Устройство для измерения крутящих моментов

Устройство для измерения крутящих моментов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 437936

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 19.06.72 (21) 1798842/18-10 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 30.07.74. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 08.01.75 (51) М. Кл. G Oll 3/10

Гасударственный комитет

Сааета Министраа СССР оа делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781(088.8) (72) Авторы изобретения

Л. А. Бровкин и A. Е, Дубинин

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ

Ф, = Ф Sill

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов.

Известные устройства для измерения крутящих моментов содержат упругий участок вала из ферромагнитного материала и охвагывающую вал электромагнитную систему, включающую кольцевой статор с распределенной по его внутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки.

Цель изобретения — повышение чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных обмоток, На чертеже показано устройство для измерения крутящих моментов.

Упругий участок рабочего вала 1 из ферромагнитного материала охвачен кольцевым статором 2 и двумя боковыми кольцами (тороидами) 3. Статор н кольца собраны из лис1овой трансформаторной стали. Кольцевые листы тороидов сделаны разрезными для устранения короткозамкнутых контуров. На внутренней поверхности статора выполнены пазы, в которых уложена распределенная трехфазная петлевая обмотка 4 возбуждения, подключаемая к стабилизированному источнику трехфазного напряжения определенной частоты.

Тороиды соединены магнитопроводящими сегментами 5, обеспечивающими малое магнитное сопротивление цепи. Сегменты 5 установлены в цилиндрический корпус 6 из алюминиевого сплава, в подшипниках 7 которого располагается вал 1. Для устранения взаим10 ного влияния сегменты отделены от статора немагнитными прокладками 8.

Между статором и тороидами находятся две кольцевые измерительные катушки 9, соединенные последовательно и подключаемые к из15 мерительному прибору. Катушки обхватывают вал 1. Цепь возбуждения создает магнитный поток т. е. круговое вращающееся магнитное поле.

2б Поток возбуждения замыкается через статор и вал.

В случае отсутствия измеряемого крутящего момента и полной изотропности вала— чувствительного элемента, векторы магнитного

30 потока возбуждения направлены под прямым

437936 углом к оси измерительной катушки 9 и поэтому э.д.с. в ней не наводится. При появлении и увеличении крутящего момента на поверхности вала возникают напряжения сжатия, направленные под углом 45 к образующей, а также напряжения растяжения под углом 45 к образующей и под прямым углом к направлению сжатия, т. е. где W — момент сопротивления вала при кручении.

В результате возникшей анизотропности вала ось магнитного потока возбуждения Ф, (Ф1, Ф2, Фз) начинает отклоняться в направлении более легкого намагничивания, т. е. в направлении напряжения растяжения под углом 45 к образующей вала. Изменение магнитной проницаемости в этом направлении составляет где Хз — коэффициент магнитострикции;

Уз — намагниченность ферромагнитного образца; о — напряжение в теле вала;

p — магнитная проницаемость нагруженного материала;

po — начальная магнитная проницаемость материала;

P — угол между векторами намагниченности 1з и напряжения о.

При этом возникает продольная составляющая магнитного потока Ф (Ф,, Ф,, Ф„,).

Для одной фазы

Ф„= — H, (p, + Лр) S tg а sin

S — сечение вала, по которому проходит магнитный поток Ф„, ограниченное эффективной глубиной проникновения поля; а — угол, на который отклоняется магнитный поток возбуждения, т. е. угол между Н, и Уз.

Продольная составляющая потока каждой фазы, проходя через вал, тороиды и магнитопроводящие сегменты, сцепляется с витками измерительных катушек, наводя в них э.д.с., которые и являются мерой крутящего момента

e1,= 4 44HВ (ро + Л р) ЯИ tg x sin u>t, e, = 4,440, (р, + Ьр) S f W tg а sin (

W — число витков измерительных катушек; ф — угол сдвига между э.д.с.

Использование для- возбуждения вращающегося магнитного поля устраняет зависимость начального выходного сигнала от углового положения кольцевой электромагнитной системы относительно вала вследствие равномерного его намагничивания, Кроме этого, исключаегся влияние скорости вращения вала на выходной сигнал, так как скорость вращения магнитного поля от наведенных вихревых токов остаегся постоянной относительно измерительных катушек и равной скорости вращения возбуждающего поля. Вращение поля возбуждения и повышение мощности сигнала при этом уменьшают его зависимость от таких влияний, как эксцентриситет и вибрации вала.

Наличие дополнительных воздушных зазоров в измерительной магнитной системе повышает линейность выходной характеристики датчика, а использование в этой системе боковых тороидов снижает пульсации выходного напряжения, так как при этом измерение механических напряжений проводится одновременно по всей окружности вала. Все это в целом повышает чувствительность и точность измерения устройства.

40 Предмет изобретения

Устройство для измерения крутящих моментов, содержащее упругий участок вала из ферромагнитного материала и охватывающую вал электромагнитную систему, включающую

45 кольцевой статор с распределенной по его внутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки, о тл и ч а ю50 щееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства, обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных об55 моток.

437936

Составитель В. Герасимова

Техред 3. Тараненко

Корректор Н. Аук

Редактор Т. Рыбалова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3579/18 Изд. № 1880 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5