-ßiimcicoro и прочего оборудо-Л!н, оригкияшюоть .-сонструкцш которт,-: подг^'рчдриа 2-1-мя гтаи-

и сорока ¿""орск:;!;; свидо?сльст21;;я ¡ю изобрели:я; яропеденн '.ллоксп.ч. котглмип опытных л серий', о пзготаьлчгз л.'пл. си.топз.чори .. ;т:л!'.*с средств у л.-Сорглоршк и прокзйсдетйпгле услогспх.

О. iVwP^'OVaHa 'ОПИКа СПрОДс ТС' Пи! ; ь a'p-J.TX'Á'iñCKHX Xlf ЧКТйрЛС-

л.< слли>,смерк!.,~.№н;:х среде'1"- построенных. па базе ."¡::..:\ дс: и,Л ыре;;з:-сдстгс(Г!П.'х ;:г„л:;;;г, ггол>"!е;::t ¡•чр-'-лспня для ря^а л.кч : г,-с счст погрел-tocxeS, сарепоguerre о-гли-ни;:'.! nocí-

"r/-L'üia rt ¡ i • ' :'ï о г i о i ■ v. ! £ ;г л от номинала.

9. Ссадя» прогр-'-мий комплекс, коззоякга^Я рэдошят.»!« уяру-ло дегортул; (поронощлчлч) ряда сложных. модорлп.'ирегхныж для пь-

г.сд:;ал",доччях функции атат;ш;; детаяcit мчи.:;!.

10. Faopr.6oiafßi и цссяоцотш лег цуяшгзувдю адзшлнлгто .popawi педпзладкл пер-нчашк.! сагем, позволит*;;«) в уезотиа апрл;-

шон(.\-л,е•iCïîKcsra о законах изкбнепкя есноит.д. nap.-uwrpou про-jcca сбрлботкг! осуществлять octnsnxuiyn корректно уровня рззцорюй (строем nu шкнсач отклонений от н«»/.талов раокорзв сбработашнгс

11. Прзгуо-конп иогио схехш одноксгао.чоптяге: п г!ксгс:гс::попспт;пг; •»тотедсЯ гляюс переизданий пьезоэлектрического и вьезюппмиюго :.м!к:!юл р-ботн, [доработаны .метода в'-бора их основных трчоароэ.

LZ, Paapi5oTauiai9 силоизмсригельнно средстгя п приведи малик

р;-Г1/лгзогга:-ш D системах тсхшгаескогс диагностирования апа-:".,!"-; сип1,пыли (о зол числе а coxoctf учтя,жея клкропрсцлссэрн^г.. си-

д'пглссп'дд тала УДДР-ïOI, ЗД\Р-?02, шц-отокденг:-^ кал;:":1 р::',.:и ч .Ki. нлулллруекн'с на ряде г.здиггоофокуильшх ззъсдос), г.в~ •пт,т:ос!!.::,-с следк^-пс системах рчямарюй настройки р'Лот.'Х органов r.t! i, ciiort.i's стгЛилпоации параметров силового гагруг.еппл: «mœi в сте.-ьх рнрчглення полот.ением детали з аозскиж приспособления" ма-¡W рмащт'атаяыю доказаны m госовяе оксплуатзц'шннпз показали.

.13. Гыд.ллены приоритетные области пркйсизкия разработанных с:1-;:"-:ег:!тет пых средстл: для сракгателькой сцс.чки кспнлусчих ноделеЛ г:пс H22mi при их исследовательских испытаниях при прогедегага ШОКР; -, еилежчеитного ответвления рабочих органов ианинуялтороэ и робо-з; цлл онсичн качеетт-а сборки; при отладке и модернизации базозой

конструкции ыашыы; для'Оценки показателей нагружения и оптимизации режимов работы оборудования; для повышения безопасности, надежности и ресурса работы ыааин; для аттестации машин, проведения их приемосдаточных испытаний, принятия объективного заключения по рекламациям; для оценки сложности и объема ремонтных работ, установления сроков списания и др.

Основные научные результаты опубликованы в следующих работах: КНИГАХ И БРОШЮРАХ:

1. Кадыров К.Н. Диагностика и адаптация станочного оборудования гибких производственных систем. - Л.: Политехника, 1391.- 144 с.

2. Кадыров H.H. Опыт использования систем адаптивного управления точностью токарной об работки. -Л. :ЛДНШ, 1984. -24 с.

СТАТЬЯХ:

1. Кадыров Ж.Н. Естественные источники информации для систем технического диагностирования металлорежущих станков // Вестник машиностроения. 1992. - №4 С.12-14. '

2. Кадыров Ж.Н., Скраган В.А. Повышение точности механической обработки на токарных станках с ЧПУ // Станки и инструмент. 1980.-М. С. 11-12.

3. Кадыров К.Н. Контроль сил резания в автоматизированном производстве // Машиностроитель. 1986. № 4. С.24.

4. Кадыров Ж.Н. Устройство подналадки инструмента для токарных станков с ЧПУ //Машиностроитель. 1987.-Г? II. С. 19.

5. Кадыров К.Н. Исследование устройств для измерения износа резца // Изв.вузов. Машиностроение. 1981. - .'f1 9. С. 118-123.

6. Кадыров Ж.Н. Динамометрическая револьверная головка // Машиностроитель. 1987. - № б. С. 22-24.

7. Кадыров Л1.Н. Устройство поиска экстремума в системе оптимального регулирования процесса металлообработки // Механизация и автоматизация производства. 1982.. - !■} 4. С. 19-22.

8. Кадыров Ж.Н., Кочетков A.B. Автоматическая система контроля наез-«ания, поломки и износа инструмента токарного станка с !1!1У, встраиваемого в П1С // Анализ и диагностика технологических операций и среден автоматизации. - Саратов, 1989.- С. 47-51.

9. Кадыров Ж.Н., Кочетков A.B. Алгоритмы оперативного диагностирования состояния режущего инструмента в токарном ГГЫ // Технология авиационного прибора- и агрегатостроения. 1990. - 2. С. 17-20.

10. Кадыров Ж.Н. Оптимизация выбора услопий проведения л технических

средств диагностики состояния автоматического оборудования // Метрологическое обеспечение качества продукции в машиностроении и приборостроении. - Омск! 1985. - С.8-13.

11. Кадыров Ж.Н., Акбаров Х.У. Сила резания - критерий размерного износа токарных резцов // Технология авиационного приборо- и агрегато-строения. 1990. - № 2. С. 20-22.

12. Кадыров Й.Н. Диагностика состояния технологической системы гибкого автоматизированного комплекса // Гез.докл.Всесоюзн.совещ. "Гибкие автоматизированные производственные системы". 4.2, Л,; 1984,-

С. 64-66.

13. Кадыров Ж.Н. Диагностирование автоматического оборудования // Тез.докл.Всесоюзн.совещ. "Проблемы вибродиагностики машин и приборов". М.: 1985, - С. 39.

14. Кадыров Ж.Н. Исследование механизмов подналадки резца в системе автоматического управления процессом токарной обработки // Технология и автоматизация в машиностроении. - Выл. 35. - Изд. Киевского политехи,ин-та. - Киев: 1985. - С. 29-34.

15. Кадыров Й.Н. Инвариантные средства технического диагностирования автоматического станочного оборудования // Тез.докл. Всесоюзн. н.-т. конф. "Автоматизация технологического проектирования и подготовки производства для станков с ЧПУ и ГАД". - Владивосток: 1986. - С. 19-21.

16. Кадыров Ж.Н. Информационное обеспечение систем оптимизации процессов металлообработки // Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов. - Уфа: 1986. - С. 31-35.

17. Кадыров Ж.Н., Халупек Н.Г. Устройство для автоматической размерной настройки инструментов на токарных станках с ЧПУ // Тез.докл. Всесоюзн. н.-т.конф. "САПР и надежность автоматизированного производства в машиностроении", - Владивосток: 1990. - С. 10-12.

18. Кадыров М.Н., Акбаров Х.У. Основы конструирования измерительнш: головок отклонения // Вопросы авиационной науки и техники. 1989, -№2. С. 47-52.

19. Кадыров Ж.Н. Автоматическое измерение неравномерности движения в станках токарной группы // Автоматические линии и металлорежущие станки. - 1985. - Вып. 7. - С. 17-19. - (Экспресс-информ.).

20. Кадыров Ж.Н. Алгоритм работы переналаживаемого устройства контроля диаметров валов в автоматизированном производстве // Автоматизированные производства и робототехника. - 1987,- Вып. 7. - С. 1012. - (Экспресс-информ.).

21. Кадыров H.H., Кочетков A.B. Санообучилцаяся система контроля наезжания, поломки и износа инструмента токарного 1Ш // Вопросы авиационной науки и техники. - 1989. - № 2. С. 54-61.

22. Кадыров Ж.К. Контроль положения режущих кромок многолезвийного инструмента на станках с ЧПУ ff Средства и методы коррекции качества в ГПС при реализации программы "Интенсификация - 90". - 1.: 1986. -С. .44-48.

23. Кадыров Ä.H. Автоматизированное проектирование системы технического диагностирования ГПС // Тез.докл. Республ. н.-п.конф. "Молодые ученые и специалисты - ускорении н.-т. прогресса", Караганда, 1985.-С. 29-31.

24. Кадыров H.H., Скраган В.А., Жуков Э.Л. Исследование составлявших суммарной погрешности обработки на станках с ЗДУ // Труды ЛПИ, 1980. № 368. - С. 19-24.

25. Кадыров Ä.H. Система автоматического регулирования // Машиностроитель. 1982. - ),"» II. С.29.

26. Кадыров I.H., Акбаров Х.У. Вопросы оптимизации при выборе условий диагностики автоматического станочного оборудования // Опыт разработки и применения гибких автоматизированных производств в механической обработке. - Л.: 1985. С. 31-37.

27. Кадыров H.H. Центры наименьшего биения вращающихся цилиндрических деталей: алгоритмы определения и оценка экстремума // Вопросы авиационной науки и техники. - 1989. - ;,s 4. С. 16-25.

ПАТЕНТАХ И АВТОРСКИХ СВЗД2Т£51ЬСТЗАХ : I. Силоизмзрительнио средства:

1. A.c. 11> I388I94 (СССР). Токарно-винторезный станок / Ж.Н.Кадыров.-Опубл. в Б.И., 1988, Í? 14.

2. A.c. ,'í> 1414505 (СССР). Динамометрическая револьверная головка / H.H.Кадыров, Х.У.Акбаров. - Опубл. в Б.И. , 1988, '29.

3. A.c. » I5269I4 (СССР). ВрагцаюдиГгся центр / Ж.Н.Кадыров.-Опубл. в Б.И., 1989, ¿1 45,

4. A.c. !.» 1583270 (СССР). Опора шлифовальной бабки / А.Н.Кадыров.-Опубл. в Б.И. , 1993, Г 29.

а. н.о. 'I КУ'.ШйЗ (СССР). ТокариЗ клм.кжк сачоцэнтрлруюдий патрон/ й.Ü.КадыроБ.-Опубл. в Б.Я., 1990,. №30.

б. Пат. по заявке !} 4424943 (Россия). Динамометрическая шпиндельная опора / Z.H. Кадыров, Д.Н.Тверской л др. Реи. о выдаче пат. II.11.91г. 7. Пат. яо заявке 4914979 (Россия). Дшгауометричеекая ¡шпиндельная опора/ Й.Н.Каднров. Pea. о выдаче пат. 12.09.91г.

0. Пат. но оаявко ,fí 4787955 (Россия). Токарный самоцентрируюдий патрон / Й.Н.Кадыров, В.А.Ияругин и др. Pea. о выдаче пат. 09.12.91г.

9. Пат. по заявке 4914980 (Россия). Устройство для шлифования тор-t',03 пружин / Е.Н.Кадыров. Реи. о выдаче паг. 29.08.91г.

10. Пат. по заявке ',? 4889595 (Россия). Датчик давления / Ж.Н.Кадыров. Рея. о к:дачо пат.. 30.10.91г.

П. Инструментальные усилители;

1. A.c. 1446459 (СССР). Гензопреобразователь / Н.Н.Кадыров и В.З. Твваав. - Опубл. в Б.И., 1988, 47.

2. A.c. Г> 164723-1 (СССР). Тензометрическое устройство с автоматической установкой нулевого начального уровня / ¡H.H.Кадыров и В.Ф.Тюваев,-Опубл. в Б.И., 199I, № 17.

3. A.c. по заявка № 4886837 (СССР). Тензометрическое устройство с автоматической установкой нулевого начального уровня / Ж.Н.Кадыров и

Л.Н.Андреев. Реш. о выдаче A.c. 27.05.91г.

Ш. Исполнительный механизмы:

1. A.c. $ 764853 (СССР). Устройство для автоматической подналадки режущего инструмента / В.А.Скраган, E.H.Кадыров. - Опубл. в Б.И., 1980, if 35.

2. A.c. № 1480968 (GCCP). Устройство для автоматической подналадки режущего инструмента / Ж.Н.Кадыров и П.П.Чэрвинский. - Опубл. в Б.И., 1989, !,'•> 19.

3. A.c. № 1495004 (СССР). Автоматическая многопозиционная головка / й.Н.Кадыров. - Опубл. в Б.И., 1989, № 27.

4. A.c. по заявке Г» 4686259 (СССР). Токарный патрон / И.Н.Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Реш. о выдаче A.c. 25.12,89г.

5. A.c. по заявке № 4686271 (СССР). Тохарный патрон / Ж.Н.Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Pea. о выдаче A.c. 06.07,90г.

6. A.c. по заявке № 4752081 (СССР). Клиновой токарный патрон / M.1U Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Реш. о вцдачо A.c. 19.02.90г.

7. A.c. по заявке Г» 4687195 (СССР). Каиновой токарный патрон / Ж.Н. Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Реш. о выдаче A.c. 31.07.90г.

8. A.c. по заявке № 4-750993 (СССР). Устройство для центрирования деталей на токарные станках / Н.Н.Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Реш. о выдаче A.c. 31.07.90г.

9. A.c. по заявке № 4687194 (СССР). Самоустанавливающийся патрон к токарным станкам / H.H. Кадыров, Д.Н.Тверской и др. Реш. о выдаче A.c. 06.04.90г.

10. A.c. по заявке № 4752030 (СССР). Зачимной кулачок токарного само-центрирувщего патрона / Ж.Н. Кадыров, Д.Н. Тверской и др. Реш. о

выдаче 31.08.00г.

11. A.c. по заявке № 4787956 (СССР). Токарный самоцентрирующий клиновой патрон /H.H. Кадыров, Д.Н. Гворской и др. Реш. о выдаче A.c. 22.01.91г.

12. A.c. по заявке № 4793340 (СССР). Токарный самоцентрирующий патрон Д.Н.Кадыров. Реш. о ввдаче A.c. 26.02.91г.

13. A.c. по заявке № 4816900 (СССР). Устройство для центрирования'заготовки на планшайбе / Ж.Н.Кадыров. Реп. о ввдаче A.c. II.03.90г.

14. Пат. по заявке № 491492I (Россия). Токарный самоцентрирующий клиновой патрон / Ж.Н.Кадыров. Реш. о ввдаче пат. 03.01.92г.

15. Пат. по заявке » 4928977 (Россия). Токарный самоцентрируюдий клиновой патрон / Ж.Н.Кадыров. Реш. о выдаче пат. 15.01.92г.

16. Пат. по заявке № 4928089 (Россия). Зажимной патрон к токарному станку / Ж.Н.Кадыров. Реш. о ввдаче пат. 20.11.91г.

17. Пат. по заявке № 4940467 (Россия). Клиновой токарный патрон / Ж.Н. Кадыров и М.Т.Коротких. Реш. а выдаче пат. 04.01,92г.

10. A.c. по заявке № 4884365 (СССР). Устройство для остеосинтеэа переломов шейки кости / Ж.Н.Кадыров. Реш. о вьщаче A.c. 07.05.91г.

19. A.c. № 1754085 (СССР). Пластинка для компрессии отломков кости/ Ж.Н.Кадыров, А.С.МаслиЙ и др. - Опубл. в Б.И., 1992, № 30.

20. Пат. по заявке № 4878596 (Россия). Устройство для компрессионного накостного остеосинтеэа / Ж.Н.Кадыров, А.С.Маслий и др. Реш. о выдаче пат. 29.07.91г.

21. Пат. по заявке № 4890077 (Россия). Устройство для компрессионного накостного остеосинтеза / Ж.Н.Кадыров. Реш. о выдаче пат. 28.06.91г.

22. A.c. № 1699444 (СССР). Устройство цля остеосинтеза / М.Н.Кадыров, А.С.Маслий и др. Опубл. в Б.Й., 1991, № 47.

1У. Способы поцналадки, установки и изготовления:

1. A.c. по заявке № 4(323129 (СССР). Способ установки деталей/д{.Н.;£а-дыров. Реш. о выдаче A.c. 27.02.91г.

2. Пат. по заявке ff 4927172 (Россия). Способ изготовления ступенчатых деталей / К.Н.Кадыров. Pea. о ввдаче пат. 04.01.92г.

3. Пат. по заявке № 4914Ы7 (Россия). Способ обработки дзталей с перехватом / Ж.Н.Кадыров. Реи. о выдаче пат. 14.04.92г.

Подписано к печати /¿,9.

Заказ с"Ус__________________

Отпечатано на ротапринте С.-ПбГТУ

Í9525I, Сашст-Петерсург, Политохничсская ул.,29

Тира« 100 экз. Бесплатно