№9 (Лабораторные работы), страница 2

У каждого оболочкового упругого элемента в егоконструкцииестьопределеннаяточка(площадка),получающаянаибольшееперемещение при воздействии на этот элемент нагрузки (давления, усилия). Такуюточку (площадку) обычно используют для передачи, данного перемещения навторичные преобразователи. У мембраны, мембранной коробки, сильфона это ‐ жесткий центр, у трубчатой манометрической пружины это — свободный конец.Упругой характеристикой оболочкового упругого элемента называется зависимостьδ = δ (Р) между перемещением этой точки (площадки) и вызывающей это перемещениенагрузкой Ар, представляющей собой разность давлений, действующих изнутри иснаружи оболочкового элемента.Упругие характеристики могут быть линейными и нелинейными (рис. 6).Рис. 6. 10Используя оболочковый упругий элемент в приборе для измерения — недавления, а некоторого другого параметра, связанного с воздействующим на оболочкудавлением, стремятся к тому, чтобы упругая характеристика была линейной поданному параметру.

В этом случае прибор имеет линейную шкалу по измеряемомупараметру.Вид упругой характеристики определяется в основном формой, глубиной,расположением гофр и толщиной оболочки.Чувствительность и жесткость. Если оболочковый упругий элементиспользуется в приборе в качестве чувствительного элемента, то его основнойхарактеристикой является чувствительность.Чувствительность S оболочкового упругого элемента — это предел отношенияприращения (изменения) выходной величины перемещения Δδ   (линейногоилиуглового) к вызвавшему это приращение изменению входной величины давления ΔР: S   lim Δδ     dδ .Δp 0ΔP dPЧувствительность определяет прогиб (перемещение, ход), получаемый упругимэлементом под действием давления.

Чем больше чувствительность, тем большийпрогиб получает упругий элемент.Трубчатые пружины по сравнению с мембранными коробками и сильфонамиобладают обычно значительно меньшей, чувствительностью.Жесткость К, представляя собой величину, обратную чувствительности, естьпредел отношенияприращениянагрузки(давленияР)ксоответствующемуприращению перемещения:Δp dp=Δp→0 ΔδdδK = limПонятие жесткость чаще используют по отношению к оболочковым элементам,которые должны при работе обеспечивать определенное усилие.Если упругая характеристикаоболочкового элемента линейна,то егочувствительность и жесткость постоянны и могут быть найдены как: 11S=Графически чувствительностьδи K =PиPδжесткостьвнекоторойточке упругойхарактеристики могут быть определены через значения тангенсов углов наклонакасательной, проведенной в этой точке, к соответствующим осям координат.Чувствительность и жесткость оболочкового упругого элемента определяютсяего размерами, особенностями конструкции (форма гофра у мембраны, форма профилятрубки и др.) и упругими свойствами.Нелинейность упругой характеристики.

Отклонение упругой характеристики отлинейной оценивается величиной нелинейности. Различают абсолютную нелинейностьи относительную нелинейность.Абсолютная нелинейность Δδл — представляет собой отклонение фактическойупругой характеристики от линейной зависимости при наличии у них общих начальнойи конечной точек.Абсолютная нелинейность может быть определена для любого значениядавления на имеющейся нелинейной упругой характеристике.Относительная нелинейность — это отношение абсолютной нелинейности кзначению полного перемещения упругого элемента, при котором она измерена εн:.Δδ лε=100%δОбычно пользуются величинойεh =Δδ л maxδ max100%где:Δδл max - максимальная абсолютная нелинейность упругой характеристики;Δδmax - наибольшее допустимое значение перемещения упругой характеристике.Принелинейнойхарактеристикеупругогоэлементаегожесткостьичувствительность изменяются по мере возрастания перемещения.Силовая характеристика — это зависимость тягового усилия от давления Р,т.е.

Q = Q (Р). Характер зависимости близок к характеру зависимости δ = δ (Р).Тяговое усилие ‐ силие Q, которое развивает оболочковый упругий элемент вопределенной его точке (например, на жестком центре мембраны и мембраннойкоробки или на свободном конце трубчатой пружины) при воздействии на него 12давления Р.В измерительных приборах с механическим преобразованием это усилиедействуетнавходемеханическойпередачи,преобразующейперемещениечувствительного оболочкового упругого элемента в перемещение указателя осчётногоустройства прибора.Упругое последействие и упругий гистерезис.

После того, как нагрузкаперестала изменяться (при нагружении) или уменьшилась до нуля (при разгружении)оболочковый упругий элемент еще продолжает некоторой время деформироваться. Этоявление называется упругим последействием (рис. 7, а).Отрезок 0В показывает величину упругого последействия, исчезающего стечением времени, отрезок CD — показывает величину упругого последействия припостоянной нагрузке.

Если допустить, что упругое последействие отсутствует, то тогдабудет расхождение в величинах деформаций, соответствующих одной и той женагрузке при нагружении и разгружении Несовпадение упругих характеристик принагружении и разгружении называется упругим гистерезисом (рис. 7, б).Рис. 7.а) — упругое последействие; б) · упругий гистерезис.При работе упругого элемента упругий гистерезис и упругое последействиевозникают и появляются одновременно. Отрезок ΔГ на рис. 7, а показывает суммарнуюабсолютную погрешность от гистерезиса и последействия при определенном режименагружения и разгружении оболочкового упругого элемента:ΔГ = δ 2 − δ1 , 13где:δ1 – перемещение при нагрузке;δ2 – перемещение при разгрузке.На практике же для оценки погрешности от упругого последействия и гистерезисаобычно пользуются относительной величиной, которая называется гистерезисомперемещения εг:εГ =ΔГδ max100% =δ 2 − δ1100%δ maxгде:δmax — максимальная величина перемещения на упругой характеристике.Величины упругого последействия и упругого гистерезиса зависят от упругихсвойств, применяемого материала и максимальной величиныприкладываемойнагрузки.

Кроме того, на упругое последействие оказывает влияние скоростьизменения приложенной нагрузки и время ее действия. Явления гистерезиса ипоследействия объясняются тем, что часть энергии расходуется на преодолениевнутренних сил трения в материале.Величина гистерезиса перемещения в упругих чувствительных элементах взависимости от свойств материала и от величины напряжения в нем, вызываемыхнагрузкой, может колебаться в широких пределах (0.02%....1.5%).6.

Описание лабораторной установкиСхема лабораторной установки изображена на рисунке 8. Лабораторнаяустановка состоит из следующих основных узлов:а) гидравлического пресса с устройством для измерения создаваемого прессомдавления;б) испытуемого оболочкового упругого элемента;в)устройствадляизмеренияпрогиба(перемещения)испытываемогооболочкового упругого элемента;г) бачка для рабочей жидкости (масла).Гидравлический пресс представляет собой помещенный внутри корпуса 4рабочий цилиндр 18, в котором с помощью ходового винта 19 перемещается поршень17.

Ходовой винт приводится во вращение вручную маховичком 1. В корпусе прессатакже находится игольчатый клапан 16, открывающий доступ рабочей жидкости во 14внутреннюю полость испытуемого оболочкового упругого элемента 14 (такимиэлементами на одних установках являются мембранные коробки, а на других —манометрические трубки ‐  трубки Бурдона). Клапан 16, студент, выполняющийлабораторную работу закрывает или открывает вручную с помощью винта 15.Устройством для измерения создаваемого гидравлическим прессом давленияслужит манометр 3.Устройство измеренияпрогиба(перемещения)состоитизиндикатораперемещения 10, установленного на кронштейне 11, который с помощью винта 13фиксируется на стойке 12.

Ножка 9 индикатора упирается в штифт 8 оболочковогоэлемента (мембранную коробку, трубку Бурдона), который передает перемещение.Бачок 5 рабочей жидкости имеет запорный игольчатый клапан 6, открывающий доступжидкости (масла) в рабочую полость гидравлического пресса (открывает и закрываетклапан 6 выполняющий работу студент с помощью винта 7).Кроме того, в бачке имеются: шариковый предохранительный клапан (на схемене показан), отрегулированный на предельную максимальную величину давления впрессе и испытуемом оболочковом упругом элементе, а также сливной штуцер (насхеме не показан) для слива рабочей жидкости (масла) из бачка.Внутренние полости оболочкового элемента 14, бачка 5 и манометра 3соединены с рабочей полостью пресса штуцерами 2.7.

Сведения по технике безопасностиРабочей жидкостью, воздействующей на оболочковый упругий элемент,является машинное масло. Оно подается в оболочковый элемент под давлением,которое создает выполняющий работу студент вручную при помощи гидравлическогопресса. В связи с этим основную опасность представляет выплёскивание ивыбрызгивание масла под давлением из лабораторной установки. Чтобы этого непроизошло:1. Запрещается вращать маховичок гидравлического пресса по часовой стрелкепри закрытых клапанах 6, 16.

Вращать маховичок можно только внимательноознакомившись с работой лабораторной установки, руководствуясь настоящимописанием и ее схемой, представленной на рисунке.2. Запрещается повышать давление масла в испытуемом оболочковым элементевыше отмеченного красной чертой предельного значения на шкале манометра. 153. Нужно внимательно и бережно относиться к испытуемым чувствительнымэлементам, не допускать механических и других воздействий, приводящих к ихповреждению.Внимание. Масло является едкой, трудно удаляемой и воспламеняемойжидкостью.8. Порядок выполнения лабораторной работыВнимательноознакомьтесьсосновнымитеоретическимисведениями,описанием лабораторной установки, сведениями по технике безопасности, а такжепорядком выполнения работы.1. Для проведения экспериментов с оболочковыми упругими элементами(мембранной коробкой или трубкой Бурдона) подготовьте лабораторную установку кработе.1.1.

Откройте клапан 6 вращением соответственно винтов 7 против часовойстрелки.1.2. Клапан 16 закрыть.1.3. Заполните рабочий цилиндр 18 рабочей жидкостью (маслом), перемещаяпоршень 17 вправо (15 — 20 оборотов) вращением маховичка 1 против часовойстрелки.1.4. Подождите 10-15 секунд до полного заполнения рабочего цилиндра 18.Клапаны 6 — закрыть. 16 — открыть.1.5. Проследите, чтобы ножка (9) индикатора 10 касалась исследуемогооболочкового упругого элемента (штифта 8).1.6. Вращением шкалы индикатора 10 совместите ее нулевую отметку сострелкой индикатора 10.1.7. Закройте клапан 6 вращением винта 7 по часовой стрелке.2.

Определите цену деления (образцового манометра 3, для чего максимальнуювеличину давления, для измерения которой может быть использован данный прибор(эта величина давления приведена на его шкале), нужно разделить на число деленийвсей шкалы (максимальное численное значение по шкале).3. Снимите упругую характеристику δ   = δ   (Р) исследуемого оболочковогоэлемента.Плавным вращением маховичка 1 по часовой стрелке переместите поршень 17 врабочем цилиндре пресса влево, повышая тем самым давление в исследуемом 16оболочковом элементеотнулядонекоторой максимальнойвеличины(непревышающей предельного значения, отмеченного на n шкале манометра 3 краснойчертой). При этом снимайте показания величины давления,создаваемого воболочковом элементе (не менее 8...12 точек) по шкале манометра 3.

Одновременно длякаждого отмеченного показания величины давления по шкале индикатора 10 снимитезначение величины перемещения (деформации) испытуемого оболочкового элемента.При достижении максимальной величины давления (не выходящей за краснуючерту по шкале манометра 3) в испытуемом оболочковом элементе отметьтесоответствующее значение его перемещения (деформации).После этого не останавливаясь, снижайте давление до, нуля, также снимаяпоказания по шкале манометра 3 и соответствующее значение перемещения(деформации) испытуемого оболочкового элемента по шкале индикатора 10.4.1.