Устройство для измерения крутящего момента

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения крутящего момента. Сущность изобретения: устройство для измерения крутящего момента содержит механическую передачу с закрепленными на валах прямозубыми цилиндрическими колесами и опорами качения, силоизмерительный датчик , при этом одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качения, а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом опора выполнена с возможностью осевого перемещения 5 ил.

СОЮЗ CORF ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1774196 А1 (я)з G 01 1 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

4ulggjQQg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4874293/10 (22) 15,10.90 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (71) Белорусский политехнический институт (72) А.И, Бобровник (56) Флик 3,П. Механические приводы сельскохозяйственных машин. M.: Машиностроение, 1984, с.237, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения крутящего момента. Сущность

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения крутящего момента, Известны способы и устройства для измерения сил, деформаций и перемещений, возникающих под действием нагрузок. Силоизмерительное устройство содержит силовоспринимающую и измерительную части. Силовоспринимающая часть содержит элементы для восприятия реакций механической системы и ее передачи на динамометр. Известны также датчики силы; индукцион н ы й, ем костной, виброчастотный и др. Однако эти устройства сложны, требуют и рименения специал ьн ых устройств при замерах крутящих моментов в механических передачах. Они не надежны и не долговечны и применяются только в исследовательских цепях, Для контроля момента нагружения во время испытаний механических передач они оборудуются тензометрическими устизобретения: устройство для измерения крутящего моменга содержит механическую передачу с закрепленными на валах прямозубыми цилиндрическими колесами и опорами качения, силоизмерительный датчик, при этом одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качения, а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом опора выполнена с возможностью осевого перемещения. 5 ил, ройствами, а при исследованиях нагруженности вращающихся деталей используют тензорезисторы, соединенные по мостовой схеме, изолированные от попадания смазки и от механических повреждений слоем эпоксидной смолы с последующей передачей информации, Однако такие устройства для замера крутящего момента не могут длительно работать в механических передачах при значительных колебаниях температур, наличии запыленности, при вибрационной нагрузке, и требуют постоянного ухода и контроля. Поэтому современные механические приводы не имеют надежных систем управления скоростными режимами.

Целью изобретения является повышение надежности, долговечности, расширение диапазона измерения крутящего момента.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве замера крутящего момента, содержащем механическую пере1774196 в зависимости от конструкции вала и опор приводятся к оси вала (см, фиг.1).

Нагрузка на первую и вторую опору ведущего вала от окружной Ри радиальной Т сил составит соответственно

I2

Р" =Р + Р =Р 1 +1

I2, И

Т1 Т г Т2=Т (3)

Результирующая с учетом угла трения р между зубьями (2) дачу с закрепленными на валах прямозубыми цилиндрическими колесами и опорами качения, и силоизмерительный датчик, одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности . 5 двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качения, а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом опора 10 выполнена с возможностью осевого перемещения, Использование одной из опор механической передачи в качестве силовоспринимающего элемента беэ нарушения 15 функциональной работы передачи позволяет отказаться от сложных датчиков и повысить надежность и долговечность системы.

Применение одной из опор в виде установленных в парной зеркальной последова- 20 тельности двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качения позволяет регулировать величину замеряемой осевой силы. Выполнение этой опоры с воэможностью осевого перемещения дает воз- 25 можность передать осевое усилие, пропорциональное крутящему моменту, регистрирующему устройству.

На фиг.1 показаны действующие в зуб-. чатой передаче силы; на фиг,2 — нагрузки на 30 опоры вала; на фиг.З вЂ” опоры промежуточного вала; на фиг,4 — кинематическая схема редуктора с цилиндрическими колесами; на фиг,5 — схема действия сил на шариковый радиально-упорный подшипник. 35

Известно, что крутящий момент на валу механической передачи (редуктора, мультипликатора) различен и связан для прямоэубых цилиндрических колес соотношением

M1= 2, F, = F 19 а,„>

Fg d1 (1)

40 где F< — окружная сила; Fr — радиальная сила; о„,,- угол зацепления.

Действующие в зубчатой передаче силы (7) Тогда

М Pd3F V а+Ь d3

Мз

2 4Ь или

P аз РЗ и<<а . - Ь аз

2 4а

Известно, что в качестве опор редукторов широко применяют шариковые радиальное упорные и роликовые конические подшипники. Также известно, что у шариковых радиально-упорных и роликовых конических подшипников под действием радиальной нагрузки А возникает внутренняя осевая составляющая $, разгружающая их в осевом направлении

S= 1,3А19ф (10) где P — угол контакта тел качения.

Приведенная радиальная нагрузка Rn для двух подшипников с осевыми составляющими нагрузок Я1 и Яг

R и = А + m (Q — SI + S2 ) (11) где А — радиальная нагрузка на подшипник;

m — коэффициент приведения, учитывающий неодинаковое влияние на долговечность подшипника радиальной и осевой нагрузок;

0 — осевая нагрузка на подшипник.

При отсутствии осевой нагрузки

Rr =- А + m(S2 - S1). (12)

Радиальная нагрузка А при известной внутренней осевой S1 равна

S1

1,3 т9 Р 1 (13) Frz=lfPP+T) + (l -Fl )(5I где I1, Iz — расстояния колеса до опор, Отсюда

Fr1 cos (а„) +р ) (I1 + 1г ) (б)

P d1

Тогда крутящий момент M1—

Fr1 cos (а„+р)(I1+ I2) d1

61 2

Аналогично через результирующую реакцию второй опоры:

М1

Frz сов (а +р) (11+!г ) d1 2 2 (8)

Таким образом крутящий момент прямо пропорционален величине результирующих реакций опор.

В зависимости от кинематической схемы передачи можно всегда определить величину крутящего момента через значение результирующей реакции одной из опор.

Значения нагрузки на опоры вала промежуточного колеса (фиг,3) прямозубой цилиндрической передачи

Frч =2Р + Fгvl =2Р

b . а а+Ь а+Ь

1774196

Один подшипник (радиально-упорный) применять нельзя, так как с увеличением радиальной нагрузки он будет разгружаться под действием осевой составляющей. Поэтому для опоры из двух подшипников применяют парную зеркальную установку с обязательной осевой затяжкой и расположением подшипников, когда оси качения шариков или роликов скрещиваются между подшипниками (схема Х) или располагаются вне подшипников,,цля правильнпй работы радиальноупорных подшипников главное значение имеет осевой п редва рительн ый натяг. Правильно выбранный натяг обеспечивает плотное прилегание шариков к беговым дорожкам, уменьшает износ поверхностей качения, повышает нагружаемость и долговечность подшипников, предупреждает вращение шариков под действием гироскопических моментов и снижает коэффициент трения.

Необходимый натяг зависит от формы поверхностей качения, частоты вращения, температуры узла, коэффициента трения, величины рабочей нагрузки (радиальной и осевой).

При пружинном предварительном натяге в систему вводят спиральные или тарельчатые пружины, обеспечивающие натяг практически постоянной величины, почти независимо от износа поверхностей качения, колебаний линейных размеров и тепловых деформаций.

При установке парных подшипников с одинаковым углом контакта тел качения и равномерной нагрузке подшипников радиальной силой суммарная составляющая сил равна нулю.

S =S1 — S2=0; (14)

Для получения разности осевой составляющей опоры необходимо устанавливать подшипники с различными углами контакта тел качения /3. Тогда

Я»,= Я1 — S2 = 1,3A1tg P1 - 1,3А2Щ Д (1 5)

Если принять, что радиальная нагрузка

А1 А1

A=A1+A2 = — +—

2 2

TO S» = — А1(tgр1 — tgД) =

1,3

0,65 А (tg 31 — tg Pz ) ) отсюда

S 1

6 -(-;. Р,— Р;-1- K1 s (16)

1 где К1 0,65 (tg Р1 — @57

Радиальная нагрузка в опоре А равна результирующей реакции, Е,1, тогда (17) т,е. М1= К1К25,, .

15 то $2=

Отсюда

Аг

20 где

К1

0,65 tg 1 — tg/4) 2 где Кг—

2

Крутящий момент прямо пропорционален величине разности осевых составляющих опоры из 2-х подшипников.

Этой формулой можно воспользоваться если замеряется разность осевых составляющих подшипника. Если замеряется сумма осевых сос .авляющих, то формула (16) имеет вид -, Sg 2 = S1+ 32 =1,3A1tg Р1 + 1,3A2tg PZ

А2 А2

Если А = А1+ А2 = — +—

2 2

М=К2 К2 Q. (18)

Крутящий момент прямо пропорционален величине суммы осевых составляющих опоры из 2-х подшипников. Крутяьций момент может быть эамерен при установке 2-х подшипников с одинаковыми углами контакта тел качения ф путем замера сжимаю-. щих или растягивающих сил на втулках, где устанавливаются внутренние или наружные кольца парных подшипников.

В этом случае А1 определяется по формуле (13), а момент равен 1COS а-+ l1+l2 d1

1,3tg 1I2 2

Механическая передача с прямозубыми цилиндрическими колесами представлена двухступенчатым редуктором, кинематическая схема которого представлена на фиг,4.

Здесь 1 — ведущий вал, 2, 3 — соответственно промежуточный и выходной вал, На валах жестко закреплены шестерни 4 и 6 и э 5ча- тые колеса 5,7. 8алы устанавливают на опорах 8,9,10,11, t2, l3. Предложенное устройство позволяет замеоить крутящий момент на любом из валов 1,2,3. В качестве силовоспринима ощего элемента может быть использована одна из опор

8,9,10,11,12,13. Для этого одна из опор, например 8, должна быть выполнена с воэможностью передачи радиальной нагрузки и перемещения опоры в осевом направле. нии. При приложении нагрузки вторая опора этого вяла 7 должна исключать осевое перемещение вала.

1774196

Для возможности замера крутящего момента в подвижной опоре устанавливаем передаточную систему преобразованием радиальной нагрузки в осевую составля ощую. Если рассмотреть схему действия сил на шариковый радиально-упорный подшипник (фиг.5), то на внутренние 14 и наружные

15 кольца и тело качения 16 действуют соответственно Gr Gr Gz радиальные силы и

Ь н осевые силы С1а, Оа, Qa.

Ь и

На фиг.3 представлена одна из опор вала для преобразования радиальной силы в разность осевых составляющих двух радиально-упорных подшипников. Здесь 17 — левый подшипник, l8 — правый подшипник, имеющий соответственно внутренние и наружные кольца 19, 20, 21, 22, 24 имеет специальный рабочий участок N для наклейки незодатчиков с целью замера усилий сжатия лли растяжения между подшипниками

17 и 18 устанавливается распорная упругая втулка 25, а подшипники стягиваются гайкой 26, На фиг.4 представлена схема действия сил в опоре. состоящей из 2-х радиальноупорных подшипников. Здесь $-осевые со. ставляющие, Рн-радиальные составляющие.

Сумма осевых составляющих опоры из 2-х подшипников может быть в зависимости ат схемы установки для внутренних или наIt ружных колец равна сумме или разности этих сил: 1 + 3; 2= 31+ Sg, На фиг.5 представлена конструкция ведущего вала редуктора с подвижкой опорой

8, состоящей из поцшипников 17, 18. Втулка

24 имеет наружный шлицевой участок с целью осевого пеэемещения без ее проворачивания в корпусе. Второй конец втулки— плава ащий, опирается на шип 27, устанавливаемый в крышке подшипниковога узла

28. С технологических соображений и возможности ремонта в корпусе установлена шлицевач втулка 29. На крышке 28 зацепляется индикатор„замеряющий осевое перемещение втулки 24. При небольших нагрузках осевое усилие воспринимается пружиной индикатора, à npv. значительных нагрузках устанавливаются тарельчатые

5D пружины между торцами втулки 24 и шипа

27, При работе редуктора под действием передаваемого крутящего момента будет возникать в опоре 8 суммарная реакция радиальных сил определяемая пол формулам

5,8, Так как под действием радиальной нагрузки в шариковых радиально-упорных подшипниках t7, 18 будут возникать внутренние осевые составляющие, то внутренняя втулка 23 (или правый конец вала 1) будут растягиваться, а в наружном кольце

24 кроме радиальных сил воспринимаемых втулкой 29 и шипом 27 будут возникать осевые составляющие, направленные навстречу друг другу. Под действием осевой составляющей рабочий упругий участок втулки 24 будет сжиматься, и его правый конец переместится влево, а вместе с ним и чувствительный элемент индикатора, В формулу для замера крутящего момента 17, 18 нужна ввести масштабный коэффи циент,и, учиты ва ющий чувствительность индикатора

М =,и К1К2 Ti, где Ti — показания индикатора (регистрирующего устройства).

По величине показаний индикатора судят о величине крутящего момента, Преимущество данного устройства заключается в том, что наружное кольцо не вращается.

Возможны и другие схемы, когда неподвижно внутреннее кольцо.

Формула изобретения

Устройства для измерения крутящего момента, содержащее механическую передачу с закрепленными на валах прямозубыми цилиндрическими колесами и опорами качения, и силоизмерительный датчик, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упорных шариковых либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качения, а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом опора выполнена с возможностью осевого перемещения, 1774196

Siу !

pub. 5

Составитель Т. Ишкова

Редактор С. Кулакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Мимокова

Заказ 3920 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Г!роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Устройство для измерения крутящего момента Устройство для измерения крутящего момента Устройство для измерения крутящего момента Устройство для измерения крутящего момента Устройство для измерения крутящего момента Устройство для измерения крутящего момента 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силоизмерительной технике и предназначено для измерения момента, в частности момента затяжки резьбовых соединений

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления нагрузки в механизмах с вращающимся выходным валом

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в испытательных стендах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов на валах различных машин

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения крутящего момента на валу а различных машинах и механизмах и определения таким образом качества сборки

Изобретение относится к технике измерения крутящих моментов малой величины, а именно импульса реактивного момента агрегатов, к которым предъявляются жесткие требования по этому параметру при ориентации в пространстве

Изобретение относится к производству ремней, в частности к способам определения механических характеристик ремней

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения крутящего момента на гребном валу

Изобретение относится к измерительной технике
Изобретение относится к бесконтактному измерению величины механического момента, передаваемого вращающимся валом, и может быть использовано для оценки эффективности работы двигателей силовых приводов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вращающихся валов, таких как напряжение, деформация, а также крутящих моментов и мощности на валах

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимися валами различных объектов

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для контроля срабатывания предохранительных муфт в составе приводных контуров машин

Изобретение относится к измерительной технике и применяется для определения параметров вращающегося вала

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения крутящего момента на гребном валу (измерительный элемент, ведущий и ведомый узел) судового двигателя

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам преобразования углового перемещения антенны РЛС

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутильных колебаний валов. Датчик крутильных колебаний содержит установленный в корпусе на упругом шарнире чувствительный элемент с магнитоэлектрическим преобразователем, при этом чувствительный элемент выполнен в виде установленного на валу, имеющем квадратные хвостовики, инерционного тела, в составе магнитопроводной пластины, на одном конце которой закреплен Г-образный магнитопровод, а на другом - противовес, при этом на одних концах магнитопроводной пластины и Г-образного магнитопровода встречно установлены две пары постоянных магнитов осевой намагниченности с образованием двух магнитных зазоров с разнонаправленными векторами магнитной индукции, преобразователь образован постоянными магнитами инерционного тела и плоской О-образной бифилярной электрической катушкой, два участка которой прямолинейны и радиально расположены по отношению к валу инерционного тела. Технический результат – повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения крутящего момента

Наверх