Динамометр

Динамометр, прибор для измерения сил. Самый простой динамометр, могущий служить, например, для измерения мускульной силы, состоит из пружины, которая под действием приложенной к ней силы растягивается или сжимается; степень этого растяжения или сжатия указывается стрелкой на особом циферблате с делениями; стрелка эта получает свое движение от пружины через посредство рычага. Подобный динамометр в общежитии употребляется для измерения веса (пружинные весы).

Рис. 1.

В технике динамометрами называются также приборы, измеряющие количество работы. Как известно, механическая работа равна произведению из движущей силы на путь, проходимый точкой ее приложения, если направление силы совпадает с направлением вызываемого ею движения; всего чаще в технике движущая сила передается валу, на котором насажены шкивы; последние с помощью бесконечного ремня передают уже движение шкивам рабочих станков. Чтобы измерить работу, которая передается от двигателя валом, часто пользуются динамометром, известным в технике под именем зажима Прони (см. рис. 1). Он состоит из 2 колодок — деревянных или металлических, которые располагают на окружности обода шкива, сидящего на валу, и стягивают болтами. С одной из колодок связан рычаг, на котором подвешен груз; колодки стягивают болтами до тех пор, пока трение шкива о колодки настолько возрастет, что двигатель будет делать именно то число оборотов, при котором он обыкновенно работает; вместе с тем груз или гири на чашке весов изменяют до тех пор, пока рычаг придет в равновесие и будет свободно держаться в горизонтальном между упорками G, F положении. Тогда, на основании законов равновесия, момент силы трения должен быть равен моменту веса груза, и если через I назовем длину рычага, считая от центра вала, через r — радиус шкива, через Р — силу трения на окружности шкива, а через g — вес груза, то Рr = gl, или Р = gl/r . Сила трения приложена касательно к ободу шкива и ее скорость относительно шкива, при неподвижном рычаге, будет

2πrn/60

где n число оборотов вала в минутах. Следовательно, работа силы трения, как мы это уже знаем, равна

gl/r. 2πrn/60

но так как двигатель, в отношении развиваемой им энергии, поставлен именно в те условия, в каких он нормально работает, то найденная нами величина и есть та работа, которую двигатель при данном числе оборотов обыкновенно отдает валу. Обыкновенно эта работа с вала передается станкам, при измерении же ее тормозом Прони, вся работа двигателя поглощается работой трения, которая в свою очередь обращается в теплоту, и потому при испытании тормозным динамометром необходимо шкив энергично охлаждать, поливая водой, иначе как шкив, так и тормоз раскалятся и сломаются. При измерении необходимо следить за тем, чтобы рычаг стоял неподвижно и не прикасался к предохранительным упоркам G и F, в противном случае вычисления будут не точны. Более простым и удобным для пользования будет веревочный тормозной динамометр (рис. 2). Устройство его состоит в том, что на шкив надевается веревка; к одному концу привешивается чашка с гирями, а другой конец прикрепляется к пружинным весам.

Рис.2

Чашку нагружают до тех пор, пока двигатель не придет в нормальные условия работы. Тогда, если весы будут показывать натяжение q кг, а гири будут весить р кг, то сила трения будет равна R=q-р, а работа трения, или работа двигателя будет L=q-р.2πrn/60. Если силы выражены в кг, а скорости (следовательно, и r) в метрах, тогда работа будет выражена в килограммометрах.

Рис.3

Иногда нужно измерить не работу двигателя, а работу, потребную для приведения в движение рабочего станка. Работа обыкновенно с приводного вала передается при помощи ремня, причем ведущая часть ремня натянута более сильно, чем ведомая; разность этих натяжений равна силе трения, приложенной по касательной к окружности шкивов. Если нам будет известна разность натяжений ведущей и ведомой части ремня (Е) и скорость ремня (v), тогда определится и работа, передаваемая ремнем, L=R.v. Для подобных измерений может служит  динамометр Гефнер-Альтенека. Прибор этот (см. рис. 3) состоит из 7 роликов, оси которых между собой параллельны, средний ролик (7) может перемещаться, другие служат для направления обеих ветвей ремня а и b, так что противоположные давления на средний ролик взаимно уравновешиваются. Среднее колесо и 2 малых укреплены на рамке, вращающейся около горизонтальной оси, на которой сидит колесо 5; на эту же рамку действует противовес. Вследствие большего натяжения ведущей нижней части ремня, подвижное колесо стремится приподняться, и противовес спускается; чтобы снова его установить, приходится натягивать пружину; при этом ее указатель проходит путь, пропорциональный разности натяжения обеих ветвей ремня; шкала пружины так градуирована, что отсчет на шкале при натяжении пружины прямо дает искомую разность натяжения ветвей ремня. Для более спокойного движения противовеса служит воздушный тормоз. Зная величину движущей силы, определив число оборотов вала и радиус шкива, находим поглощаемую станком работу.

А. Г.