Динамометр механический своими руками

Изготавливаем динамометр своими руками

Вес измеряется весами, расстояние – линейкой, давление – манометром и т. д. А придуман ли прибор, измеряющий силу? Такой инструмент, конечно же, имеется. Называется он динамометр. Своими руками в домашних условиях, кстати говоря, несложно изготовить простенький, но вполне работоспособный прибор для измерения силы, свой собственный эксклюзивный динамометр.

Масса, сила, вес

В разговорах мы часто путаем такие понятия, как масса и вес. В чём между ними разница? Маленький пример. У нас есть гимнастическая гиря массой 32 кг. Именно столько покажут наши бытовые весы, стоит нам это железное изделие на них поставить. Переместимся мысленно на поверхность Луны. Показания весов, которые мы захватим с собой, изменятся и будут всего лишь 5 кг 120 г. А вот на самой большой планете нашей системы, Юпитере, с самой большой силой тяжести, весы покажут все 84,5 кг. Изменилась масса гири? Нет.

Как такое может быть? Поместим гирю в открытый космос, где в состоянии невесомости весы покажут и вовсе ноль. Масса пропала? Чтобы убедиться, что это не так, стоит разогнать наш гимнастический снаряд до приличной скорости и направить на ту или иную мишень. Если тот же эксперимент повторить на Луне, Земле, Юпитере, при условии, что скорость в момент столкновения с препятствием будет одинакова, идентичными будут и разрушения.

Масса гири во всех примерах остаётся 32 кг. А что меняется? Сила, с которой гиря давит на площадку весов. И измерять её, эту силу, называемую «вес», правильно не в килограммах, а в ньютонах.

Сила в один ньютон равна весу груза в 102 грамма, находящегося на поверхности планеты Земля.

Итак, изготовив динамометр своими руками, мы получим возможность измерять такую важнейшую физическую величину, как сила.

Общий принцип устройства динамометров

Для измерения силы редко используют земное притяжение. Это не только неудобно (груз или противовес могут работать только вертикально), но и не совсем точно. Дело в том, что наша Земля – не совсем шар. Это эллипсоид, слегка сплюснутый с полюсов. Поэтому расстояние на экваторе до центра планеты больше, чем на полюсе, к тому же, на экваторе на любое тело действует центробежная сила, слегка уменьшающая его вес, поэтому чтобы гарантированно похудеть (правда ненамного, на 0,5% всего лишь) надо просто поехать с полюса на экватор.

Поэтому для того, чтобы измерить силу, чаще всего применяют приборы на упругих элементах. А силу иногда необходимо измерить просто громадную, например, тягу двигателя космической ракеты носителя. Можно только представить, каким должен быть такой динамометр.

Своими руками такой вряд ли изготовишь. Но принцип работы у всех «силомеров» один и тот же: сила деформирует упругий элемент, прибор фиксирует величину этой деформации.

Стандартный динамометр

В лабораторных работах школьных уроков физики для измерения силы использовался простой пружинный прибор. Рассмотрим, как сделать динамометр своими руками не хуже школьного.

Основа, на которой собирается всё устройство, – обычная дощечка из дерева или полоска поликарбоната, пластика, жести, вариантов множество. На дощечке расположена пружина, один конец которой жёстко закреплён, другой связан с телом, через которое передаётся усилие. Как правило, это стальной крючок. Степень растяжения пружины пропорциональна прикладываемому усилию. Величина деформации отражается на шкале, которая наносится в ньютонах. Вот так работает динамометр. Своими руками в домашних условиях не обязательно изготавливать его из пружины, прекрасно будет работать любой упругий материал, например, резинка.

Тарировка

Для того, чтобы силомер работал, его необходимо градуировать. Для этого можно воспользоваться силой тяжести. Известно, что усилию в один ньютон соответствует вес 102 граммов. Тарируется динамометр своими руками в следующей последовательности:

• динамометр располагается вертикально;
• пока пружина не нагружена, положение указателя соответствует отметке 0;
• динамометр нагружается грузом массой 102 грамма, получается отметка 1 ньютон;
• масса груза в 204 грамма даст положение метки в 2 ньютона и т. д.

Как видим, настроить динамометр своими руками несложно.

Разные конструкции «домашних» динамометров

Необходимо определиться с нагрузкой, которую предстоит измерять. И расчёт лучше произвести перед тем, как сделать динамометр. Своими руками можно изготовить как мощный прибор, так и небольшой, но более чувствительный. А вариантов конструкции немало.

Например, несложно изготовить динамометр своими руками из резинки. Он ничем не отличается от классического «школьного». Разница лишь в том, что вместо пружины используется более доступная резинка, например, от донной удочки или авиамодельная.

Немного фантазии, и в прибор для измерения силы превращается обычный одноразовый шприц. Устройство показано на рисунке, единственное, на чём следует заострить внимание, так это поршень шприца, который необходимо обточить по окружности (или срезать острым ножом) так, чтобы он двигался внутри корпуса шприца без усилия.

При желании можно изготовить динамометр своими руками из ручки, обычной шариковой ручки с пружинкой.

Стержень надо очистить от чернил, сточить острие пишущего шарика и вставить внутрь обычную канцелярскую скрепку.

Динамометр на пьезоэлементах

Динамометры заводского изготовления в последнее время чаще всего изготавливают с использованием пьезоэлементов. Пьезоэлемент – кристалл, на концах которого при механическом сжатии появляется разность потенциалов (напряжение). Причём величина этой разности потенциалов зависит от степени сжатия.

Силомеры такого типа отличаются отсутствием хода штока (на чувствительный элемент необходимо просто нажать), чрезвычайной точностью и огромным диапазоном измерений. На пьезоэлементах делаются как чувствительные приборы для точного измерения небольших усилий, так и динамометры, с помощью которых измеряют тяговые усилия тракторов.

Источник

Студенческая жизнь .

Сайт о жизни студентов во всех ее проявлениях

Как сделать динамометр?

Динамометр — отличный прибор. Современная промышленность выпускает какие угодно модификации. С разными единицами измерения — шкала градуируется в килограммах, например. Существуют пределы измерения от минимального до очень большого, исчисляемого десятками тонн. Однако, давайте посмотрим, как сделать динамометр своими руками. Простой и точный.

Основа физического процесса

Чтобы понять, как сделать динамометр, стоит остановиться на принципе его работы. В основе лежит третий закон Ньютона, который гласит, грубо, что на каждое действие есть равное противодействие. Поэтому простейший динамометр будет состоять из рабочего элемента, который деформируется при воздействии нагрузки. И шкалы, которая может быть проградуирована в любых единицах и служить методом визуального определения приложенной силы.

Конструктивное исполнение

Пока отвлечемся от основного рабочего элемента и посмотрим на детали прибора.

• Нам понадобится точка приложения силы. В самом простом случае — металлический крюк небольшого размера. Можно изготовить из канцелярской скрепки.
• Чтобы было удобнее, не будем крепить крюк на рабочий элемент. Нам нужен передатчик. Нерастяжимая прочная нитка — подойдет. Закрепляем на нее крюк.
• Шкала. Ее будем размечать самостоятельно, поэтому ограничимся полоской бумаги.
• Понадобится какая-то основа, на которой будет закреплен рабочий элемент и поместится участок со шкалой. Здесь никто не ограничен в фантазии, можно использовать что угодно.

Когда есть все детали, можно переходить к выбору основного рабочего тела и решать, как сделать динамометр лучшим образом.

Рабочий элемент

1. «Авиационная» резинка.

Такой простой способ вполне подойдет, если нужен динамометр для измерения небольших усилий. Резинка такого типа хорошо растягивается и что самое главное — очень линейно. Чтобы понять, как сделать такой динамометр, представьте дощечку. На верхней части закреплен конец резинки. Внизу — полоска для шкалы. Длина резинки рассчитывается так, чтобы ее растяжение было удобно фиксировать в пределах выделенного пространства.

2. Пружина.

Выбор зависит от силы, которую необходимо будет мерять. Основное требование — пружина должна растягиваться на большую длину. Конструкция динамометра будет аналогичной той, которую придумали для резинки. Если нужен большой диапазон силы, можно снять пружину с кровати или дверную. С последней работать проще — она длинная и можно «откусить» сколько нужно, формируя предел измерения.

Градуировка прибора

Вопрос «как сделать динамометр» в конструктивном плане более-менее ясен. Теперь нужно сделать так, чтобы «это показывало», то есть обеспечить правильную разметку шкалы. Для этого понадобится несколько грузов разной массы, естественно, известной. Они просто последовательно подвешиваются на крюк и степень растяжения рабочего элемента отмечается на шкале.

Если динамометр использовать как безмен, этого хватит. Измеряем линейкой, сколько миллиметров шкалы приходится на один грамм или килограмм и размечаем.

Для того чтобы динамометр измерял то, для чего предназначен — с помощью калькулятора для каждого грузика считаем силу, умножая его массу на ускорение свободного падения. После этого градуируем шкалу, как написано выше для измерения массы. Все, работа окончена.

Заключение

Мы рассмотрели самый простой способ. Для тех, кто хочет узнать, как сделать динамометр с круглой шкалой, можем дать совет. В качестве рабочего тела используйте полоску закаленной стали или пластиковую линейку, которая гнется и уверенно возвращается в исходное положение. Закрепив один конец и подвешивая груз на другой — можно градуировать дугу отклонения и получить динамометр с круглой шкалой. Все просто, сделать прибор для измерения силы несложно и своими руками.

Школьный эксперимент — видео

Источник

Самодельный динамометрический ключ: как сделать своими руками

Время на чтение: 6 минут

Каждому опытному автолюбителю или профессиональному мастеру известно, что многие детали в автомобиле требуют особого усилия при затяжке. Так, если на гайку будет передан момент, недостаточный для её полного затягивания, она может разболтаться при движении, и, напротив, перетянув крепёж, можно обеспечить деформацию детали.

Именно поэтому динамометрический ключ — одна из важнейших составляющих набора инструментов каждого специалиста. Однако стоит он достаточно дорого, и некоторые умельцы изготавливают инструмент своими руками.

Динамометрический ключ

Динамометрический ключ своими руками

Динамометрический ключ — это инструмент для мастеров станций техобслуживания, предназначенный преимущественно для обеспечения равномерного приложения нагрузки на тот или иной крепёжный элемент, он обеспечивает равномерную затяжку каждого болта или гайки.

Электронная или стрелочная шкала на данном изделии позволяет обеспечивать затяжку деталей с точностью до десятых и даже сотых долей мм.

При ближайшем рассмотрении изделие представляет собой обычный рычаг с трещоткой на конце, которая не позволяет мастеру переборщить с усилием и просто прокручивается вхолостую, в соответствии с заранее выставленными параметрами на динамометре.

Динамометр — это простой пружинный механизм, который, натягиваясь, вызывает отклонение стрелки на циферблате от нулевой отметки до предельного значения, заданного пользователем.

В основании рычага находится вращающийся ограничитель, с помощью которого мастер выставляет точное значение требуемого предельного усилия перед началом работы.

Детали для ключа своими руками

Таким образом, имея под рукой некоторые бытовые приборы, а также немного смекалки и знаний элементарной физики, любой мужчина сможет изготовить подобие ключа, не выходя из дома или гаража, причём результат мало чем будет отличаться от показаний прибора, приобретённого в магазине.

Динамометрический ключ без шкалы: чем заменить

Чтобы ключ получился простым в использовании и мог нормально эксплуатироваться, пользователю нужно знать простую формулу из школьного курса физики, а именно, что момент в 10 Н*м — это произведение веса в 1 кг, приложенного на расстоянии один метр от точки. Таким образом, нетрудно догадаться, что рычаг в 0,5 м достигает данного значения при усилии в 2 кг, 0,2 м — 5 кг и т. д.

Отталкиваясь от этих расчётов, мастер должен приобрести или найти следующие детали для изготовления инструмента:

• Рукоять, которая имеет торцованные в форме квадрата наконечники, причём длина изделия должна соответствовать приведённым выше расчётам для достижения более точного результата.
• Если обрезать рычаг не удаётся, то всегда можно нанести на нём метку маркером или просто надеть тугой хомут, что и будет являться отправной точкой приложения нагрузки на крепёж.
• Вместо динамометра можно взять обычный высокоточный безмен — весы, которые показывают нагрузку в граммах в зависимости от силы натяжения. Специалисты советуют приобрести данный прибор с ценой деления хотя бы в 100 граммов и пределом взвешивания до 50 килограммов.

Советы профессионалов при изготовлении ключа

С первого раза инструмент может не получиться, и измерение будет некорректным. Однако любой опытный мастер может дать несколько подробных советов, следуя которым каждый новичок добьётся желаемого результата.

При отсутствии рычага или материалов для него можно пользоваться обычным гаечным ключом с рожковым захватом с одной стороны и накидным — с противоположной. Однако здесь следует более тщательно вычислить соотношение длины и крутящего момента, так как наверняка размер плеча будет представлять собой дробное число.

Для лучшей фиксации безмена к рычагу следует особенно тщательно отнестись к месту его установки. Лучший вариант — аккуратно просверленное сквозное отверстие, точно в месте приложения нагрузки, и прибор никогда не соскользнёт с рукояти.

В зависимости от требуемого натяжения у мастера может быть сразу несколько безменов с различными пределами взвешивания, каждый из которых должен иметь собственную таблицу зависимости нагрузки от плеча и крутящего момента.

Так как все усилия при определении степени затяжки прикладываются только к весам, необходимо обеспечить удобный захват ручки, так как 20-30 кг с плохим захватом не позволят комфортно работать с прибором.

Как осуществляется измерение затяжки

Чтобы корректно измерить затяжку при помощи самодельного прибора, необходимо выполнить несколько простых правил:

• Собрать прибор и привести его в рабочее состояние — прикрепить безмен к рукояти, выставить его на нулевое значение, при возможности — задать предел взвешивания с сигнализацией, а в конце — одеть необходимую насадку на рабочий орган устройства либо изначально выбрать рожковый ключ подходящей размерности.
• Накинуть ключ на гайку или болт. Прибор покажет точное значение только в том случае, если сопряжение с крепежом происходит напрямую через рычаг, а при участии одного или нескольких переходников и удлинителей при выдаче результата возможна погрешность до 5-8 %.
• Аккуратно потянуть безмен таким образом, чтобы его положение было строго перпендикулярно оси рычага, и показатель нагрузки не был искажён, раскладываясь на векторы.
• Если было достигнуто нормальное усилие, прибор подтвердит это результатом измерений, а гайка не шелохнётся. Если же затяжка не была достаточной, то крепёж провернётся вокруг своей оси до достижения требуемого крутящего момента.

Основные ошибки при изготовлении ключа

Любой высокоточный инструмент не может быть изготовлен совсем без ошибок, так как у мастера под рукой нет ни точных разработок, ни чертежей, и всё это может привести к некорректным измерениям и поломке деталей авто впоследствии. Однако многие профессионалы имеют ответы и на этот счёт, предлагая автолюбителям ряд рекомендаций для того, чтобы минимизировать ошибки и неточности, в частности:

• В качестве рычага не стоит брать мягкий металл, который может легко погнуться при нажатии, потому что усилие, приложенное к безмену, без соблюдения ортогональности не даст искомый результат, и назначение устройства будет полностью утрачено.
• Не стоит выбирать дешёвый безмен, потому что точность его измерений весьма сомнительна, а пружина быстро растягивается и выходит из строя. Так, по состоянию на декабрь 2018 года, стоимость весов должна быть в районе 400-500,0 руб. Это немного по сравнению с ценой на сам динамометрический ключ — около 3-4 тыс. руб., а некачественную составляющую лучше поменять сразу.
• При креплении насадки на гайку нужно учитывать, что она должна находиться перпендикулярно оси работы рычага, а в противном случае измерения не получится.
• Большинство безменов обладают лишь информационной функцией и никак не ограничивают действия мастера, который может легко отвлечься и перетянуть болт, не обратив внимание на показание шкалы.

Таким образом, при использовании самоделки на мастере лежит гораздо больше ответственности, потому что прибор не может обладать теми функциями по автоматическому ослаблению усилия, как покупной аналог.

Станция техобслуживания

Самодельное устройство лучше всего применять для контроля за натяжением болтов, если возникают сомнения. При необходимости контроля затяжки на какой-либо сложной составной детали автолюбителю всё-таки следует обратиться в СТО для проведения диагностики и ремонта, не производить замену важных компонентов у себя в гараже, потому что самовольное вмешательство может стоить гораздо дороже, чем сэкономленные на ключе средства.

Источник