Прибор для измерений массы, действие которого основано на использовании эффекта гравитационных сил.

Весами иногда называют также приборы для измерений др. физических величин, преобразуемых с этой целью в силу или в момент силы. К таким приборам относятся, например, токовые весы и весы Кулона.

В. — один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие В. в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашками (рис. 1) широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне (2,5 тыс. лет до н. э.) и Египте (2 тыс. лет до н. э.). Несколько позднее появились неравноплечные В. с передвижной гирей (см. Безмен). Уже в 4 в. до н. э. Аристотель дал теорию таких В. (правило моментов сил). В 12 в. арабским учёным аль-Хазини были описаны В. с чашками, погрешность которых не превышала 0,1%. Они применялись для определения плотности различных веществ, что позволяло распознавать сплавы, выявлять фальшивые монеты, отличать драгоценные камни от поддельных и т.д. В 1586 Г. Галилей для определения плотности тел сконструировал специальные гидростатические В. Общая теория В. была развита Л. Эйлером (1747).

Рис. 1. Древнеегипетские рычажные весы (гирям придавалась форма животных).

Развитие промышленности и транспорта привело к созданию В., рассчитанных на большие нагрузки. В начале 19 в. были созданы десятичные В. (рис. 2) (с отношением массы гирь к нагрузке 1:10 — Квинтенц, 1818) и сотенные В. (В. Фербенкс, 1831). В конце 19 — начале 20 вв. с развитием поточного производства появились В. для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др.). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять В. самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте — автомобилей, ж.-д. вагонов, самолётов; в промышленности — от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных В. — аналитических, микроаналитических, пробирных и др.

Рис. 2. Схема десятичных весов системы Квинтенца.
АОК — рычаг 1-го рода, EDC — рычаг 2-го рода.
Гири уравновешивают в 10 раз большую нагрузку при следующих условиях: ОА : ОВ = 10 : 1; CE : CD = OK : OB.

В зависимости от назначения В. делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в том числе аналитические) и общего назначения, применяемые в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

По принципу действия В. подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.

Наиболее распространены рычажные В., их действие основано на законе равновесия рычага. Точка опоры рычага («коромысла» В.) может находиться посередине (равноплечные В.) или быть смещенной относительно середины (неравноплечные и одноплечные В.). Многие рычажные В. (например, торговые, автомобильные, порционные и др.) представляют собой комбинацию рычагов 1-го и 2-го родов. Опорами рычагов служат обычно призмы и подушки из специальных сталей или твёрдого камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных В. взвешиваемое тело уравновешивается гирями, а некоторое превышение (обычно на 0,05—0,1%) массы гирь над массой тела (или наоборот) компенсируется моментом, создаваемым коромыслом (со стрелкой) из-за смещения его центра тяжести относительно первоначального положения (рис. 3). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется с помощью отсчётной шкалы. Цена деления s шкалы рычажных В. определяется формулой

s = k (P₀·c / l ·g),
где P₀ — вес коромысла со стрелкой, с — расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, l — длина плеча коромысла, g — ускорение свободного падения, k — коэффициент, зависящий только от разрешающей способности отсчётного устройства.

Цену деления, а, следовательно, и чувствительность В., можно в определенных пределах изменять (обычно за счёт перемещения специального грузика, изменяющего расстояние с).

Рис. 3. Схема равноплечных рычажных весов:
О — точка опоры коромысла AB; С и P0 — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки.

В ряде рычажных лабораторных В. часть измеряемой нагрузки компенсируется силой электромагнитного взаимодействия — втягиванием железного сердечника, соединённого с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Сила тока в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим В. к равновесию. Измеряя силу тока, определяют пропорциональную ей нагрузку В. Подобного типа В. приводятся к положению равновесия автоматически, поэтому их применяют обычно для измерений изменяющихся масс (например, при исследованиях процессов окисления, конденсации и др.), когда неудобно или невозможно пользоваться обычными В. Центр тяжести коромысла совмещен в этих В. с осью вращения.

В лабораторной практике всё шире применяются В. (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (рис. 4). Принцип действия таких В. был предложен Д. И. Менделеевым. Гири специальной формы подвешиваются к плечу, на котором находится чашка для нагрузки (одноплечные В.), или (реже) на противоположное плечо. В одноплечных В. (рис. 5) полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.

Рис. 4. Равноплечные двухчашечные микроаналитические весы (предельная нагрузка 20 г):
1 — коромысло; 2 — воздушные успокоители; 3 — механизмы наложения встроенных гирь (от 1 до 999 мг); 4 — экран, на который проектируется шкала отсчёта; 5 — манипулятор, выдвигающий чашку весов в окошко; 6 — перегородка, защищающая коромысло от температурных влияний и воздушных потоков; 7 — встроенные гири, имеющие вид колец.

Рис. 5. Схема одноплечных аналитических весов:
1 — коромысло; 2 — встроенные гири; 3 — грузоприёмная чашка; 4 — противовес и успокоитель; 5 — источник света; 6 — проекционная шкала; 7 — объектив; 8 — устройство для коррекции нуля; 9 — экран.

Современные лабораторные В. (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний чашек (воздушными или магнитными), дверцами, при открытии которых почти не возникает потоков воздуха, тепловыми экранами, механизмами наложения и снятия встроенных гирь, автоматически действующими механизмами для подбора встроенных гирь при уравновешивании В. Всё чаще применяются проекционные шкалы, позволяющие расширить диапазон измерений по шкале отсчёта при малых углах отклонения коромысла. Всё это позволяет значительно повысить быстродействие В.

В быстродействующих технических квадрантных В. (рис. 6) предел измерений по шкале отклонения коромысла составляет 50—100% от предельной нагрузки В., обычно лежащей в пределах 20 г — 10 кг. Это достигается особой конструкцией тяжёлого коромысла (квадранта), центр тяжести которого расположен значительно ниже оси вращения.

Рис. 6. Квадрантные весы с проекционной шкалой (а — общий вид, б — схема):
1 — грузоприёмная чашка; 2 — противовес-квадрант; 3 — рычаг, угол отклонения которого измеряется с помощью проекционной шкалы 4, через которую проходит световой пучок 5, проектирующий изображение шкалы на экран 6.

По принципу рычажных В. устроено большинство типов метрологических, образцовых, аналитических, технических, торговых (рис. 7), медицинских, вагонных, автомобильных В., а также В. автоматических и порционных.

Рис. 7. Настольные циферблатные (торговые) весы (а — общий вид, б — схема):
1 — основной равноплечный рычаг; 2 — опорная призма; 3—4 — грузоприемные призмы; 5—6 — стойки для предотвращения опрокидывания чашек; 7 — квадрант; 8 — стрелка; 9 — шкала.

В основу действия пружинных и электротензометрических В. положен закон Гука. Чувствительным элементом в пружинных В. является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания В. отсчитывают по шкале, вдоль которой перемещается соединённый с пружиной указатель. Принимается, что после снятия нагрузки указатель возвращается в нулевое положение, то есть в пружине под действием нагрузки не возникает остаточных деформаций. При помощи пружинных В. измеряют не массу, а вес. Однако в большинстве случаев шкала пружинных В. градуируется в единицах массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географической широты и высоты над уровнем моря показания пружинных В. зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие свойства пружины зависят от температуры и меняются со временем; всё это снижает точность пружинных В.

В крутильных (торзионных) В., чувствительным элементом служит упругая нить или спиральные пружины (рис. 8). Нагрузка определяется по углу закручивания нити пружины, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.

Рис. 8. Схема крутильных (торзионных) весов:
1 — спиральные пружины; 2 — рычаг для помещения нагрузки; 3 — магнитный ускоритель; 4 — стрелка; 5 — шкала.

Действие электротензометрических В. основано на преобразовании деформации упругих элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрического сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные тензометры, приклеенные к упругим элементам. Как правило, электротензометрические В. (вагонные, автомобильные, крановые и т.д.) применяются для взвешивания больших масс.

Гидростатические В. применяют, главным образом, для определения плотности твёрдых тел и жидкостей. Действие их основано на законе Архимеда.

Гидравлические В. по устройству аналогичны гидравлическому прессу. Отсчёт показаний производится по манометру, градуированному в единицах массы.

Все типы В. характеризуются:

1. предельной нагрузкой — наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдерживать В. без нарушения их метрологических характеристик;
2. ценой деления — массой, соответствующей изменению показания на одно деление шкалы;
3. пределом допускаемой погрешности взвешивания — наибольшей допускаемой разностью между результатом одного взвешивания и действительной массой взвешиваемого тела;
4. допускаемой вариацией показаний — наибольшей допускаемой разностью показаний В. при неоднократном взвешивании одного и того же тела.

Табл.1

Погрешности взвешивания на В. некоторых типов при предельной нагрузке.

* С применением методов точного взвешивания.

Лит.: Рудо Н. М., Весы. Теория, устройство, регулировка и поверка, М. — Л., 1957; Маликов Л. М., Смирнова Н. А., Аналитические электрические весы, в кн.: Энциклопедия измерений контроля и автоматизации, в. 1, М. — Л., 1962: Орлов С. П., Авдеев Б. А., Весовое оборудование предприятий, М., 1962; Карпин Е. Б., Расчет и конструирование весоизмерительных механизмов и дозаторов, М., 1963; Гаузнер С. И., Михайловский С. С., Орлов В. В., Регистрирующие устройства в автоматических процессах взвешивания, М., 1966.

Н. А. Смирнова

Машина, в которой для деформирования заготовки используют энергию быстрого сгорания взрывчатых веществ и смесей, передаваемую через жидкостную, газовую и сыпучую среды непосредственно или посредством разгона твердых (металлических) рабочих частей.

Cварка взрывом, способ сварки, основанный на использовании энергии взрыва. Привариваемая (метаемая) деталь располагается под углом (см. рис. 1) к неподвижной детали (мишени). При соударении деталей от взрыва образуется кумулятивная струя металла, распространяющаяся по поверхности деталей, вследствие чего происходит совместная пластическая деформация обеих деталей и они свариваются. Взрывчатое вещество, чаще всего применяемое для В.с., - аммонит, массу которого берут равной массе метаемой детали. Способом В.с. соединяют разные по массе (от нескольких г до нескольких т) детали из разнородных металлов, в том числе нержавеющих сталей, цветных металлов, тугоплавких сплавов и др.

Рис. 1. Схема взрывной сварки: 1 - неподвижная деталь (мишень); 2 - подвижная (метаемая) деталь; 3 - опорная плита; 4 - заряд; 5 - детонатор.

Лит.: Сварка взрывом, «Сварочное производство», 1962, № 5; Райнхарт Дж. С., Пирсон Дж. Взрывная обработка металлов, пер. с англ., М., 1966.

Штампование металлов, главным образом листовых, при котором давление создаётся энергией взрыва бризантного взрывчатого вещества, пороха или газовой смеси через передающую (промежуточную) среду. Принципиальное отличие В.ш. от обычного - в мгновенном (мсек и мксек) приложении к деформируемому металлу больших механических напряжений, значительно превышающих предел упругости данного металла. Качество изделий по точности и физико-механическим свойствам не уступает, а часто и превосходит качество изделий, отштампованных на прессах. В.ш. предложено в Харьковском авиационном институте в 40-х гг., а в середине 50-х гг. широко применялось при изготовлении крупногабаритных деталей ракет и самолётов. Различают несколько видов установок для В.ш.: через жидкую передающую среду, чаще всего воду (см. рис.1); через газовую среду; в атмосфере разреженного газа или в вакуумной камере. Материалом для штампов (матриц) при мелкосерийном производстве деталей с помощью взрывчатых веществ служат мягкие стали, алюминий, цинк, пластмассы, армобетон и др. материалы; при крупносерийном производстве штампы изготовляют из обычных штамповых и инструментальных сталей. Простейшая установка для В. ш. представляет собой углублённый в землю железобетонный с металлической облицовкой бассейн с водой. Матрица с расположенным над ней зарядом полностью погружается в воду и производится взрыв.

Рис.1. Схема штампования в воде: 1 - заготовка; 2 - матрица; 3 - ёмкость с водой; 4 - заряд взрывчатого вещества.

В.ш. в бассейнах сопряжено с рядом недостатков, препятствующих его широкому распространению (необходимо каждый раз или опускать в воду многотонную матрицу, или откачивать воду из бассейна, а потом наполнять его вновь; выплеск воды силой взрыва и сейсмические колебания грунта затрудняют В.ш. в бассейнах внутри зданий и вынуждают чаще всего производить его на открытых полигонах). Этих недостатков лишено безбассейновое В.ш., выполняемое в подвижных (см. рис.2) или стационарных камерах; вода находится только между зарядом и заготовкой, а остальное пространство бронекамеры заполнено воздухом, значительно ослабляющим ударную волну. В микробассейн с водой, образованный прижимным кольцом, укладывается плоский заряд бризантного взрывчатого вещества. В торцевых стенках бронекамеры сделаны вырезы, и в момент взрыва они закрываются неподвижными стенками, укреплёнными на фундаменте с помощью контрфорсов. Вырезы в торцевых стенках дают возможность одной бронекамерой обслужить два и более рабочих места, экономя площадь цеха. Безбассейновое В.ш. - перспективный процесс, позволяющий снизить трудоёмкость изготовления деталей по сравнению со штампованием на прессах до 10 раз, в 20 раз уменьшить капитальные затраты и резко сократить сроки организации производства. В.ш. каждой детали может производиться крупными зарядами за один взрыв (так называемое одноимпульсное В.ш.), серией малых зарядов (так называемое многоимпульсное В.ш.). Многоимпульсное В.ш. иногда осуществляется автоматически, с подачей зарядов из специального подающего бункера.

Рис.2. Подвижная бронекамера для безбассейнового штампования взрывом: 1 - крышка; 2 - корпус; 3 - автомобильные колеса; 4 - уголковые рельсы; 5 - фундамент; 6 - металлический лист; 7 - матрица; 8 - плоский заряд взрывчатого вещества; 9 - микробассейн с водой.

Лит.: Пихтовников Р. В., Завьялова В. И., Штамповка листового металла взрывом, М., 1964; Степанов В. Г., Шавров И. А., Импульсная металлообработка в судовом машиностроении, Л., 1968.

Р. В. Пихтовников

Машина для очистки отливок при их взаимном трении в среде специального наполнителя благодаря интенсивным колебательным перемещениям, возбуждаемым вибрацией рабочей камеры машины.

Вибрационная машина, машина, рабочему органу которой сообщается колебательное движение, необходимое для осуществления или интенсификации выполняемого процесса. В. м. бывают с частотой колебаний от сотых долей гц до 10 кгц и с амплитудой колебаний от 1 м до долей мкм.

В. м. классифицируются: по типу привода — механические, электрические, гидравлические, пневматические и т.д.; по типу преобразования подводимой энергии в энергию механических колебаний — центробежные, в которых колебания возникают при вращении неуравновешенных роторов (дебалансов), поршневые, кулачковые, кривошипношатунные, электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные, пьезоэлектрические и т.д.; по спектральному составу возбуждаемой вибрации — машины с моногармоническими (синусоидальными), бигармоническими, полигармоническимии колебаниями; по форме траекторий точек рабочего органа — с направленными прямолинейно, круговыми, эллиптическими, винтовыми и др. колебаниями; по наличию ударов — безударные и ударновибрационные; по соотношению частоты вынужденных колебаний и собственных частот — дорезонансные, зарезонансные, резонансные, околорезонансные и межрезонансные.

В. м. получили распространение в строительстве и производстве строительных материалов для уплотнения бетонной смеси, грунта и дорожных покрытий, формования железобетонных изделий, погружения в грунт свай, шпунта и труб, разработки мёрзлого грунта и т.д.; в машиностроении при изготовлении литейных форм и стержней, выбивке опок, вибрационной обработке, вибрационном резании, для питания автоматических станков ориентированными заготовками (например, вибрационные бункеры), межоперационного транспорта заготовок и деталей в автоматических линиях и т.д. (например, вибрационные конвейеры), в горнодобывающей промышленности для бурения, погрузки и доставки горной массы, грохочения (например, виброгрохоты) и т.д. В. м. применяют также на транспорте для разгрузки слежавшихся и смёрзшихся материалов, погрузки и разгрузки сыпучих материалов, подбивки щебёночного балласта и т.д.; в машинах пищевой промышленности и сельского хозяйства (например, вибрационная решёта и сепараторы, вибрационные насосы, вибрационные кормушки для птиц); в коммунальном хозяйстве (например, машины для стирки белья, скалывания уплотнённого снега и льда с дорог и т.д.); в медицинской технике (например, машинки для массажа, зубоврачебные боры) и во многих др. областях.

Лит.: Повидайло В. А., Силин Р. И., Щигель В. А., Вибрационные устройства в машиностроении, М. — К., 1962; Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов, Справочник, М., 1970.

И. И. Быховский, Б. Г. Гольдштейн

Метод механической обработки деталей и заготовок в абразивной среде (иногда с добавкой химических веществ) при воздействии на среду или изделие механических колебаний.

В. о. применяют для очистки литья, удаления окалины и продуктов коррозии с поверхности детали, снятия заусенцев и облоя, уменьшения шероховатости поверхности и т.п.

Вибрационная обработка, метод механической или химико-механической обработки деталей и заготовок путём сглаживания микронеровностей и съёма частиц материала с обрабатываемой поверхности частицами абразивной среды, совершающей колебания (в диапазоне частот 10 мгц—10 кгц) под действием вибрации камеры, в которой находятся обрабатываемые детали и рабочая среда. Обработку осуществляют в сухой среде или в растворе, в состав которого могут вводиться различные химические добавки.

В. о. применяют для очистки литья, удаления окалины и продуктов коррозии с поверхности заготовок и деталей, снятия заусенцев и скругления острых кромок, удаления облоя с литых, штампованных и прессованных деталей, повышения класса чистоты поверхности (например, виброшлифование), а также для подготовки поверхности под гальванические и лакокрасочные покрытия, декоративное полирование и др. виды отделки. В процессе В. о. происходят также выравнивание напряжений в поверхностных слоях металла и упрочение их путём наклёпа.

Лит.: Политов И. В., Кузнецов Н. А., Вибрационная обработка деталей машин и приборов, Л., 1965; Бабичев А. П., Вибрационная обработка деталей в абразивной среде, М., 1968.

Способ обработки металла резанием, характеризующийся тем, что инструменту наряду с основным движением сообщается дополнительное колебательное движение относительно обрабатываемой заготовки. В.р. применяют для дробления стружки, для обработки труднообрабатываемых материалов (нержавеющих и жаропрочных сталей и др.), при резании материалов на вибрационных пилах и ножницах.

Для дробления стружки используют низкочастотные вибраторы с механическим, пневматическим или гидравлическим приводом (частота вынужденных колебаний не более 50 гц). При постоянных условиях обработки с небольшими усилиями резания для получения вибраций могут быть также использованы автоколебания, вызываемые самим процессом резания. Для В.р. труднообрабатываемых материалов применяют магнитострикционные, магнитомеханические, пьезоэлектрические, электродинамические, электрогидравлические и гидравлические вибраторы с частотой задаваемых колебаний свыше 100 гц. Силовой кинематической связью между суппортом и вибратором служит столб рабочей жидкости. Это повышает долговечность высокочастотного вибратора, так как исключает подшипники, шарниры и др. детали, которые обычно быстро изнашиваются. Такие вибросуппорты имеют небольшие габариты, но создают значительные полезные усилия, т. е. обладают высокой удельной мощностью. Высокочастотные вибраторы в зависимости от кинематической схемы обработки и особенностей процесса резания могут быть однокомпонентные (вибрации в одном направлении), двухкомпонентные (вибрации в плоскости) и трёхкомпонентные (пространственные вибрации).

При В.р. с дроблением стружки наложение колебаний осуществляют в осевом направлении (в направлении подачи); эффективное и надёжное действие достигается при обработке поверхности по 5-6-му классам чистоты при заданной точности обработки и стойкости инструмента. Основные особенности В.р. с осевыми колебаниями: большое изменение толщины среза за один цикл колебания инструмента, большое изменение угла резания при незначительном изменении скоростей резания.

При В.р. наложение колебаний с целью улучшения обрабатываемости осуществляют в тангенциальном направлении по окружной составляющей скорости резания. Использование тангенциальных вибраций сопровождается периодическим возрастанием окружной скорости с переменным воздействием на срезаемый слой при практически неизменных сечениях среза, подаче и глубине резания.

В.р., применяемое при работе вибрационных пил и ножниц, даёт хорошее качество кромок и значительно повышает производительность.

Кинематическая схема с колебательными движениями в радиальном направлении при В.р. не применяется, так как при этом резко снижается класс чистоты обработанной поверхности.

Основные технологические условия рационального применения В.р. - правильный выбор параметров вибраций (амплитуды, частоты).

В. В. Данилевский

Анг. vibroabrasive machining.

Абразивная обработка, осуществляемая при движении заготовки и абразивных зерен относительно друг друга в вибрирующей емкости. ГОСТ 23505.

Вибрационная наплавка - наплавка поверхностей вибрирующим плавящимся электродом; разновидность сварки. В. н. применяется гл. образом при ремонте осей, валов, лопастей гидротурбин и др. стальных деталей, а также для наплавки цветных металлов и сплавов на стальные, чугунные и др. изделия.

Дуговая сварка плавящимся электродом, который вибрирует, вследствие чего дуговые разряды чередуются с короткими замыканиями.