Устройство для измерения радиальных сил, действующих на вращающийся вал, установленный в подшипниках

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих на валы. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Цель достигается тем, что в устройстве применены пьезоэлектрические датчики 5 силы, установленные с равным шагом дискретности в сквозных пазах распорного кольца 4, с помощью которого вал 2 с подшипником 3 расположен в корпусе 1. Размеры пазов выбираются по определенной зависимости. Пьезодатчики силы включены в измерительную схему, состоящую из генератора, преобразователя, который является многоканальным, и самописца. При воздействии усилия на вал, последний через подшипник воздействует на датчики силы, выходной сигнал которых пропорционален измеряемому усилию. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (эцэ G 01 1 1/16, 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гч .гу ;г1ц кп (21) 4666508/24-10 (22) 24.03,89 (46) 23.08.91. Бюл. %31 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров (72) В.Ф.Ставнистый (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Гк 483594, кл. G 01 1 1/22, 1965.

Методика экспериментального определения реакции подшипников качения. Отчет

СКБК М 2099 — 89. Казань, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА

ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВАЛ. УСТАНОВЛЕННЫЙ В ПОДШИПНИКЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сил> действующих на вращающийся в подшипнике вал, Целью изобретения является повышение точности и надежности.

На фиг,1 показан вал, установленный в подшипниках, и устройство для измерения радиальных сил; фиг,2 — пьезоэлектрический датчик трансформаторного типа, установленный в пазу распорного кольца; фиг.3 — блок-схема подключения генератора, преобразователя сигналов, самописца к электродам, пьеэопластины датчика: фиг.4— эпюра распределения радиальных сил от тарировочной нагрузки 0 по направлению главной оси вала.

„„ ÄÄ 1672243 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих на валы.

Целью изобретения является повышение точности и надежности. Цель достигается тем, что в устройстве применены пьезоэлектрические датчики 5 силы. установленные с равным шагом дискретности в сквозных пазах распорного кольца 4, с помощью которого вал 2 с подшипником 3 расположен в корпусе 1. Размеры пазов выбираются по определенной зависимости. Пьезодатчики силы включены в измерительную схему. состоящую из генератора, преобразователя, который является многоканальным, и самописца, При воздействии усилия на вал, последний через подшипник воздействует на датчики силы, выходной сигнал которых пропорционален измеряемому усилию. 4 ил.

Устройство содержит корпус 1 ° вал 2, подшипник качения 3, распорное кольцо 4, пьезоэлектрические датчики 5 силы трансформаторного типа, с равным шагом диск- M ретности расположенных в пазах 6 распорного кольца 4, регистрирующий блок (А)

7, По приведенной блок-схеме (фиг.3) чувствительный элемент 8 датчиков представлен в виде пьеэопластины с разделенными с одной стороны токосъемными слоями 9. с другой стороны — сплошным слоем.

Регистрирующий блок 7 содержит генератор 10 синусоидальных колебаний, преобразователь 11 сигнала и самописец 12.

Устройство работает следующим образом.

1672243

На вход первой секции пьезоэлемента 8 с генератора 10 подается переменное синусоидальное напряжение. 8следствие обратного пьезоэффекта в пьезоэлементе 8 возбуждаются Механические колебания, и на выходе второй секции пьезоплас-ины вследствие прямого пьезоэффекта появляется переменное напряжение той же частоты, что и подаваемое с генератора в первую секцию.

Распорное кольцо 4 с пазами б служит для установки пьезоэлектрических датчиков

5 и обеспечения механического контакта с подшипником 3. В данном устройстве распорное кольцо 4 является элементом измерительным. С помощью распорного кольца создаются необходимые условия для измерения радиальных сил пьезоэлектрическими датчиками в пределах упругих деформаций десяти микрон на весь диапазон измеряемого параметра. Это oF.»bÿñíÿется тем, что пьезоэлемент с мембраной датчика имеет жесткую связь, и на и,мерение максимальной величины радиальной силы необходима деформация мембраны порядка вышеуказанного диапазона.

Обеспечение необходимой деформации распорного кольца в сторону действия измеряемых радиальных сил достигается прпфилированностью его цилиндрической поверхности, Перед измерением пьезодатчики 5 уста навливают в расгорном кольце 4 с возможностью их взаимодействия с подшипником

3. С помощью специального тарировочного устройства, например, гидроцилиндра с поршнем, производят тарировку измерительной системы. Тарировочные характеристики пьезоэлектрических датчиков строят в зависимости показаний самописца от воздействующей на подшипник нагрузки Q.

Эпюра распределения радиальных сил R p (фиг.4) от воздействия на подшипник нагрузки 0 строится в зависимости

0 1 л

R p = 0,79 — г- sin p где 0 — тарировочная нагрузка на подшипник, кгс; г — радиус внешнего кольца подшипника, м;

r — радиус внешнего кольца подшипника, м;

1р- расстояние от внешнего кольца подшипника по направлению главной оси, м.

5 Рабочие силы, например, газогидродинамические, воздействующие на вал 2 при его вращении, передаются через подшипник 3 на распорное кольцо 4 и пьезодатчики

5.

10 8 результате воздействия радиальных сил R rp, приложенных к пьезодатчикам 5, происходит изменение коэффициентов трансформации в пьезоэлементах 8 датчиков 5, что приводит к изменениям выходных

15 пьезонапряжений.

Пьезонапряжения с датчиков поступают на входы электронных преобразователей

11 сигналов, где происходит их усиление и линеаризация, затем преобразованные сигналы поступают на самописец 12. По показаниям самописца 12 строят эпюру распределения радиальной силы по углу поворота вала, приложенной к подшипнику.

По э юре распределения радиальных сил определяют величину и направление действия равнодействующей радиальной силы на исследуемый вал.

Формула изобретения устройство для измерения радиальных сил, действующих на вращающийся вал, установленный в подшипниках, содержащее корпус, в котором с помощью распорного кольца с опорами и силоизмерительными датчиками установлен подшипник с валом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, силоизмерительные датчики выполнены в виде пьезоэлектрических датчиков трансформаторного типа, установленных с равным шагом дискретности в выполненных соосно с опорами и сквозных по ширине распорного кольца пазах, механически связанных с подшипником, при этом размеры пазов выбираh

45 ются из следующих соотношений а > Ь вЂ” =

Н

=0,75 - 0,8, где а — ширина пазов кольца, b-толщина опор кольца:

h — глубина пазов кольца; к0 Н вЂ” толщина кольца, 1672243

1672243

ФЬ2 4

Составитель А.Северин

Редактор А,Кондрахина Техред М.Моргентал Корректор C,Øeâêóí

Заказ 2830 Тираж 340 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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