> Техника, страница 29 > Весы

Весы

Весы, прибор для определения веса тел. В зависимости от принципа, положенного в основу конструкции, различаются следующие типы весов: рычажные, гидростатические и пружинные. Наибольшее применение в промышленности, торговле и научной работе имеют рычажные весы.

Весы вообще должны обладать следующими свойствами: 1) устойчивостью, 2) чувствительностью, 3) верностью, 4) неизменяемостью показаний и 5) прочностью. Устойчивост ь—свойство В. автоматически возвращаться после нескольких колебаний в состояние равновесия по прекращении действия силы, нарушившей равновесие. Чувствительность — свойство рычага отклоняться на видимый угол под действием достаточно малого груза. Верность В. в смысле абсолютной математической точности практически неосуществима вследствие трения в частях механизма и неизбежной неточности отношения плеч. В виду этого законом устанавливается для каждого рода В. допускаемая максимальная погрешность, и т. о. В. считаются верными, если ошибки, получаемые при взвешивании, не выходят за пределы допуска. Неизменяемость показаний заключается в совпадении результатов при повторных взвешиваниях одного и того же груза на одних и тех же В. Это совпадение также не м. б. математически точным, и практически требуется лишь, чтобы расхождение не выходило за пределы допуска. Наконец, прочность—свойство весового прибора продолжительно сохранять требуемую степень устойчивости, чувствительности и верности.

В 1928 г. Комитет по стандартизации при СТО утвердил стандартную номенклатуру, условные обозначения и наибольшие нагрузки (грузоподъемность) для рычажных весов, подлежащих обязательной поверке и клеймению (табл. 1). Кроме вошедших в

Таблица 1.—Стандартная номенклатура весов (ОСТ 248, 249).

Название	Условное обозначе ние	Наибольшие нагрузки
Коромысловые обыкновенные.	0	2,5,10,20,50,100,200 килограмм
Коромысловые точные.	А	1,5,20,50,100,200,500 8,
Безмены.	Б	1,5,10,20,50 килограмм 10,20 килограмм
Столовые.	С	2,5,10,20,30 килограмм
Товарные.	Тв	100,200,500 килограмм, 1,2,3 т
Возовые.	Вз	2,3,5,10 т
Вагонные.	В	30,50,75,100т
Крановые.	к	500 килограмм, 1, 2, 5, 10,20 т
Медицинские.	м	20,150 килограмм

стандартную номенклатуру В., на практике применяются еще кек-рые специальные типы: а) автоматические (преимущественно для сыпучих и жидких тел)—«Ав», б) аналитические для лабораторной и научной работы—«Ан», в) образцовые и для поверки гирь—«Кн», г) специальные для различных особенных целей (для определения сорта пряжи, бумаги и прочие)—;<Сп».

I. Общая теория рычажных В.

На фигуре 1 изображен АВ—рычаг 1-го рода: О—точка опоры, Р—гиря, приложенная на расстоянии L от точки опоры, Q—взвешиваемый груз, приложенный на расстоянии I.

Условие равновесия Ql=LP, или Q=~Р.

1) При постоянном отношении L

*__О_

Фигура 1.

I и переменном Р, В. могут быть: равноплеч-ные, если L=l, неравноплеч-н ы е, если L=f=V, причем, если L : i =10, весы называются десятичными. 2) При постоянном Р, но переменном отношении L : I, В. называются безменом. 3) Наконец, если при постоянных Р и L :1 вес тела определяется по углу отклонения рычага, получаются циферблатные В. ₁,._;

Рычаг в весах, на котором помещаются гири для определения веса, называется коромыслом.

Построение коромысла уясняется следующими теоретич. соображениями. Пусть

Р и Q (фигура 2) будут две взаимно уравновешивающиеся силы, a R—собственный вес коромысла, приложенный к центру тяжести С. Прибавлением груза г заставляем ко

j—	- У е	Ф~1
[	у· *	С в
Р		*
	у Аг	*

Фигура 2.

ромысло отклониться на угол «. При перемещении ц. т. из С в C₁ имеем такое равенство моментов сил: r-A₁0=R-0_l0, или rLcosa—Resina, откуда

Re.

Г=-J- tg к.

Грузик г характеризует чувствительность весов: чем он меньше при том же угле отклонения, тем коромысло чувствительнее. Увеличение расстояния е влечет за собой необходимость увеличения грузика г и вызывает уменьшение чувствительности. Следовательно, для увеличения чувствительности расстояние между точкой опоры и центр. тяжести должно быть минимальным; в этом случае рычаг легче выводится из состояния равновесия и возвращается к нему после значительного числа колебаний. С другой стороны, для обеспечения устойчивости ц. т. рычага должен находиться ниже точки опоры; при совпадении обеих точек получится состояние безразличного равновесия, при помещении же ц. т. выше точки опоры—неустойчивое равновесие. Увеличение чувствительности путем увеличения плеча L имеет то неудобство, что одновременно увеличивается и вес R, а вместе с тем, при удлинении рычага, увеличивается возможность его прогиба. Отсюда следует, что рычаг должен быть возможно коротким, из легкого материала, с наибольшим модулем упругости. В особо точных В. прибегают к опти-ческ. приборам для наблюдения очень малых углов.отклонения и тем практически уменьшают величину грузика г, то есть увеличивают чувствительность В. Если прямая АВ, соединяющая точки приложения сил (точки

подвеса чашек), не проходит через точку опоры О, что бывает на практике вследствие. изгиба рычага и некоторой неточности изготовления прибора, то это также отзывается на чувствительности В. На фигуре 3 изображен такой случай изгиба рычага: φ—угол наклона плеча АО к горизонту, D—точка приложения равнодействующей сил Р и Q (центр тяжести чашек и их груза), е,—расстояние этой точки от опоры, е—расстояние центра тяжести коромысла от точки опоры. Момент грузика г должен уравновесить момент рычага и момент, образовавшийся благодаря смещению центра тяжести в Ώ₁. Условие равновесия: rLcos (φ + а)=.Resin a -f (Р + а,

откуда

_ iJp-KP+Qle, sinet

L cos(tf + ct)·

T. о., помимо веса рычага и расстояния его ц. т. от точки опоры, чувствительность зависит также от нагрузки и от величины угла φ; когда R незначительно по сравнению с (Р + Q), можно практически принять, что чувствительность обратно пропорциональна нагрузке. С помощью аналогичных соображений можно получить выражение и для того случая, когда точки А и Б выше точки опоры:

, Re-(P + Q)e_г sina

L ’ COS (a — φ)

Здесь при (P + Q)e_x<Re—устойчивое равновесие, причем чувствительность возрастает с увеличением нагрузки, так как грузик г, как видно из формулы, уменьшается; при (Р + Q)e_x=Re — безразличное равновесие, а при (Р + Q)e,>Re— неустойчивое равновесие (В. «заваливаются»).

В формуле Q=-j Р при постоянном Р отношение L : I может изменяться трояким образом: а) изменяется L (перемещением передвижной гири)—безмен 1-го рода (так называется римское коромысло); б) изменяется I (перемещением взвешиваемого груза)—безмен 2-го рода, имеющий ограниченное применение лишь в нек-рых специальных весах;

в) одновременно изменяются L и I (перемещением точки опоры)—безмен 3-го рода, к употреблению не допускается. Условие равновесия для безмена 1-го рода (фигура 4) при

к. jrdZ		/почла лодбеса
	1 1 ,. ГП	0
т~ Р	< ш		*ж 4*4 у
	Р р

Фигура 4.

нахождении передвижной гири Р на п о-с л е д н е м делении к шкалы выражается равенством моментов левой и правой части: PL+M^Mz+lq+lQ,

где М_х и М₂—собственные моменты левого и правого плеч безмена, q—вес чашки безмена, а Q—груз. При отсутствии груза гиря находится на н у л е в о. м делении т (отстоящем от точки опоры на d), и в таком случае уравнение равновесия имеет вид: Pd^JrM₁= ql+M.,j.

Вычитая последнее уравнение из предыдущего, получаем:

PL-Pd=Ql,

откуда вес передвижной гири Р=Из формулы ясно, что величина взвешиваемого груза прямо пропорциональна (L—d), то есть длине шкалы, чем и определяется способ нанесения делений, а именно: нанеся два крайних деления, подразделяют расстояние между ними на равные части, которые и соответствуют равномерному изменению значения передвижной гири.

В практике производства и ремонта безменов встречается необходимость исправления веса передвижной гири. Если мы обозначим через р груз, который надо прибавить к гире при нахождении ее на конечном делении для восстановления равновесия, а через х недостаток веса передвижной гири при нуле, то получаем следующие уравнения моментов. При нахождении гири на конечном делении шкалы:

(Р—x)L- - М xApL—M^Aqlp Ql, а при нахождении передвижной гири на начальном делении:

(P—x)d+M₁=M_z+ql.

Вычитая второе уравнение из первого и подставляя значение Р, ранее полученное, находим:

^Х=РТ-Т

Построение циферблатных весов уясняется из фигура 5: 0 — точка опоры, С — центр тяжести, е— _А<расстояние между

" " ^{л Л} в

==яд

V Ά а

Λ

/t V

/f

>i.

i О Q+q

ними, i? — вес рычага, P—постоянный вес гири, Q — груз, уравновешивающий эту гирю.

Если к грузу ^прибавить груз q, то Фигура 5.

при отклонении рычага на угол а. имеем равенство моментов: PL cos cc+Resina= Ql cosa+ql cos a. Заменяя PL через равную ему величину Ql, найдем q=-r tga; подставив вместо

tja равную величину -j-, получим: q

Re,

При постоянном множителе ~ может про ке исходить лишь изменение величины отрезка d, которое пропорционально нагрузке. Последи, свойство и позволяет нанести шкалу в виде циферблата. Построение шкалы (фигура 6): через конец В рычага, который служит указателем, проводится отвесная линия MN, на которой откладываются равные части, отвечающие равным приращениям веса нагрузки. Соединив эти точки деления с центром вращения рычага, получим искомые деления циферблата: О, 1, 2, 3, 4, 5, которые, не будучи равными по величине между собой, в то же время отвечают одинаковым изменениям нагрузки. Величина отрезков дуги уменьшается по мере отклонения рычага от горизонтального положения, и, следовательно, чувствительность весов уменьшается е увеличением нагрузки. Необходимость помещения центра тяжести далеко от точки опоры не позволяет достигать в циферблатных В. высокой чувствительности. Чувствительность циферблатных весов уменьшается также и потому, что для вращательного движения рычага на 90° и более призма заменяется осью, что дает значительно большее трение.

II. Системы и конструкции рычажных В.

1) Коромыеловые В. обыкновенные (условное обозначение «О»)—равноплечные весы с подвешенными чашками

(фигура 7). Эти В. применяются в торговле и промышленности для взвешивания обыкновенных товаров и материалов. Допускаемая погрешность при поверке составляет при наибольшей нагрузке ±0,1% взвешиваемого груза.Стандартные размеры В. и их частей указаны в таблице 2.

2) Коромыс-ловыеВ. точные («А») применяются в аптеках, в торговле золотом, серебром и другими ценными материалами и изделиями, когда требуется более точное взвешивание. Они также изготовляются в форме равноплечных В. с нижними чашками

Таблица 2.—С тандартные размеры весов «0·> (ОСТ 253).

Фигура 7.

Приблизит, вес в килограммах	Наибольшая нагрузка на каждую чашку в килограммах	Длина плеча (0 в миллиметров	Толщина полотна (Ь) в миллиметров	Ширина (без вы у опорной призмы (опасное сечен.—h) в миллиметров	полотна ступов) у грузоприемной призмы (/ij) в миллиметров
0,4	2	200	6	30	15
0,8	5	250	8	35	17
1,0	10	300	8	40	20
2	20	350	10	50	25
5	50	450	14	70	35
10	100	500	18	90	45
20	200	650	25	105	52

и отличаются от типа «О» более тщательной и точной пригонкой и соответственно уменьшенным допуском (табл. 3). Наиболее распространенный тип В. изображен на фигуре 8,

Таблица 3.—Д опуски для весов типа «А».

Наибольшая нагрузка.	г	1	5	20	50	100	200	500
Допускаемая погрешность.	мг	3	6	15	30	40	50	100
Наибольшая нагрузка.	кг	1	5	10	20	50	-	-
Допускаемая погрешность.	г	0,2	0,5	1	2	5	-	-

хотя для точных В. может применяться и конструкция «О». Для достижения большей чувствительности тип «А» снабжается приспособлением для перемещения центра тяжести в виде гирьки 1, передвигающейся по винтовой нарезке; гирька должен быть несъемной. Для регулировки равновесия всей системы на концах коромысла помещаются двигающиеся по винтовой нарезке несъемные гирьки 2. Весы снабжаются по б. ч. аретиром 3, поднимающим опорную призму над подушкой. Коромысло обычно изготовляется медное, никелированное, хотя могут

Фигура 8.

применяться железо, сталь и алюминий. Чашки, обычно медные, никелированные, могут также изготовляться,

из фарфора, стекла, фа- г«дрегз^рв?я»2 янса, эбонита. Подвеска ^{45 к} " чашек—при помощи металлических прутьев или цепочек;шелковые шнурки допускаются в точных весах грузоподъемностью не свыше 100 г._сАналитические В. («Ан»), применяемые для всякого рода лабораторных работ, требующих высокой точности при определении веса, также изготовляются с равноплечными коромыслами, поскольку последние, как это явствует из изложенной общей теории весов, дают наибольшую чувствительность и точность. По существу они являются лишь более усовершенствованным типом коромыс-ловых точных весов. Допуски и чувствительность для аналитических В. законом не устанавливаются, а диктуются требованиями аналитической работы и практич. пределами точности, которой в состоянии достигнуть производитель весов. Практически чувствительность этих В. колеблется в различных конструкциях и наибольших нагрузках от 0,1 до 0,005 мг; точность же взвешивания составляет половину указанных величин. Наибольшими нагрузками для них являются 500, 200 и 100 г, реже 1 ^кг> 50 и 20 8. Аналитические весы обязательно снабжаются изолирующим приспособлением, помощью которого средняя опорная подушка разъединяется со средней призмой, а крайние призмы освобождаются от нагрузки чашек, садящихся на специальные опоры. Коромысло снабжается специальной шкалой, служащей для отсчетов при пользовании малыми проволочными гирьками, так называемым рейтерами. Наложение рейтеров производится помощью специального вращающегося стержня,. находящегося над коромыслом. На фигуре 9 изображена схема аналитических весов на 200 г, изготовляемых Трестом точной механики в Москве. Для точных отсчетов по шкале В. снабжаются лупой с зеркальным приспособлением.

Другою разновидностью точных коромыс-ловых В. являются так называемым образцовые В., применяемые гл. обр. для поверки гирь, а в исключительных случаях и для точных взвешиваний в торговле и промышленности. Они изготовляются с нагрузкой в 2, 20, 200, 500 г, 1, 5, 10, 20 и 50 килограмм и, согласно правилам Главы, палаты мер и весов, делятся на два разряда. К первому относятся весы, служащие для поверки точных и контрольных гирь, употребляемых поверочными же палатами; ко второму—весы для поверки обыкновенных гирь. Чувствительность (то есть наименьшая величина грузика, отклоняющего стрелку на одно деление шкалы) должен быть для В. первого разряда;

0,1 мг—для В. до 2 г; 1 мг—для В. до 20 г; 5 мг—для В. до 200 и 500 г; 20 мг при грузоподъемности 1—5 килограмм и 200 мг—при грузоподъемности 10—50 килограмм. Для В. второго разряда чувствительность в 5 раз меньше (то есть грузик больше). Точные весы, применяемые в метрологическ. учреждениях (например в Главной палате мер и весов), где производится поверка эталонов гирь, изображены на фигуре 10. Их точность достигает 0,001 мг.

Фигура 10.

Такого рода В. устанавливаются в особом помещении на специальном фундаменте, превосходящем глубину фундаментов всех соседних зданий, во избежание колебаний от уличного движения. Наблюдение за взвешиванием и наложение гирь производятся из смежного помещения, помощью оптическ. приборов и специальных рычагов.

3) Безмены («Б») допускаются в СССР лишь 1-го рода. На фигуре 11 изображен без

мен, конструкция которого не требует пояснений; для более грубых взвешиваний он может изготовляться и без дополнительной

шкалы аb. Равновесие указывается стрелками т и I. Для помещения груза может применяться, помимо крюка, чашка или площадка. Благодаря своей портативности, небольшому весу (2—5 килограмм) и невысокой цене безмены играют большую роль в крестьянском хозяйстве.

4) Столовые В. («С»), равноплечные весы; с верхними чашками, особенно распространенные в торговле, весьма пригодны для скорого взвешивания, так как их чашки, не заграждаемые цепями или шнурами, дают больший простор для маниций. Установленный допуск также=+0,1% при максимальной нагрузке. Наиболее употребительна система Беранже, изображенная на фигуре 12. КК—железный равноплечный

рычаг 1-го рода; 7с/с и —два железных рычага 2-го рода; левая чашка покоится на призме А (две точки опоры) и—помощью ноги NF—на серьге ss рычага М, соединенного с коромыслом КК серьгой SS. Противоположная чашка имеет такое же устройство. Силу Q, соответствующую взвешиваемому грузу, можно разложить на две силы: q_lt приложенную к опорной призме А, и силу q₂, приложенную к призме Е. Обозначив через х силу, nepeflaBaeMvio рычагом klc через серьгу SS и точки Н и В на коромысло КК, имеем:

q₂ : х—ВН : BE, то есть х=д₂-~.

На коромысле КК мы имеем: у : х= СВ : СА,

откуда

Следовательно, y=q₂, если плечи имеют отношение BE : ВН=СА : СВ. Практически это достигается делением пополам плеча АС в точке В и плеча BE в точке Н. При таких условиях сила q₂ передается на призму А без изменения, так что на нее действует сумма сил <π+2₂> то есть вся нагрузка Q, независимо от местонахождения груза в той или иной точке чаш-к и. Станина ТТ обычно отливается из чугуна. Призмы и подушки, а равно места взаимного соприкосновения сережек, хомутиков и тому подобное. делаются из стали. Стандартные размеры весов «С» приведены в таблице 4.

Стремление ускорить развеску товаров и облегчить подсчет гирь привело к конструкции В., в которых наложение гирь вручную заменено включением подвесных гирь помощью рычагов (фигура 13): гири Р подвешены на стержнях к коюомыслу весов, движением зубчатой рейки В с захватом В{, приводимой в действие рычагом А. коромысло К разгружается и нагружается гирями.

Наибольшая нагрузка на чашку в килограммах	Приблизит, вес весов с круглыми медными чашками в килограммах	Длина плеча в миллиметров		Ширина полотна в опасном сечении в миллиметров		Толщина полотна в миллиметров
		коро мысло	ры чаг	коро мысло	ры чаг	коро мысло	ры чаг
2	4	150	60	20	14	6	5
5	7	200	80	25	18	7	6
10	9	230	90	30	20	8	7
20	15	260	100	35	22	10	8
30	25	300	115	45	30	10	9

Указанный принцип применен германской фирмой Динзе в весах, изображенных на фигуре 14 (вид спереди) и 15 (вид без кожуха). С обратной стороны весы

Фигура 13.

Фигура 14.

имеют также оконце со счетчиком, который показывает покупателю вес.

Еще большую скорость взвешивания дают В. с циферблатом, хотя чувствительность их ниже, чем в весах Беранже. Но практика Европы показывает, что этот недостаток с избытком восполняется быстротой взвешивания и уменьшением субъ-ективн. ошибок при подсчете гирь. Весы, изображенные на фигуре 16, представляют собой комбинацию циферблатного механизма и системы рычагов типа столовых В. Беранже. S, Si и S₂—опорные призмы; L. Li и L₂—грузоприемные призмы; Gi и С?₂— соединительные призмы; LSN—коромысло

________ с противовесом. В.

снабжены воздуш-

фигура 15.

Фигура 16.

Фигура 17.

ным тормозом D (для больших нагрузок применяется глицериновый или масляный тормоз), назначение которого прекращать колебания стрелки для получения более быстрого отсчета на циферблате.

Несколько более сложные типы коромысел для весов с циферблатом приведены на фигуре 17: слева—грузоприемная призма заменена кулаком А, на к-ром в точке В прикреплена гибкая стальная лента, причем кривой BL придается форма, обеспечивающая равномерность шкалы; справа—призмы заменены кулаками А и Ώ, коромысло подвешено на ленте FSE и вращается с помощью ленты CLB; движение коромысла передается кремальерой зубчатому колесу, с которым соединена указательная стрелка. Иногда на циферблате наносятся не только цифры, обозначающие вес, но и стоимость данного количества товаров при той или другой цене единицы веса.

Расчет коромысла равноплечных В. Сплошной брус равного сопротивления хотя и обладает значительной прочностью, но способен давать прогиб и потому не является рациональной формой коромысла, в особенности для точных весов. Исходя из этих соображений, коромысло равноплечных весов рассчитывают без учета прогиба по формуле Р1=К следовательно величина безопасной нагрузки на одно плечо Р=-у-, где b—толщина, 7*—ширина полотна коромысла в опасном сечении и I—длина плеча. Допускаемое напряжение К равно 3 килограмма/мм², то есть вдвое ниже нормы, принимаемой при обычных расчетах, так как экс-плоатация обыкновенных В. сопровождается обычно небольшими ударами. Та же формула применяется и для расчета медного коромысла аптекарских В., коромысел и рычагов столовых В. и коромысел товарных В. Для медных коромысел К=1 иг /мм². Для точных В. зависимость грузика г, характеризующего чувствительность весов, от прогиба коромысла (то есть от его жесткости) выражается формулой

„. Qe+Pf Л-ι ’

1 div

где Q —вес коромысла, Р—йаиболыпая нагрузка на каждую чашку вместе с весом по -следней, е—расстояние центра тяжести коромысла от острия средней опорной призмы, h—длина указательной стрелки, 1 div— величина одного деления шкалы, /—стрела прогиба коромысла, I—длина одного плеча коромысла. Требование достаточной жесткости вызывает необходимость применения типа сквозной фермы (смотрите фигура 8—10). Проверка прочности· коромысла на изгиб и скалывание производится обычными способами. Прогиб f можно определять графически методом Мора—построением упругой линии изгиба коромысла, как веревочной кривой для сил, пропорциональных площадям диаграммы изгибающих моментов.

5) Товарные В. («Тв») представляют собою неравноплечные В., состоящие из системы сочлененных между собою неравноплечных рычагов, чем и достигается уменьшение веса требуемых гирь. Окончательное отношение В. получается путем перемножения отношений сочлененных рычагов:

-L „ JL i____JL

п п, п, п„ ’

то есть вес гипи Р, уравновешивающей груз,

р равняется —. Допуск при наибольшей нагрузке ±0,1%.

На практике наиболее употребительны следующие системы товарных весов. а) Десятичные В. (системы Квинтен-ца) изображены в схематич. виде на фигуре 18.

Железное коромысло с отношением плеч С А : СВ=10. Платформа S помощью тяги В К подвеше

на к короткому плечу коромысла; другой край платформы опирается на подплатформенный железный рычаг в двух точках D и D_t. Последний лежит одним концом на опорных призмах Е и Е_и а другим концом подвешен при помощи тяги HF к короткому плечу коромысла. Нагрузку весов Q мы можем разложить на Qi и Q₂. Заменим Q₂ равнозначущей силой х, а последнюю—силой у:

х : Q₂=ED : ЕЕ, откуда х =0_а~;

у : х=СЫ СВ, откуда у =.

Подставив в последнее равенство значение

„ ED-CH

х из предыдущего, получим: у=Q₂-^f7cb Если ED : EF= СВ : СН, то к= и в этом случае точка В находится под действием сил:

Qi + у — $i + Q 2= Q>

т.е. всего взвешиваемого груза. Для уравновешивания последнего к точке А должен быть приложен, согласно условию, груз Р=Отношение плеч подплатформенного рычага Е_гВ_г EJ? м. б. произвольно, при условии, чтобы таково же было и отношение плеч коромысла СВ : СН. Практика установила как наиболее рациональное отношение 1:6. Весьма часто десятичные весы снабжаются особым изолирующим аппаратом, благодаря которому платформа во время процесса навалки груза опирается не на призмы, а на раму весов.

Расчет подплатформенных рычагов. Безопасная нагрузка на рычаг

^bh‘j

Р =χ__;, а т. к. выше было принято у=6,

„ „ Gbh*

то Р =-J— полагая, что на каждую точ ку опоры действует груз, равный половине наибольшей нагрузки. Стандартные размеры десятичных весов приведены в таблице 5.

б) Товарные В. системы Фербенкс (фигура 19 и 20). Платформа S лежит своими углами на четырех призмах E, Е_иН и H_lt залитых в двух чугунных подплат-

Наибольшая нагрузка в килограммах	При-близ. вес в килограммах	Размеры платформы и ее площадь	Длина плеч в миллиметров		Размеры профилей рычагов в миллиметров		Рас-стоян. между опорными призмами в миллиметров
			1	L	b	h	А
200	30—35	600x600= = о ,36 м2	103	618	10	36	365
500	70—75	800X800 = = 0,64Λί2	134	804	12	45	530
1000	180—200	1100x1100= =1,21Λ42	184	1104	16	70	734

форменных рычагах 2-го рода: длинного и короткого. Длинный треугольный рычаг соединен с коромыслом АВ железной тягой МВ, и т. о. вся нагрузка платформы передается лишь в одну точку коромысла. Рычаги соединены между собой кольцами GF, охватывающими соединительные призмы F. Опорные призмы D, D _ltK, К! подвешиваются к основной раме при помощи качающихся сережек. Отношение плеч коротк. рычагов КН : KG должно быть равно отношению отрезков длинного рычага DE : DF, что и обеспечивает параллельное подымание и опускание платформы, а равно совершенно одинаковую передачу нагрузки от всех четырех углов к точке F. Отсюда ясно, что общая нагрузка платформы передается в точку В коромысла в отношении ΕΌ : DM, то есть

*=«·££· ^τ· ^κ·^κ°-ромысло АВ также неравноплечно, то для уравновешивания груза х гиря Р должна иметьвесР=

__СВ г, ED-CB

^X АС V DM AC Размеры плеч рычагов подбираются так. обр. чтобы произведение ^ равнялось 50, 100, 200 и т. д., смотря по тому, строятся ли весы пятидесятичные, сотенные, двухсотенные и т. д. Обычно для весов с грузоподъемностью в 100 и 200 килограмм применяется отношение 1 :50, для более же крупных весов — 1 : 100. Стандартные размеры весов Фербенкс приведены в таблице 6.

Расчет чугунных подплатформенных рычагов. Профиль рычагов должен быть несимметричен по отношению к нейтральной оси. Теоретически целесообразно

Таблица

6.—С т а н д а р т н ы е размеры весов Фербенкс (ОСТ 261).

						Рассто-
				Длина		яние			Размеры
«U В	О) а § Э	При- близ.	Размеры платформ	плеч в миллиметров		между точк. опоры			профиля (фигура 21) в миллиметров
в	О ® о в £*·α д	вес в	и их площади			в миллиметров
о S3 н		кг	Μ xN	1	L	А	С	В	h	Ь
О	И я
	100 килограмм		385x250=0,1.и“	50	500	360	190	16	40	8	4
о	200 9	70	500x350=0,18 »	56	560	426	245	18	45	9	4,5
Я
β
<	500 килограмм	115	685x685=0,47мг	55	825	600	585	22	55	11	5,5
	1 т	225	750x1000=0,75 »	60	900	652	875	28	70	14	7
	2 »	375	1120X1120=1,25 »	81	1350	964	945	40	100	20	10
<х> Я	3 »	550	1400X1400=1,96 »	96	1600	1190	1150	50	125	25	12,5

было бы брать тавр, центр тяжести которого делил бы высоту тавра в отношении 1 : 3 в соответствии с отношением допускаемых для чугуна напряжений на растяжение и сжатие. Однако практическ. осуществлению этого мешает невозможность целесообразного t-c-l : устройства платформы при

I I наличии получающихся боль-

« ; шой ширины полки и боль-

; шой высоты тавра. На прак-

*-^в-* тике рекомендуется руковод-

Фигура 21. ствоваться следующими со отношениями (фигура 21): A=2,5J?; b=0,5В; е=0,5 b =0,25 В; а=Ь=0,5 В.

Наименьший момент сопротивления W (сечения, приведенного на фигуре 21) относительно оси, проходящей через центо тяжести сечения, то есть для волокна АС, W=0,798323 В³; при допускаемом на практике напряжении на изгиб .К"=1,8 килограмм/мм²,

KW= 1,437 В²; KW= —^LL~^R

Отсюда получаем формулу для расчета без-

1,437-в“ —

опасной нагрузки на рычаг: Р=— —,

предполагая самый неблагоприятный случай, что каждая призма рычага воспринимает половину наибольшей нагрузки весов. При удельном весе чугуна 7,1 вес п. м рычага равен 10,65 В².

в) Товарные В. системы Фалько (фигура 22). Основной принцип тот же, что и у других неравноплечных В. с четырьмя грузоприемными призмами. Главное их отличие от весов Фербенкс заключается в том, что здесь опорные призмы не подвешены на качающихся серьгах, а лежат на неподвижных опорах. Рычаги в весах системы Фалько делают железные, кованые.

При сравнении всех трех типов В.: Квин-тенца, Фербенкс и Фалько, прежде всего необходимо иметь в виду, что сотенные В.

Фигура 22.

более рациональны, чем десятичные, в виду наличия у них четырех точек опоры, что создает большую устойчивость и более правильное взвешивание при всевозможных положениях груза на платформе; кроме того, взвешивание на сотенных В. производится быстрее и легче вследствие меньшего действительного веса гирь. Из числа же сотенных В. преимущество следует отдать В. Фербенкс по следующим соображениям: 1) подвесные опоры для рычагов противодействуют смещению рычагов и перекосу призм при толчках во время нагрузки; 2) чугунные рычаги В. Фербенкс не подвергаются прогибу, как это наблюдается в системах железных рычагов, в которых этот прогиб, часто незаметный для потребителя, бывает причиной неправильности В.; 3) срок службы В. Фербенкс, примерно, вдвое больше, чем В. Фалько; 4) прочность конструкции позволяет обходиться без специальных аре-тировочных приспособлений.

В. Фербенкс и Фалько иногда снабжаются передвижной гирей на полную грузоподъемность, что устраняет надобность в накладных гирях. Вес передвижной гири как в этом случае, так и в том, когда она служит лишь для мелкого разновеса, определяется из отношения плеч рычагов и коромысла по правилам, приведенным выше для римского безмена. Для включения гирь можэт быть применен и вышеописанный рычажный механизм.

6) В о з о в ы е В. («Вз»), для взвешивания груженых возов, изготовляются в виде неравноплечных В. с подплатформенными рычагами, причем механизм помещается на специальном фундаменте. При устройстве В.с накладными гирями обычно применяется отношение рычагов в 7₅₀₀ или Viooo · Допуск тот же, что и в товарных В. Такие же В. применяются и для непосредственного взвешивания грузов, когда по размерам последних требуется особенно большая платформа (т. н. врезные В.). Для взвешивания груженых автомобилей у нас применяются такие же В., хотя с развитием автомобильного транспорта рациональнее будет, как это делается за границей, строить специальные весы в виду неравномерности нагрузки на оси в автомобиле. На врезных весах м. б. укладываемы рельсы для вагонеток. Для взвешивания груженых вагонов на ж.-д. путях строятся специальные вагонные В. (смотрите).

7) Крановые В. («Кр».). В тех случаях, когда приходится взвешивать лишь один предмет, перемещение которого, в силу его формы или тяжести, представляет затруднение, применяются так называется крановые весы, представляющие собой систему неравноплечных рычагов. Такие В. подвешиваются к крану и подводятся к взвешиваемому предмету, который и зацепляется крюком, соединенным с грузоприемной призмой В. Незначительного подъема весов вместе со взвешиваемым предметом достаточно, чтобы

посредством передвижной гари на коромысле крановых В. определить вес. Эти В. делаются с отношениями в 7₁₀₀, V200. 7боо и 7юоо. смотря по грузоподъемности. Допуск при наибольшей нагрузке: + 0,1%.

8) Паровозные В. В паровозостроении весьма важную роль играет определение нагрузки на каждое колесо паровоза. Применяемые для такого взвешивания В. строятся двух типов: переносные (тип Эр гарта) и постоянные. В. типа Эргарта (фигура 23) состоят из двух неравноплечных рычагов. Станину В. упирают одним концом в подошву рельса так, что грузоприемная призма принимает на себя давление бандажа при

Фигура 23.

входе паровозного колеса. Давление передается на коромысло и уравновешивается передвижной гирей. Для определения нагрузки всех колес устанавливают одновременно соответственное число таких приборов. Способ установки этих В. сильно влияет на результат взвешивания, и потому более рациональными являются стационарные весовые помосты, которые устанавливаются в одной общей фундаментной яме под полотном дороги и несут на себе рельсы. Здесь также под каждым колесом устанавливается отдельный помост, причем указательные коромысла всех помостов располагаются с одной стороны пути.

9) Автоматические В. В последнее время получили широкое применение автоматические В., которые отвешивают определенное количество однородного (сыпучего или жидкого) материала и регистрируют количество произведенных взвешиваний. Примером такой конструкции могут служить весы Хронос (фигура 24) для взвешивания зерна. Основными элементами этой конструкции являются: 1) Собственно весы, состоящие из двойного равноплечного коромысла 1, снабженного стрелкой 2, к которому подвешены: с передней стороны на призме 3 ковш 4 для взвешиваемого зерна, а с задней—чашки 5 для гирь. 2) Впускной механизм, состоящий из воронки 6 и двух заслонок, из которых одна 7 уменьшает приток зерна незадолго до наступления равновесия весов, а другая 8 по достижении надлежащего веса совершенно прекращает доступ зерна в ковш. 3) Механизм для опорожнения ковша, состоящий из задержки 9, стремени 10, приподнимающего эту задержку, и откидного клапана 11, открываю щегося, когда наполненный ковш повернется на своей оси. Опорожненный ковш возвращается в свое первоначальное положение под действием грузов, прикрепленных

к его задней стенке. 4) Счетчик 12 опорожнений ковша. 5) Регулятор —в виде подвижного груза 13.

Весы аналогичной конструкции применяются для взвешивания свеклы, угля, а также. некоторых видов масла.

Погрешности В., освобожденных от автоматического механизма, не должны превосходить погрешностей, указанных для коро-мысловых или неравноплечных весов. Средний вес из десяти последовательных порций зерна может отличаться от веса гирь, установленных на чашке автоматических В., не более чем на 0,1%, а вес каждой порции от означенного среднего веса — не более чем на 0,5% при малых порциях (5 килограмм) и до 0,1 % при больших порциях (100 килограмм).

III. Части весов.

Призмы и подушки. Качание рычагов и коромысел совершается на призмах, опирающихся на специальные подушки. В целях сохранения постоянства плеч и доведения трения до минимума призмы опираются на подушки острым ребром, носящим название ножа. Практически, острие ножа затачивается в виде части сферической поверхности с радиусом кривизны не более 0,5мм. Призмы и подушки — главнейшие части весового прибора, т. к. от правильного их устройства зависят верность, чувствительность и постоянство показаний В. Идеальной формой поверхности подушки является плоскость; однако эта форма практически применяется лишь в точных В., а из торговых В. лишь в наиболее совершенных, как, например, Фербенкс; все такие %]

В. снабжены приспособлениями, препятствующ. смещению призм. В остальных В. подушкам придается форма жолоба (фигура 25). Применяемые на практике размеры подушек для нор-мальн. типов В.: b= 8—40 миллиметров, h—4—12 лш.

Фигура 25.

Расчет призм. Сила, действующая на рычаг, производит в призме: а) срезывание, б) изгиб в месте заделки призмы и в) деформацию острия призмы от давления действующей на него силы. Действием срезывающих сил практич. можно пренебречь. При изгибе смещаются оси вращения рычага, в к-рый заделана призма, что нарушает правильность действия весов и понижает их чувствительность. Теоретическое предположение, что призма на всем протяжении ножа лежит на подушке, практически редко осуществляется. Поэтому расчет призм про изводится в предположении наиболее неблагоприятного случая, когда нож соприкасается с подушкой только в двух точках по концам, по аналогии с бй на двух опорах, которая несет посредине сосредоточенную нагрузку. Наименьший момент сопротивления относительно оси, проходящей через центр тяжести треугольн.

сечения (фигура 26), W=-|r 67*² даст для наше го случая W=~ Ь³=0,031256’. Допускаемое напряжение на изгиб К=6 килограмм/мм²; изгибающий момент Ж=KW=0,1875 6³. Изгибающий момент сосредоточенной силы Р, приложенной к концу призмы на расстоянии 1 миллиметров от места заделки в рычаге, равен Р-1; таким образ, безопасная нагрузка для призмы, выступающей на 1 миллиметров из рычага, определится формулой Р=0,18756³. При увеличении расстояния от места заделки до конца призмы в а раз во столько же раз уменьшается величина безопасной нагрузки. На практике это расстояние колеблется от 5 до 120 миллиметров для всех видов профилей. Аналогичным путем находим моменты сопротивления, приведенные в таблице стандартных размеров и для остальных профилей. Применяя данные теории Герца о соприкасании цилиндра с плоскостью, можно получить, что р радиус кривизны г ^ η-, где Р — величина действующей на призму нагрузки, I—длина призмы. Из этой формулы явствует, что, поскольку радиус кривизны обратно пропорционален длине призмы, последнюю следует изготовлять такого размера по длине, чтобы предотвратить необходимость сильного закругления острия ножа призмы. Упомянутый выше жолоб подушки способствует уменьшению напряжения в ноже призмы, т. к. этот жолоб уменьшает относительную кривизну ножа и поверхности подушки. При наличии жолоба в формулу радиуса кривизны необходимо будет подставить значение г, определяемое ур-ием: —=— —, где

^ri—радиус кривизны ножа, г₂—радиус жо-лоба подушки. Необходимо заметить, что вопрос об определении местных напряжений в ноже призмы, в общем, еще недостаточно разработан и на практике преимущественно пользуются эмпирическими данными.

Стандартные профили. 1) Треугольный профиль (фигура 26): 6=3, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25 миллиметров; Ж=0,031256³.

Этот профиль применяется гл. обр., когда рабочее ребро остается при заделке свободным по всей длине (как указано на фигуре). 2) Грушевидный профиль (фигура 27):

	6	9	12	16	20	25 ММ
h	9	13,5	18	24	30	37,5

TF=0,12366³; применяется он по преимуществу, когда призма пропущена насквозь через тело рычага. 3) Квадратный профиль (фигура 28): 6=6, 8, 10, 12, 14, 17, 21, 25, 30, 35, 45, 50 миллиметров; Ж=0,11796³; применяется по преимуществу в

Фигура 27.

Фигура 28.

Фигура 29.

литых чугунных рычагах, так как удобен для вкладывания в форму при отливке. 4) Пятиугольный п р о ф и л ь (фигура 29):

Ь	25	33	40	50	65 миллиметров
h	21,7	28,6	34,6	43,3	56,3

Ж=0,045616³; применяется для больших В.

Материалом для призм и подушек служит главн. обр. обыкновенная углеродистая сталь высшего качества, с возможно меньшим содержанием фосфора и серы. Химич. состав: С 0,8—1%; Мп 0,4%; Р 0,03%; S 0,02%; Si 0,35%. Термическая обработка: стальная призма по окончательном изготовлении должен быть закалена при 760—790°, с выдержкой при этой V в течение 10—20 м., в зависимости от размеров. Закалка производится в воде с <° 20°. После закалки производится непродолжительн. отпуск в пределах 200—240°. Во избежание врезывания ножа призмы в тело подушки (что влечет за собой уменьшение чувствительности В.) закалка подушки должен быть крепче, чем закалка призмы. Иногда употребляют в качестве материала для призм в точных и аналитических В. алмаз, агат и халцедон— минералы, пригодные по своей твердости, но благодаря хрупкости и дороговизне не имеющие широкого практического применения.

Аретиры и изолирующие аппараты. Аретир — приспособление для немедленной остановки колебаний коромысла. Обычно он устраивается в виде рамки с вращающейся внутри пластинкой или в виде одной пластинки с ручкой, движением которой пластинка, приняв вертикальное положение, прижимает коромысло и вызывает остановку его. Изолирую ций аппарат—приспособление, предохраняющее рабочий нож призмы от ударов во время нагрузки. Одна система приспособлений действует путем отодвигания коромысла и рычагов от их точек опоры, другая удаляет подушки от ножей призм. Изолирующие аппараты очень хорошо работают в равноплечных точных В. В неравиоплечных В. эта задача до сих пор удовлетворительно не разрешена.

При существующих системах действие изолирующих аппаратов связано обычно с некоторым нарушением правильности работы весов, так как разъединенные призмы и подушки приходят вновь в соприкосновение с некоторым перемещением. По этой причине изолирующие аппараты заменяют применением усиленных конструкций весов, качающихся сережек, играющих роль амортизаторов, предохранительных струнок (фигура 20), препятствующих значительному сдвигу платформы, и т. д.

Передвижная гиря. Если наименьшее подразделение шкалы неравноплечных весов соответствует весу 20 килограмм и более, то вместо штрихов на коромысле нарезаются углубления, а на передвижной гире устраивается соответствующий зубец. Передвижные гири устраивают целыми и составными, снабжают специальными роликами для передвижения, выдвижной линейкой и специальным печатающим аппаратом, к-рый помощью рельефных металлических цифр отбивает на листках плотной бумаги вес. Зубец гири и часть коромысла с углублениями изготовляются из стали или твердого чугуна.

IV. Эксплоатация В.

Поверка, клеймение и приемка. Все В., служащие для экономическ. оборота, подлежат до выпуска их в продажу обязательной поверке и клеймению (смотрите) поверочными палатами. Аналитич. и контрольные весы также могут поверяться палатами, которые в этом случае никаких клейм не ставят, но по желанию предъявителя выдают свидетельства с указанием точности и чувствительности. В., находящиеся в экс-плоатации, подлежат обязательной поверке и клеймению каждые два года. Исключение составляют В., эксплоатируемые НКПС. и НКПиТ, для которых этот срок увеличен до трех лет. Основные элементы поверки В. следующие: 1) поверка правильности конструкции в целом; 2) поверка правильности размеров и отношений плеч коромысел и рычагов, правильности линии ножей, призм и шкалы; 3) поверка и испытание отдельных частей; 4) испытание верности и чувствительности. Все указанные операции производятся на основе правил Главной палаты мер и весов: а) об устройстве мер длины, мер вместимости, гирь и весов, издание № 21 и б) о поверке и клеймении мер длины, мер вместимости, гирь и весов, изд.№29. Особое внимание обращается на испытание закалки, для чего соответственные части пробуются напильником.

Употребление В. При употреблении весов рекомендуется соблюдать следующие правила: 1) до начала пользования В. устанавливать их по отвесу; 2) предохранять В. от толчков как при передвижении, так и при взвешивании; 3) держать закрытым аретир коромысла и изолирующий аппарат до взвешивания и после него; 4) в десятич. В. накатывать груз не с боков, а с задней части платформы по длине рычага; 5) не смазывать призм и подушек жирн. веществами; 6) производить периодич. поверку весов.

Весовая промышленность. В довоенное время русский рынок в значитель ной мере питался весовыми изделиями, привозимыми из-за границы, в особенности в отношении точных и разных специальн. В. Существовавшие в России заводы и мастерские по б. ч. были кустарного или полукустарного типа. Как видно из фигура 30, где

указаны ежегодные количества всех заклейменных новых В. (включая и импорт), к 1918 г. производство В. почти прекратилось. С 1922 г. наблюдается усиленный рост весовой промышленности, и в СССР стали производиться не только торговые В., но в известной мере и весы точные, автоматические и др. Выработанные в настоящее время стандарты создают возможность не только поставить массовое производство В., но и разрешить один из наиболее больных вопросов русской весовой промышленности,—вопрос о производстве стали для призм и подушек. Насколько затруднено было это дело до сих пор, видно из того, что при годовой потребности стали в 100 тонн у нас обращалось свыше 100 различных профилей и размеров.

В период с 1918 по 1926/27 годы в СССР изготовлено весов на сумму ок. 35 млн. р.

Средняя стоимость весовых приборов: В. столовые Беранже 15—30 р.; десятичные 40— 175 р.; сотенные 125—450 р.; аналитические 300—1 000 р.; вагонные 8 000—15 000 р. Крупнейшим з-дом по изготовлению В. в СССР является завод Одесского металлотре-ста им. Старостина, изготовляющий товарные, вагонные, контрольные и др. В.; точные В. изготовляют: Трест точной механики в Москве и мастерские Главной палаты мер и весов в Ленинграде; автоматические—Московок. машинотрест, Ленинградский станкостроительный завод и Акц. об-во Мель-строй. Из крупных заграничных фирм следует отметить: А. Рупрехт (точные весы), Шембер (циферблатные и товарные) в Австрии; Бунге, Сарториус (лабораторные) в Германии, Фербенкс (товарные, а также вагонные) в Северо-Америк. Соединенных Штатах и Авери (товарные, точные) в Англии; Лонг (точные), Фалько и Карпантье (вагонные, во-зовые), Дайтон (циферблатные) во Франции.

Лит.: Доброхотов А. Н., Весы, Л., 1926; Кац И. С., Торговые весы, их конструкция, теория и выверка, Одесса, 1905; Богуславская Л. А., Работы в весовой лаборатории, Л., 1927; Егоров Η. М., Определение прочности и чувствительности весовых коромысел типа сквозной фермы, «Поверочное дело», Л., 1927, 7(72); Стандартизация вес. приборов, «Труды К-та эталонов и стандартов», Л., 1927; «Поверочное дело», Л.; «Временник Главной палаты м. и в.», Л., 1928, вып. 2(14); Brauer Е., Die Iionstruktion der Wage, 3 Aufl., Lpz., 1906; Fel-gentraeger W., Theorie, Kontsruktion u. Ge-brauch d. feineren Hebelwage, Leipzig —B., 1907; Kohnle J, Die Wage, Bielefeld, 1913; DinseE, Fortschritte im Wagenban, B., 1924; Tauchnitz O., Automatische Registrierwagen, Miinchen— B., 1913; Owens G. A., A Treatise on Weighing Machines, L., 1922; Wade H., Scales a. Weighing, N. Y., 1924; «The Scale Journal», Chicago; «Revue de Mitrologie pratique», Paris. П. Белиц-Гейман.