Измеритель крутящего момента

Измеритель крутящего момента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

qp

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 150778 (21) 2384057/18-10 с присоединением заявки йо (23) Приоритет—

Опубликовано 05.11.79. Бюллетень NO41

Дата опубликования описания 05,11.79 (51)М. Кл.

G 01 1 3/08

G 01 L 3/14

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (53) УДК531. 781 (088. 8) (72} Авторы

ИЗОбрЕтвикй Г.M. 11апцов, H. A.С ицин, B.M. якушин и A., H. Соколов (71) 3айВИтЕЛЬ Московский институт электронного машиностроения (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть исполь зовано для измзрения крутящего момента на валах механизмов и приводов непосредственно в зоне их соединения и в процессе их экс луатации.

Известны измерители крутящего момента, выполненные на базе соединительной муфты сцепления, содержащие ведущее звено в виде вала с кулачковой Звездочкой, соединительное звено

s виде роликов и упругого радиально деформируемого элемента, ведомое звено и связанный с ним выходной вал и вторичный преобразователь крутящего момента (1) .

Недостатком этих .измерителей является невысокая точность измерения, обусловленная высокой жесткостью сцепления ведомого и ведущего звеньев2О что требует высокой относительной точности вращения валов и их соосности.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель крутяшего момента, содержащий радиально деформируемый упругий элемент, ведущий и ведомый валы, ведущее звено, свя занное через соединительные звенья с упругим элементом, и измеритель ра- 30 диальной деформации упругого элемента (2j.

Недостатком этого измерителя является невысокая точность измерения, сложность конструкции, а также невозможность измерения крутяшегo мо-, мента при несоосном расположении ведомого и ведущего валов.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения крутящего момента как в соосно, так и в несоосно расположенных валах и повышение при этом точности измерения и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается за счет того, что в нем упругий элемент выполнен в виде цилиндрической тонкостенной оболочки, ведущее звено— виде кулачковой звездочки, жестко соединенной.с одним из валом, а соединительные звенья в виде цилиндрических роликов, размещенных в углублениях кулачковой звездочки и подвижно контактирующих с внутренней поверхностью цилиндрической оболочки и поверхностями углублений кулачковой звездочки, прячем цилиндрическая тонкостенная оболочка связана с ведомым валом посредством кинематического соединения, допускающего их взаимное

696313 радиальное перемещение. Кроме того, кинематическое соединение цилиндрической оболочки с ведомым валом выполнено в виде фасонных упруго деформируемых шлицев, расположенных на одном иэ торцов оболочки находяФ 5 шихся в зацеплении с зубьями ведомого вала, расположенного соосно отно-.-, сительно ведущего вала, или кинематическое соединение может быть выполнено в виде плоского ремня, охватывающего оболочку и вал, расположенный несоосно ведущего вала.

На фиг. 1 показан предлагаемый измеритель, в местном продольном разрезе муятового соединения валов; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — форма элементов кинематичес кого соединечия упругого элемента и ведомого звена; на фиг. 4 — механизм преобразования крутящего момента в радиальное перемещение оболочко- 2О вого упругого элемента; на фиг. 5 схема преобразования радиального перемецения упругого элемента во вторичный регистрируемый сигнал; на фиг. 6 — график характера и интенсив- 25 ности деформирования упругого элемента на фиг. 7 — график изменения вторичного сигнала в зависимости от характера и интенсивности деформирования различных участков упругбго эле- З() мента1 на фиг. 8 — продольный разрез измерителя с однотипным исполнением ведуцего и ведомого звеньев; на фиг. 9 — то же, аксонометрическая проекция; на фиг. 10 — вариант измерителя при несоосном расположении ведущего и ведомого валов; на фиг. 11 — разрез Б-Б на фиг. 10.

Измеритель содержит ведущий вал 1 привода, на котором жестко эакреплена4О кулачковая звездочка 2, кулачки ее выполненные плоскими или по архимедовой спирали (для повышения долговечности), контактируют соответственно попарно с роликами 3. Каждый из роликов 3 ответно прижимается к внут-"5 ренней поверхности металлической цилиндрической оболочки 4 с помощью толкателя 5 и цилиндрической винтовой пружины 6, обеспечивая тем самым концентричное расположение оболочки относительно оси вращения вала 1.

Оболочка 4 может быть связана с ведомым звеном радиально подвижным шли цевым соединением. Для этого на торце оболочки, обраценном к ведомому звену, выполнены фасонные упруго деФормируемые шлицы 7, с которыми сцепляются без зазора зубья ведомого звена 8, жестко закрепленного на ведомом валу 9. С оболочкой 4, выполняющей роль упругого элемента, взаимодействует контактным либо бесконтактным способом вторичный преобразователь 10 линейных радиальных перемеецений упругого элемента, который уста нонлен в корпус 11 измерителя укреп ленный в свою очередь на корпусе привода вала 1.

Вторичный преобразователь может быть выполнен, например, в виде фотоэлектрического стекловолоконного вибропреобраэователя (см.фиг.5). Он включает источник 12 света, передающий 13 и приемный 14 гибкие световоды, фотодиод 15 и аппаратуру 16, содержащую источник питания и амплитудный милливольтметр, регистрирующий изменение напряжения, пропорциональное изменению деформации упругого элемента (см.фиг.6 и 7) .

Измеритель крутящего момента ðàботает следующим образом.

При отсутствии крутящего момента контакт роликов 3 с оболочкой 4 и кулачками ведущей звездочки 2 соответственно в точках С и В (см.фиг.4) осуществляется эа счет поджатия их толкателями 5 и пружинами 6. При этом в укаэанных точках возникают усилия N и N, нормально направленные соответственно к рабочим поверхностям обоймы и кулачков.

В момент передачи крутящего момента путем вращения вала 1 с угловой частотой ии< относительно оболочки 4, удерживаемой подвижно связанным с ней нагруженным ведомым звеном, в указанных точках возникают силы трения Щ и fN<, действующие в направлении, противоположном врацению вала 1.

Неконцентричное вращение кулачков звездочки 2 относительно нагруженной моментом оболочки 4 вызывает возрас.тание сил трения и связанных с ними линейно их нормальных составляюцих, складываемых с усилиями И(, N . В результате ролики 3 эащемляются меж" ду рабочими поверхностями кулачков и обоймы и перемещаются навстречу вращению в суживающиеся полости, ограниченные углом заклинивания a(,(выбираемым в пределах двойного угла трения). Перемецение роликов происходит до момента их полного заклинивания соответственно в точках С и

В, соответствующего измеряемому

l крутящему моменту и началу вращения оболочки 4 с частотой ж, равной частоте вращения ж, вала, и углом Ч отставания оболочки от вала 1, также про. порциональным крутяцему моменту.

Под действием нормальных составляющих И.(u N сил трения, расклинивающих фрикционное соединение роликов 3 с кулачками звездочки 2 и оболочкой 4 радиуса R, последняя дефор. мируется в радиальном направлении на величину ьй (в точке С ) .

Аналитическая связь деформации ьй обоймы с крутящим моментом выражается через расклинивающее усилие

696313 и угол заклинивания с/ зависимостями 1, 2 и 3.

Зависимости 1-3 получены при совместном рассмотрении закона трения

Кулона (при линейном двустороннем фрикционном контакте цилиндра с плос5

}— кой и криволинейной поверхностями и

-дифференциальных уравнений упругой линии, описывающих радиальную деформацию плоского кольца

4R = 0,05457 (1) 10 KEY

М или ЬВ = 8, (2} где 2N qg (8+48) Ео (3) 15 где 8 — конструктивный параметр кольца;

E — модуль упругости материала кольца /

3 — момент инерции поперечного сечения кольца/

Z — число роликов.

При этом участки е-Н обоймы 4 (см. фиг.5), не контактируюшие с роликами

3, также деформируются пропорционально крутящему моменту вследствие замкнутости и круглости обоймы и не изменности ее поперечного сечения./

Зоны максимальных деформаций aR этих участков возникают в средней их части между роликами {тачка g ), а направление самих деформаций противоположно контактирующим в точке С участкам (см.фиг.б). 35

8 качестве примера выполнения конструкции измерителя (см. фиг. 8 и 9) показана радиально подвижное однотипное соединение оболочки с аналогичными по форме и размерам ведущим и ведомым звеньями, выполненное путем заклинивания аналогичных па форме и размерам роликов 3 и 17 между оболочками 4 и указанными звеньями.

Оно позволяет устранить влияние трения в шлицевом соединении деформируемой оболочки 4 с ведомым звеном на точность измерения и при этом упростить форму их соединительных элементов.

Ведомое звено здесь выполнено, как и ведущее, в виде кулачковои звездочки 18, расположение которой относительно звездочки 3 развернуто на 180О таким образом, что кулачки обеих звездочек, лежащие в одной плоскости, располагаются симметрично оси вращения валов 1 и 9 {см.фиг.9).

Передача крутящего момента и его измерение при таком исполнении про" исходит следующим образом.

Вращение ведущей звездочки 2 по часовой стрелке вызывает заклинивание роликов 3 и перемещение нх в противоположную вращению сторону. При этом происходит поворот обоймы 4 в сторону вращения до момента заклинивания роликов 17, перемещаемых ведущим участком обоимы в сторону врашения относительно нагруженной ведомой звездочки 18. Взаимное и разнонаправленное перемешение роликов 3 и

17 прекращается в момент полного нагружения системы крутяшим моментом, когда начинает вращаться звездочка 18. адиальные деформации ведомого и ведушего участка обоймы при этом оказываются сдвинутыми, что вызывает дополнительный поворот обоймы с ведушей звездочкой 2 относительно ве8 результате нагружениЯ и деформирования оболочки 4 расклиниваюшими усилиями, действующими на одинаково удаленные один от другого участках, ® ее круглая поперечная форма видоизменяется прямо пропорцчонально крутящему моменту в волнистую. При этом высота волны, измеряемая как функция момента на наружной поверхности оболочки 4, определяется расстоянием между ее гребнем в точке С, образуе/ мым в зоне контакта ее с роликом 3 и впадиной, образуемой посередине между зонами контакта оболочки 4 с соседними роликами 3.

При вращении некруглой оболочки

4 относительно неподвижного вторич.ного преобразователя 10 линейных радиальных перемещений, зазор h между ними периодически изменяется соответственно волнообразному синусоидальному характеру и амплитуде суммарной деформации оболочки, сдвинутой по выпуклым и вогнутым ее участкам (см. фиг.6 и 7). 8 результате - 6О такого взаимодействия линейные перемещения оболочки относительно преобразователя носят характер вибраций, ;воспроизводя типичный для электропреобразований колебательный процесс.65

Преобразование переменного зазора в выходной электрический сигнал может быть осуществлено например с помощь1о фотоэлектрического стеклово/ локонного вибропреобразователя (см. фи г. 5 } следующим образом.

Световой поток от источника света

12 проходит по передаюшему световоду

33, выходит из него и часть его, o> женная от наружной шлифованной поверхности оболочки 4, попадает на торец приемного светавода 14 и далее на фотодиад 15.

При этом отраженный световой поток оказывается промодулированным по интенсивности колебаниями, соответствующими относительным виброперемешениям врашаюшейся оболочки 4, что вызывает соответствующее изменение напряжения на выходе схемы фотоприемника, регистрируемое амплитудным милливольтметром аппаратуры 16.

696 313 домой звездочки 18 до момента совмещения зон,це формации.

При этом окружное усилие Р на ведомом звене, необходимое для передачи крутящего момента, обеспечивается путем смещения роликов 17 в сторону вращения от плоскости, проходящей через ось вращения перпендикулярно плоскости кулачков на расстояние, . представляющее плечо окружного ,усилия. 10

На фиг. 10 и 11 представленО устройство измерителя, позволяющее измерять крутящий момент в передачах с несоосиым расположением валов, осуществляемых в частности с помощью гибкой фрикциониой связи в виде плоского ремня 19, охватывающего оболочку 4 и выходной вал. Ремень 19 может быть выполнен, например, в виде полотняного переплетения, покрытого . полимерной пленкой. 20

Такое выполнение измерителя крутящего момента обеспечивает воэможность измерения крутящего момента как в соосно, так и в несоосно расположенных валах, повышает точность иэмере- 25 ния и упрощает конструкцию самого измерителя.

Формула изобретения 30

1. Измеритель крутящего момента, содержащий радиально деформируемый упругий элемент, два вала, ведущее звено, связанное через соединительныеЗ5 звенья с упругим элементом, и измеритель радиальной деформации упруго.го элемента, отличающийся теМ, что, с целью обеспечения возможности измерения крутящего момента 4О как в соосно, так и в несоосно расположенных валах и повышения при этом точности измерения и упрощения конструкции, в нем упругий элемент выполнен в виде цилиндрической тонкостенной оболочки, ведущее звено — в виде кулачковой звездочки, жестко соединенной с одним из валов, а соединительные звенья — в виде цилиндри- ческих роликов, размещенных в углублениях кулачковой звездочки и подвижно контактирующих с внутренней поверхностью цилиндрической оболочки и поверхностями. углублений кулачковой звездочки, причем цилиндрическая тонкостенная оболочка связана с ведомым валом посредством килематического соединения, допускающего их взаимное радиальное перемещение.

2. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что кинематическое соединение цилиндрической оболочки с ведомым валом выполнено в виде фасонных упруго деформируемых шлицев, расположенных на одном из торцов оболочки, находящихся в зацеплении с зубьями ведомого вала, расположенного соосно относительно ведущего вала.

3. Измеритель по п.1, о т л,и— ч а ю щ и и е я тем,,что кинематическое соединение цилиндрической оболочки с ведомым валом выполнено в виде плоского ремня, охватывающего оболоЧку и вал, расположенный несоосно ведущего вала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании 91293602, кл. G 1 W опублик. 1972.

2. Патент США Ю 2592796г кл. 73-136, опублик. 1952.

696313

Фиг. 8

Фиг/8

НЙИИПИ 3 ак аз 6 755/41

Тираж 1073 Подписное

Фиг.ll

Филиал ППП Патент, гi Ужгород ул Прое тнал