Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при снятии механических характеристик приводов. Целью изобретения является повышение точности. Световой поток от источника света, пройдя через диафрагму 14 в кольце 6, после многократного отражения от зеркальных поверхностей колец 6 и 7 попадает на светоприемный торец волоконного световода 4 и, пройдя по световоду 4, поступает через его два выходных торца в оптические коллимирующие элементы. Пучок параллельных лучей из одного оптического коллимирующего элемента 9 попадает на полупрозрачное окно в отражателе 12 и частично проходит через него в виде пучка Г<SB POS="POST">1</SB>, а частично, после многократного отражения в щели из зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки 10, выходит из нее в виде пучка Г<SB POS="POST">2</SB>. Пучок параллельных лучей Г<SB POS="POST">3</SB> из другого оптического коллимирующего элемента располагается под некоторым углом по отношению к пучку Г<SB POS="POST">1</SB>. Все три пучка расположены в одной плоскости и при вращении вала 1 поочередно возбуждают импульсы в фотоприемнике 3. Под воздействием крутящего момента происходит взаимный поворот зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки, что приводит к изменению расположения пучка Г<SB POS="POST">2</SB> относительно пучков Г<SB POS="POST">1</SB> и Г<SB POS="POST">2</SB> и соответственно к изменению фазового положения импульса от пучка Г<SB POS="POST">2</SB> в фотоприемнике 3. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ и

PECfMiЛИН

„.SV„„1571440 (51)S G 01 Ь 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4334375/24-10 (22) 30.1!.87 (46) 15.06.90. Бюл. У 22 (71) Ижевский механический институт (72) В.Н. Шиляев, С.И. Захаров, М.П. Малков и С.А. Тюрин (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 3035540, кл. G 01 L 3/08, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Ф 892241, кл. G 01 Ь 3/08, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ВРАЩА10ЩЕГОСЯ ВАЛА (57) Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть использовано при снятии механических

2 характеристик приводов. Целью изобретения является повыиение точности, Световой поток от источника света, пройдя через диагфрагму 14 в кольце 6, после многократного отражения от зеркальных поверхностей колец 6 и

7 попадает на светоприемный торец волоконного световода 4 и, пройдя по световоду 4, поступает через его два выходных торца в оптические коллимирующие элементы. Пучок параллельных лучей из одного оптического коллимирующего элемента 9 попадает на полупрозрачное окно в отражателе 12 и частично проходит через него в виде пучка Г„, а частично, после многократного отражения в щели из эеркаль1571440 ных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки 10, выходит из нее в виде пучка Г . Пучок параллельных лучей Г из другого оптического J коллимирующего элемента располагается под некоторым углом по отношению к пучку Г . Все три пучка расположены в с,д ;й плоскости и при вращении вала 1 по; ередно возбуждают импульсы в фо4 топриемнике 3. Под воздействием крутящего момента происходит взаимный поворот зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки, что приводит к изменению расположения пучка Г относительно пучков Г< и Г и соответственно к изменению фазового положения импульса от пучка Г в фотоприемнике 3. 1 з,п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть использовано при снятии механических характеристик приводов.

Цель изобретения — повышение точ- 20 ности.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг,1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 — оптическая схема 25 прохождения лучей; на фиг. 5 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала содержит упругий вал 1,источник 2 света ифотоприемник 3, установленные на неподвижном основании, волокойный световод 4, кронштейн 5, кольцо 6, выполненное с внутренней цилиндрической зеркальной поверхностью, установленное на основании концентрично кольцу 7, за35 крепленному на упругом валу и выполненному с внешней цилиндрической зеркальной поверхностью, заподлицо с которой установлен светоприемный то" рец волоконного световода 4, который разделен на две ветви, концы которых снабжены оптическими коллимирующими элементами 8 и 9, плоский зеркальный отражатель, выполненный в виде кольцевой втулки 10 с плоской зеркальной гранью 11, второй плоский зеркальный отражатель 12, выполненный с полупрозрачным окном 13 и установленный напротив и параллельно зеркальной грани 11 кольцевой втулки 10, .закрепленной на упругом валу 1. Зеркальные поверхности грани 11 и отражателя 12 образуют плоскую щель, параллельную оси вала 1, Отражатель 12

55 закреплен на кронштейне 5, который установлен на упругом валу 1 на заданном осевом расстоянии от кольцевой втулки 10 таким образом, что участок упругого вала 1,между втулкой

10 и кронштейном 5 образует измерительный торсион.

На наружную поверхность кольцевой втулки с обеспечением возможнос" ти оптической связи с фотоприемником 3 выведен конец одной ветви световолоконного световода 4, снабженный оптическим коллимирующим элементом 8.

Другой конец световолоконного световода 4, снабженный оптическим коллимирующим элементом 9, выведен на зеркальную грань 11 кольцевой втулки 10 с обеспечением возможности оптической связи с фотоприемником 3 через полупрозрачное окно 13 в отражателе

12. В кольце 6 выполнено радиальное отверстие 14, выполняющее роль диафрагмы, напротив которого размещен источник 2 света. Фотоприемник 3 подключен к измерительной схеме 15.

Оптические коллимирующие элементы 8 и .9, выполняющие роль линз, формирующих пучок параллельных лучей, могут быть выполнены, например, из

"граданов", т.е. градиентных световых волокон с длиной, равной 1/4 длины волны излучения источника 2 света.

Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала работает следующим образом. .Световой поток от источника 2 света, пройдя через диафрагму 14 в кольце 6, образует расходящийся пучок лучей,- падающий на наружную зеркальную поверхность кольца 7,.при этом освещается участок АВ поверхности кольца 7 (фиг.2), Отраженный от поверхности кольца 7 световой поток падает на внутреннюю зеркальную поверхность кольца 6 и отражается,обратно к поверхности кольца 7, засвечивая на ней участки GA и ВД, т.е.

1571440 увеличивая засвеченную поверхность.

Отраженные от засвеченных участков световые потоки при дальнейшем много кратном отражении от зеркальных по.верхностей колец 6 и 7 обеспечивают полную засветку наружной поверхнос. ти кольца 7. Световое излучение попадает на светоприемный торец волоконного световода 4 и, пройдя по световоду 4, поступает через его два выходных торца в оптические коллимирующие элементы 8 и 9 (фиг.3) .

Пучок параллельных лучей из оптического коллимирующего элемента 9 падает на полупрозрачное окно 13 в отражателе 1 2, которое выполняет роль светоделительного элемента, При этом часть Г, исходного пучка лучей проходит через полупрозрачное окно

13, а вторая часть, претерпев многократное отражение в щели из зеркальных поверхностей отражателя 1 2 и грани 11 кольцевой втулки 10 выходит из нее в виде самостоятельного светового пучка Г (см. фиг.3) .

Пучок параллельных лучей Г> из оптического коллимирующего элемента 8 располагается под некоторым углом. q по отношению к пучку Г,, Все три пучка Г<,Г< и Гз — расположены в одной плоскости и при вращении вала 1 поочередно возбуждают импульсы в фотоприемнике 3 (см. фиг,5), Фазовое расположение этих импульсов в отсутствии крутящего момента определяется только конструктивными параметрами устройства. Под воздействием крутящего момента участок вала 1 между кронтшейном 5 и кольцевой втулкой 10 испытывают деформацию кручения, вследствие чего произойдет взаимный поворот зеркальных плоскостей отражателя 12 и грани 11 кольцевой втулки 10, что вызовет угловое смещение пучка Г лучей относительно пучков Г4 и 1з °

Это смещение определит изменение фазового .положения импульса от пучка Гz относительно импульсов от пучков Г< и Г, которое пропорционально величине крутящего момента и не зависит от частоты вращения вала 1.

Формула из обре тения

5 1. Устройство для измерения крутящего момента вращающегося нала, содержащее упругий вал и связанные с ннм плоские зеркальные отражатели, волоконный световод, источник света

10 и фотоприемник, установленные на неподвижном основании, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены кронштейн, дв,, кольца, первое из которых

15 выполнено с внутренней цилиндрической зеркальной поверхностью и установлено на основании концентрично второму кольцу, которое закреплено на упругом валу и выполнено с внешней цилиндрической зеркальной поверхностью, заподлицо с которой установлен светоприемный торец волоконного световода, который разделен на две ветви, концы которой снабжены оптическими коллимирующими элементами, при этом первый . плоский зеркальный отражатель выполнен в виде кольцевой втулки с плоской зеркальной гранью на внешней цилиндрической поверхности и закреплен на упругом валу, а второй плоский зеркальный отражатель выполнен с полупрозрачным окном, установлен над первым отражателем параллельно зеркальной грани кольцевой втулки и закреплен на кронштейне, который установлен на упругом валу на заданном осевом расстоянии от кольцевой втулки, на наружную поверхность которой выведен конец одной ветви световолоконного световода, другой конец которой выведен на зеркальную грань кольцевой втулки, а источник света установлен напротив радиального отверстия, - выполненного в первом кольце.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оптические коллимирующие элементы выполнены в виде градиентных световых волокон с длиной, равной 1/4 длины волны излучения источника света.

1571440

Корректор С.Шевкун

Бака"- 1505

Тираж 469

Подписное ::ЯИКИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 е

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель А, Амаханов

Редактор А. Долинич Техред M.Äèäûê

Г