Устройство для преобразования угла поворота исполнительной оси

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности преобразования угла поворота исполнительной оси в электрический сигнал за счет компенсации влияния эксцентриситета зубчатых колес в устройстве, которое содержит два вращающихся трансформатора, установленных в общем корпусе с диаметрально противоположных сторон по отношению к ведущему зубчатому колесу, закрепленному на исполнительной оси. Закрепленные на их осях зубчатые колеса выполнены с одинаковой геометрией и эксцентриситетом. Оба трансформатора установлены в подвижных подпружиненных обоймах, а обмотки их соединены по схеме электрического сложения углов. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в механизмах измерения и передачи угла поворота исполнительной оси.

Широкий класс измерительных приборов имеет исполнительный орган, совершающий вращение вокруг одной или нескольких осей. При этом необходимо обеспечить максимально высокую точность преобразования угла поворота исполнительного органа в величину, удобную для ее передачи в систему управления приборов. Хорошо зарекомендовал себя способ преобразования угла поворота исполнительной оси прибора в электрический сигнал посредством трансформаторных датчиков.

Однако точность измерения угла поворота исполнительного органа, ось вращения которого через зубчатую передачу связана с осью вращающегося трансформатора, вырабатывающего пропорциональный величине угла поворота его ротора электрический сигнал, зависит от кинематической погрешности передачи и от цены оборота оси вращающегося трансформатора.

Для уменьшения кинематической погрешности при той же точности изготовления зубчатых колес стремятся понизить число ступеней редуктора до одного, т. е. до непосредственного зацепления зубчатых колес, расположенных на оси вращающегося трансформатора, и на исполнительной оси. Но при этом накладывается ограничение на возможность оптимизации по второму фактору - уменьшению цены оборота вращающегося трансформатора за счет увеличения передаточного отношения. При числе ступеней редуктора, равном единице, не устраняется погрешность от эксцентриситета δ_{e e} зубчатых колес, находящихся в зацеплении, что вызывает погрешность Δϕ в угле поворота.

Более близким решением к данному изобретению является устройство для преобразования угла поворота исполнительной оси в электрический сигнал, содержащее два вращающихся трансформатора, закрепленные на их осях два зубчатых колеса и предназначенное для закрепления на исполнительной оси ведущее зубчатое колесо.

Однако этому устройству присущи те же недостатки, что были указаны выше.

Целью изобретения является повышение точности за счет компенсации влияния эксцентриситета зубчатых колес.

Для достижения поставленной цели устройство для преобразования угла поворота исполнительной оси в электрический сигнал, содержащее два вращающихся трансформатора, закрепленные на их осях два зубчатых колеса и предназначенное для закрепления на исполнительной оси ведущее зубчатое колесо, снабжено двумя подпружиненными обоймами, в каждой из которых установлен соответствующий вращающийся трансформатор с возможностью перемещения в радиальных взаимно-противоположных направлениях, оба зубчатых колеса выполнены с одинаковым модулем, эксцентриситетом, числом зубьев и их геометрией и установлены диаметрально-противоположно относительно находящегося с ним в зацеплении ведущего зубчатого колеса, а обмотки вращающихся трансформаторов соединены по схеме электрического сложения углов.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема.

На ось вращения 1 исполнительного органа прибора посажено ведущее зубчатое колесо 2 с делительным диаметром D. С зубчатым колесом 2 введены в зацепление зубчатые колеса 3 и 4 с делительными диаметрами d. Эти зубчатые колеса нарезаются на одну установку, т. е. имеет одинаковый по величине и направлению собственный эксцентриситет, и вводятся в зацепление с зубчатым колесом 2 участками с противофазным влиянием их собственного эксцентриситета. Зубчатые колеса 3 и 4 посажены соответственно на оси вращающихся трансформаторов 5 и 6 в общем корпусе 7. Под действием пружин 8 и 9 подвижные обоймы 10 и 11 способны перемещаться по направляющим 12 и 13 корпуса, сохраняя при этом параллельность валов вращающихся трансформаторов 5, 6 исполнительной оси 1 и создавая силовое замыкание зубчатых колес 3 и 4 с зубчатым колесом 2.

Из-за наличия эксцентриситета d_{e e} ведущего колеса 2 и ведомых колес 3 и 4, имеющих одинаковый по величине эксцентриситет, углы поворотов осей вращающихся трансформаторов 5 и 6 будут отличаться от расчетного угла (где ϕ угол поворота зубчатого колеса 2) и будут равными Синусные обмотки статора первого вращающегося трансформатора ВТI (фиг. 2) записываются напряжением U_пит, а его косинусные обмотки закорачиваются во избежание наводок. С синусной и косинусной обмоток ротора ВТI снимаются, соответственно, напряжения U^Dn1_1-2 = U_пит·sinα и U^Dn1_3-4= U_пит·cosα, которые подаются на косинусную и синусные обмотки статора второго вращающегося трансформатора ВТ2. Косинусная обмотка ротора ВТ2 закорочена, а с синусной снимается напряжение Таким образом, разность углов поворота роторов вращающихся трансформаторов ВТ1 и ВТ2, вызванная влиянием эксцентриситетов δ_e и δ_к (см. фиг. 1), компенсируется в результате сложения вырабатываемых трансформаторами электрических сигналов. При этом цена оборота оси вращающегося трансформатора уменьшается в 2 раза.

Кроме того, радиальное подпружинивание зубчатых колес 3, 4 с обеспечением переменного расстояния между ними дает возможность устранять мертвый код. Для предотвращения заклинивания под воздействием радиального усилия необходимо выполнение следующего условия: вращающий момент на оси ведущего колеса 2 должен обязательно превысить момент ведомого колеса из-за пружинного радиального усилия. Внутришаговая погрешность определяется степенью точности изготовления зубчатых колес и их передаточным отношением. При правильном проектировании механизма она значительно меньше устраняемых погрешностей.

Положительный эффект устройства, выразившийся в повышении точности преобразования величины угла поворота исполнительной оси в электрический сигнал, достигается за счет устранения эксцентриситетов на ведущей и ведомых осях, уменьшения цены оборота вращающегося трансформатора при включении их обмоток по схеме электрического слежения углов и выборки мертвого хода в зубчатых зацеплениях с помощью их силового замыкания.

Таким образом, введение в конструкцию устройства второго вращающегося, установленного диаметрально по отношению к первому, зубчатого колеса, идентичного зубчатому колесу первого вращающего трансформатора, а также обеспечение их силового замыкания, устраняющего боковой зазор в зубчатых зацеплениях, позволило снизить погрешность измерения угла поворота оси вращения исполнительного органа изделия на 25-30%

Формула изобретения

Устройство для преобразования угла поворота исполнительной оси в электрический сигнал, содержащее два вращающихся трансформатора, закрепленные на осях два зубчатых колеса и предназначенное для закрепления на исполнительной оси ведущее зубчатое колесо, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации влияния эксцентриситета зубчатых колес, оно снабжено двумя подпружиненными обоймами, в каждой из которых установлен соответствующий вращающийся трансформатор с возможностью перемещения в радиальных взаимно противоположных направлениях, оба зубчатых колеса выполнены с одинаковым модулем, эксцентриситетом, числом зубьев и их геометрией и установлены диаметрально противоположно относительно находящегося с ними в зацеплении ведущего зубчатого колеса, а обмотки вращающихся трансформаторов соединены по схеме электрического сложения углов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2