Устройство для измерения крутящего момента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее корпус с каналами высокого.и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валссми, золотник с секторными пазами, расположенными на одном из его торцов, посредством которых золотник связан с роликами ка .ретки, закрепленной на ведомом валу, упругий элемент, гидросистему питания и датчик давления, о т ли чающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения диапазона измерения, в него введен гидравлический пульсатор, размещенный в выполненном по оси золотника канале, промежуточный вал, связанный посредством муфты с ведущим валом, дифманометр .и дроссельный кран, при этом гидравлический пульсатор выполнен в виде последовательно размещенных в осевом канале золотника первой пружины, опорные витки которой жестко соединены соответственно с одним торцом осевого канала и .нерабочим торцом запорного органа с Т-образным соплом и золотника пульсатора С осевым сопле, один торец которого прижат к рабочему торцу запорного органа, а другой через вторую пружину связан с другим торцом осевого канала золотника, упругий элемент BunojjHeH в виде ко-; I аксиально размещенных друг в друге пружин с противоположным направлением навивки, опорные витки которых жестко заделаны во встречных торцах золотника и промежуточного вала, золотник снабжен расположенными на его боковой поверхности первой и второй проточками, причем первая проточка гидравлически связана через выполненные в теле золотника боковые каналы с осевым каналом золотника и через Т-образное сопло запорного органй и полость между нерабочим торцом апорного органа и одним торцом осевого кансша золотника , в котором выполнен соосный указанному каналу жиклёр пульсатора, с полостью, образованной корпусом и встречными торцами промежуточного (/) вала и золотника и связанной с каналом высокого давления, вторая проЬочка гидравлически связана допол .нительными боковьми каналами, выполненными в теле золотника, с полостью 53 образованной торцом золотника пульсатора и другим торцом осевого канала золотника, а на внутренней поверхности корпуса выполнена прямоугольная щель, связанная с каналом низкого давления и размещеннаб между проточками золотника со стороны 00 СП боковой, стенки второй проточки, .при этом полость между одним торцом зо00 лотника и корпусом связана через жиклер, параллельнсР которому подсоединен дифманометр, с каналом высокого давления и через дроссельный кран и каналом низкого давления, вход гидросистемы связан с корпусом дополнительным каналом, расположен--. Hbw между одним торцом золотника и боковой стенкой второй проточки, причем расстояние между олним торцом золотника и дальней стенкой дополнительного канала равно предельному ходу золотника, а полость первой проточки связана с датчиком давления .

. 09) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) G Ol L 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) Збб1948/24-10 (22) 09.11.83 (4б) 30.01.85. Бюл.Р 4 (72) Л.В.Карсавин, К.С.Виноградова, М.В.Попов и В.И.Рудыко (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (53) 531.781(088.8) (5б) 1.Авторское свидетельство СССР

9 544879, кл. G 01 L 3/20, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР

)) 672521, кл. G 01 L 3/20, 1978 (прототип) ° (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее корпус с каналами высокого.и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валами, золотник с секторными пазами, расположенными на од-. ном из его торцов, посредством которых золотник связан с роликами ка.ретки, закрепленной на ведомом валу, упругий элемент, гидросистему питания и датчик давления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения диапазона измерения, в него введен гидравлический пульсатор, размещенный в выполненном по оси золотника канале, промежуточный вал, .связанный посредством муфты с ведущим валом, дифманометр,и дроссельный кран, при этом гидравлический пульсатор выполнен в виде последовательно размещенных в осевом канале золотника первой пружины, опорные витки которой жестко соединены со-. ответственно с одним торцом осевого канала и нерабочим торцом запорного органа с Т-образным соплом и золотника пульсатора с осевым соплом, один торец которого прижат к рабочему торцу запорного органа, а другой через вторую пружину связан с другим торцом осевого канала золотника, упругий элемент выполнен в виде ко-. аксиально размещенных друг в друге пружин с противоположным направлением навивки, опорные витки которых жестко заделаны во встречных торцах золотника и промежуточного вала, золотник снабжен расположенными на его боковой поверхности первой и второй проточками, причем первая проточка гидравлически связана через выполненные в теле золотника боковые каналы с осевым каналом золотника и через Т-образное сопло запорного органа и полость между нерабочим торцом запорного органа и одним торцом осевого канала золотника, в котором выполнен соосный указанному каналу жиклер пульсатора, с полостью, образованной корпусом pg и встречными торцами промежуточного вала и золотника и связанной с каналом высокого давления, вторая про1точка гидравлически связана дополнительньвеи боковыми каналами, выполненными в теле золотника, с полостью,ц образованной торцом золотника пульсатора и другим торцом осевого канала золотника, а на внутренней поверхности корпуса выполнена прямоугольная щель, связанная с каналом низкого давления и раэмещеннФ между проточками золотника со стороны . боковой стенки второй проточки, .при этом полость между одним торцом золотника и корпусом связана через жиклер, параллельно- которому подсоединен дифманометр, с каналом высокого давления и через дроссельный кран и каналом низкого давления, вход гидросистемы связан с корпусом дополнительным каналом, расположен». ным между одним торцом золотника и боковой стенкой второй проточки, причем расстояние между одним торцом золотника и дальней стенкой дополнйтельного канала равно предельному ходу золотника, а полость èåðвой проточки связана с датчиком давления.

1137353

Изобретение относится к силоизме рительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на валах различных изделий, где требуется регулировка рабочих и предельных моментов, определение их истинных значений как в статике, так и динамике, а также предохранение этих изделйй от поломок при заклиниваниях.

Известно устройство для измерения крутящего момента, содержащее корпус с установленными в нем ведущим и ведомым валами, связанными механизмом преобразования момента в осевое перемещение, и измеритель перемещения!1 3.

Однако данное устройство не обеспечивает требуемой точности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суй ности и достигаемому результату является устройство для измерения крутящего момента, содержащее корпус с каналами высокого и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валами, золотник с секторными пазами, расположенными на одном из егo торцов, посредством которых золотник связан с роликами каретки, закрепленной на ведомом валу, упругий элемент, гицросистему питания и датчик давления (23

Недостатком известного устройства также является низкая точность измерения из-за трения роликов при их движении относительно вала каретки, а также относительно секторных пазов, в которых расположены ролики.

Устройство подвержено ударным нагрузкам.во время пробуксовки его эле-. ментов, когда. ролики каретки входят и выходят иэ секторных пазов, соударяясь с ними, что сокращает ресурс работы устройства и снижает его надежность

Кроме того, устройство не допускает перенастройки диапазона измерения крутящего момента без замены упругого элемента.

Цель изобретения - повышение точности, надежности и. расширение диапазона измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для измерения крутящего момента,.-, содержащее корпус с каналами высокого и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валами, золотник с секторными пазами, расположенными иа одном из его орцов, посредством которых золотник связан с роликами каретки, закрепленной на ведомом ва« лу, упругий элемент и датчик давления, введен гидравлический пульса» тор, размещенный в выполненном по оси золотника канале, промежуточный вал, связанный посредством муфты с ведущим валом, дифманометр и дроссельный кран, при этом гидравлический пульсатор выполнен в виде

5 последовательно размещенных в осевом канале золотника первой пружины, опорные витки которой жестко соединены соответственно с одним торцом осевого канала и нерабочим тор10 цом запорного органа с Т-образным соплом и золотника пульсатора с осевым соплом, один торец которого прижат к рабочему торцу запорного органа, а другой через вторую пружину связан с другим торцом осевого канала золотника, упругий элемент выполнен в виде коаксиально разме- ... щенных друг в друге пружин с противоположным направлением навивки, опорные витки которых жестко заделаны во встречных торцах золотника и промежуточного вала, золотник снабжен расположенными на его боковой поверхности первой и второй проточками, причем первая проточка гидравлически связана через выполненные в теле золотника боковые каналы с осевым каналом золотника и через

Т-образное сопло запорного органа и плотность между нерабочим торцом

30 запорного органа и одним торцом осевого канала золотника, в котором выполнен соосный указанному каналу жиклер пульсатора, с полсстью, образованной корпусом и встречными

35 торцами промежуточного вала и золотника и связанной с каналом высокого давления, вторая проточка гидравлически связана дополнительными бо-. ковыми каналами, выполненными в теле золотника, с полостью, обра- зованной торцом золотника пульсатора и другим торцом осевого канала золотника, а на внутренней поверхности корпуса выполнена прямоуголь45 ная щель, связанная с каналом низкого давления и размещенная между проточками золотника со стороны бо ковой стенки второй проточки, при этом полость между одним торцом зо0 лотника и корпусом связана через жиклер, параллельно которому подсоединен дифманометр, с каналом высокого давления и через дроссельный кран с каналом низкого давления, вход гидросистемы связан с корпусом дополнительным каналом, расположенным между одним торцом золотника и боковой стенкой второй проточки, причем расстояние между одним торцом золотника и дальней стенкой б0 дополнительного канала равно предельному ходу золотника, а полость первой проточки связана с датчиком давления.

На фиг.1 представлено устройство у для измерения крутящего момента, 1137353 разрез; на. фиг.2 — взаимное положение золотника и роликов каретки при значении крутящего момента большем допустимой величины; на фиг.3 — схема включения устройства в испытательном стенде.

Устройство для измерения крутящего момента (фиг.1-3) содержит корпус 1 с каналами 2,3 (дополнительный) и 4 высокого давления, прямоугольную щель 5, выполненную на внутренней по-1О верхности корпуса и связанную с каналами 6 низкого давления Р „,жиклеры 7, установленные в каналах высокого и низкого давления,промежутаиный вал 8 с каналами 9 и 10 и золот- 15 ник 11 с симметричными секторными пазами 12, расположенными на одном из его торцов, первой 13 и второй

l4 проточками на его боковой поверхности и стсчетньми кромками 15 и 16.

В теле золотника выполнены осевой канал 17, в котором размещен гидравлический пульсатор давления, боковые каналы 18 и дополнительные боковые каналы 19, которыми проточки золотни- 25 ка сообщены с его осевым каналом.

Гидравлический пульсатор содержит последовательно размещенные в осевомканале 17 первую пружину 20, запорный орган 21 с Т-образным соплом 22, золотник пульсатора 23 с осевым соплом 24 и вторую пружину 25, причем опорные витки первой пружины 20 жест, ко закреплены на нерабочем торце запорного органа 21 и одном торце осевого канала золотника ll. Жиклер 26 пульсатора сообщает полости пружин

20 и .25 и каналы 17-19, а также сопла 22 и „24 с каналом 2 высокого давления.

Упругий элемент выполнен в виде 40 пружин 27 и 28 с противоположным направлением навивок, размещенных коаксиально внутри друг друга и корпусе, опорные витки которых жестко заделаны во встречньгх торцах золот- 45 ника 11 и промежуточного вала 8.

Ведущий вал 29 сцеплен при помощи муфты 30 с промежуточным валом 8, а ведомый вал 31 сцеплен при помощи каретки 32 с роликами с золотником

111 через симметричные секторные пазы

12. Ведущий и ведомый валы установлены в корпусе 1 с помощью упорных подшипников 33, которые фиксируют валы в осевом направлении.

Гидросистема питания содержит канал 34 высокого давления, прибор

35, например манометр замера давления, фильтр 36, регулятор 37 тем ературы рабочей жидкости, клапан

38 постоянного давления, канал 39, включенный в первую проточку 13 золотника 11, датчик 40 давления, установленный в канал 39, цифровой преобразователь 41 измерения частоты, жиклер 42, питающий высоким 65 давлением полость каретки 32 от канала 34, импульсные каналы 43 дифманометра 44, включенные соответственно в канал 2 и 34 высокого давления и канал 4, давление в котором может регулироваться, причем импульсные каналы объединены между собой каналом с жиклером 42, дроссельный кран 45, объединяющий полость каретки 32 и канал 4 с каналом 6 низкого давления, и питающий жиклер 46, установленный в канале 34 высокого давления, расход через который равен суммарному расходу рабочего тела через устройство в каналы низкого давления. .Расстояние между торцом (отсечной кромкой) 16 золотника 11 и дальней стенкой дополнительного канала 3 равно предельному ходу зо-. лотника 11.

Корпус 1 измерителя с ведущим

29 и ведомым 31 валами кинематически связан муфтами 47 с валом привода 48 и испытуемым объектом 49 °

Устройство работает следующим образом.

Высокое давление, регулируемое клапаном 38 постоянного давления и контролируемое на манометре 35 через жиклер 46, регулятор 37 температуры и фильтр 36, по каналу 34 нагружает канал 2, а через жиклер 42 канал 4.

При этом дополнительный канал 3 перекрыт золотником 11 и нагружен высоким давлением с входа гидросистемы перед жиклером 46, а дроссельный кран 45 закрыт. Одновременно с этим нагружается полость муфты 30 сцепления вала 29 с промежуточным валом 8 по каналам 9 и 10 и все жиклеры 7, через которые идет циркуляционный расход в каналы 6 низкого давления, обеспечивая смазку трущихся элементов и охлаждение системы. Жидкость по каналам 2 и 4 заполняет полость пружин 27, 28 и через жиклер 26, полость переточки

13 золотника 11, канал 39, замкнутый объем с кареткой 32 и секторными пазами 12 золотника ll, а также полость пружины 25 канала 17 золотника 11 и проточку 14. При этом,отсечная кромка 15 золотника 11 перекрывает прямоугольную щель 5 корпуса и через нее не идет расход в канал 6 низкого давления.

Следовательно, на гидравлическом пульсаторе давления — запорном органе 21 и золотнике 23 перепад давления равен нулю и он не работает, что соответствует нулевому крутящему моменту на валах 29 и 31 и датчик 40 канала 39 не посылает импульсы давления на вторичный преобразователь 41 частоты;

При нагружении крутящим моментом

Мкр,например, ведомого вала 31

1137353 ролики каретки 32 стремятся провернуться внутри секторных пазов 12 и набегают на них на величину пропор- . циональную И„ .При этом золотник ll смещается влево, сжимая пружины 27 и 28, а отсечная кромка 15 открывает прямоугольную щель 5 корпуса и сообщает полость проточки 14 золотника

11 с каналом 6 низкого давления.

Давление в проточке 14, каналах 17 и 19 золотника 11 падает и на гид- Ю равлическом пульсаторе — запорном органе 21 и золотнике 23 пуйьсатора образуется перепад давления, под действием которого золотник 23, сопло 24 которого перекрыто запорным, 15 органом 21, начинает смещаться совместно с ним вправо, сжимая при этом. пружину 25. Одновременно с этим пружина 20 запорного органа 21 на.чинает растягиваться, так как ее 2О опорные витки закреплены жестко с нерабочим торцом запорного органа и золотником 11. Смещение системы эапорный орган — золотник пульсатора вправо происходит до тех пор, пока растянувшаяся пружина. 20 оторвет запорный орган 21 от сопла 24 золотника 23 пульсатора и через него пойдет расход рабочего тела в канал 6 низкого давления. Причем величина этого расхода определяется величиной открытия отсечной кромкой 15 золотника 11 прямоугольной щели 5 корпуса, прямопропорциональной М на валу 31.

Жиклер 26 предназначен для обеспечения четкости ритма работы гидравлического пульсатора давления. Пружина 20 возвращает запорный орган 21 в положение, близкое к исходному, перепад давления на золотнике пульса-40 тора 23 снижается, и он под действи.ем пружины 25 возвращается в исходное положение, где запорный орган вновь мягко встречается с торцом золотника пульсатора 23 и перекрывает сопло 24,45 после чего цикл повторяется с часто ; той,пропорциональной М„

Импульсы давления гидравлического пульсатора через канал 18 и проточку

13 золотника 11 по каналу 39 корпуса 50 воспринимаются датчиком 40 давления . и посылаются на преобразователь 41, который высвечивает их в виде частоты.

При заклиниваниях вала 31 или пре-55 вышениях на нем М„,. более допустимых значений ролики каретки 32 занимают положение, показанное на фиг.2. Под-шипники 33 постоянно фиксируют валы

29 и 31 от осевых перемещений. В этом случае отсечная кромка 16 зо-, лотника 11 открывает дополнительный .канал 3 высокого давления и полость каретки 32 нагружается давлением

Р „ с входа гидросистемы, в результате этого на золотнике 11 образуется перепад давления, при котором давление в полости каретки 32 выше давления в полости пружин 27 и 28, и секторные пазы 12 под действием этого перепада выходят из зацепления с кареткой 32, так как золотник смещается влево. Гидравлический пульсатор давления начинает работать с максимальной частотой на преобразователе 41, что служит сигналом для остановки испытаний.

В случае необходимости перехода на другой диапазон измерения М„ открывается дроссельный кран 45.на величину, контролируемую по перепаду давления на дифманометре 44, импульсные каналы 43 давления которого включены в канал 34 высокого давления и полость каретки 32, что равноценно увеличению затяжки пружин 27 и 28.

В этом случае на золотнике ll возникает перепад давления, при котором давление в полости пружин 27 и 28 выше, чем в полости каретки

32, т.е ° к усилиям пружин 27 и 28 добавляется сила гидравлической пружины. В остальном порядок работы устройства остается прежним, но производится индивидуальная градуировка при заданных значениях перепада давления на дифманометре 44 после изготовления устройства.

Использование в устройстве гидравлического пульсатора позволит повысить точность измерения крутящего момента за счет пульсаций, понижающих трение, сообщение полости каретки с высоким давлением позволит снять ударные нагрузки в экстремальных режимах работы устройства и повысить тем самым ресурс и надежность работы, а применение дроссельного крана между полостью каретки и каналом низкого давления позволит расширить диапазон измерения за счет эквивалентного увеличения жесткости упругого элемента.

1137353

Составитель Г.Целибеев

Текред Т.Дубинчак корректор О.Луговая

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 105l3/31 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, X-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä. Ул.Проектная, 4