Устройство для измерения крутящего момента между двумя соосными валами

 

Изобретение относится к технике измерения крутящих моментов между двумя соосными валами. Устройство содержит кольцо, закрепленное на валу и выполненное с пазом для установки шпонки другого вала. Прилегающие к шпонке части кольца предназначены для измерения и содержат упругие гибкие части, к которым прикреплены датчики напряжения. Технический результат - создание простой, прочной и компактной конструкции, обеспечивающей короткую переходную характеристику для осуществления регистрации мгновенного изменения крутящего момента. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству для измерения крутящего момента между двумя соосными валами.

Устройства, предназначенные для измерения усилия между двумя твердыми телами, содержат, согласно обычному варианту выполнения, упругий элемент с небольшой жесткостью, который их соединяет и который, следовательно, сильно деформируется при воздействии какого-либо усилия. Достаточно измерить эти деформации после осуществления эталонирования для того, чтобы определить приложенное усилие. Можно также использовать и другие способы, но один наиболее часто используемый способ заключается в том, что наклеивают датчики напряжения на соединительный элемент и измеряют изменение сопротивления проводников, которые там заглублены, и которое изменяется в зависимости от деформации.

Эти устройства могут иметь различные конструкции. Техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства для измерения крутящего момента между двумя соосными валами, имеющего очень простую, прочную и компактную конструкцию и обеспечивающую очень короткую переходную характеристику, позволяющую осуществлять регистрацию почти мгновенного изменения крутящего момента.

Этот технический результат достигается тем, что устройство согласно изобретению содержит жестко соединенное с первым валом кольцо, осевую шпонку, расположенную на втором валу, при этом кольцо разделено осевым пазом, по краям которого выполнены выступы, содержащие концевую часть, имеющую опорную поверхность, опирающуюся на шпонку и часть с уменьшенной толщиной, соединяющую концевую часть с основной частью кольца, на котором установлен датчик напряжения на поверхности, образованной его толщиной, при этом часть с уменьшенной толщиной, способная растягиваться точно в осевом направлении или же с наклоном относительно осевого направления, а выступы отделены от первого вала.

Целесообразно, чтобы кольцо содержало пару выступов, ориентированных в противоположных осевых направлениях шпонки.

Можно, чтобы выступы были расположены напротив друг друга по одну и другую сторону шпонки.

Желательно между кольцом и вторым валом расположить подшипник.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на приведенные ниже фигуры, на которых: фигура 1 изображает общий вид устройства в разобранном виде; фигуры 2A и 2B изображают два варианта выполнения подшипника кольца; фигура 3 изображает вид в увеличенном масштабе измерительной части кольца.

Основные элементы устройства представлены на фигуре 1 в разобранном виде. Первый вал 1 введен во второй вал 2. На первом валу 1 установлено охватывающее его кольцо 3, а на втором валу 2 выполнена шпонка 4, расположенная в осевом направлении и устанавливаемая в пазу 5, расположенном в направлении аналогичном направлению кольца 3. Итак, кольцо 3, жестко соединенное с первым валом 1 посредством хомутов, клея, винтов или же с помощью любых других средств, соединяет пол углом валы 1 и 2 со шпонкой 4. Подшипник 6, который может быть выполнен в виде игольчатого подшипника или же в виде кольца из тефлона, охватывает основную часть 7 кольца 3 таким образом, что обеспечивает возможность, чтобы второй вал 2 поддерживал его без значительного трения. Эти два варианта выполнения изображены на фигурах 2A и 2B, на которых также показано перемещение кольца 3 рядом со шпонкой 4. При этом, его основная часть, которая установлена на первом валу 1, оканчивается рядом со шпонкой 4, где кольцо 3 состоит из измерительных частей 8, отделенных от первого вала 1, и которая охватывает шпонку 4, обжимая ее с небольшим предварительным напряжением, которое устраняет любое колебательное движение между валами 1 и 2 и, следовательно, погрешности измерения. Измерительные части 8 изображены лучше на фигуре 3 и каждая из них содержит пару выступов 9, каждый из которых сам состоит из концевой относительно массивной части 10, опирающейся опорной поверхностью 11 на шпонку 4, и соединительной части 12, уменьшенной толщиной, соединяющей концевую часть 10 с остальной частью кольца 3. Такая форма может быть получена посредством механической обработки, при этом обрабатывают измерительные части 8 фрезой с их трех свободных сторон для выполнения двух боковых пазов 13 и одного торцевого паза 14, которые ограничивают и разделяют выступы 9. Ясно, что толщина и, следовательно, жесткость соединительных частей 12 зависят от выбранной глубины механической обработки, которая сама регулируется в зависимости от чувствительности изготовляемого устройства.

Итак, на каждой соединительной части 12 установлен датчик 15 напряжения на наружной поверхности 16, соответствующей поверхности, образованной толщиной кольца 3. Крутящие моменты между валами 1, 2 прилагаются к кольцу 3 в виде усилий, которые воздействуют на опорные поверхности 11 выступов 9 и которые передаются в виде изгибающих усилий соединительным частям 12 и датчикам 15 напряжения.

Известно, что датчики 15 напряжения содержат слой подложки, который нанесен на исследуемую поверхность и в которой помещен токопроводящий провод. Деформации растяжения или сжатия, которым подвергается провод, вызывают изменения его сопротивления, которое может изменяться с помощью моста Уитстона (Wheatstone). Следовательно, провода 17 датчиков 15 напряжения расположены вдоль основного направления деформации, т.е. по направлению растяжения выступов 9. Кроме того, их концы соединены с измерительным устройством 20 электропроводами. Эти устройства 20 хорошо известны и поэтому здесь их детали подробно не описаны. В случае, если валы 1, 2, по существу, неподвижны, электропровода соединяют датчики 15 напряжения непосредственно с внешним неподвижным измерительным устройством. В случае, если они вращаются, то совокупность схемы содержит неподвижную часть и часть, перемещающуюся совместно с валами, которые соединены между собой посредством телеметрических средств или с помощью кольцевых контактов, с которыми взаимодействуют щетки.

Согласно предпочтительному варианту выполнения каждая измерительная часть 8 содержит пару выступов 9, проходящих вдоль оси в противоположных направлениях, при этом соединительные части 12 подвержены растяжению под углом, имеющим значительную величину в осевом направлении. Каждый выступ 9 расположен напротив одноименного выступа 9 противоположной измерительной части 8. Таким образом, шпонка 4 зажимается в кольце 3 на более значительной длине.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения крутящего момента между двумя соосными первым и вторым валами, отличающееся тем, что содержит кольцо, жестко соединенное с первым валом, осевую шпонку, расположенную на втором валу, при этом кольцо разделено осевым пазом, по краям которого выполнены выступы, содержащие концевую часть, имеющую опорную поверхность, опирающуюся на шпонку, и часть с уменьшенной толщиной, соединяющую концевую часть с основной частью кольца, на которой утановлен датчик напряжения на поверхности, образованной толщиной кольца, причем часть с уменьшенной толщиной способна растягиваться точно в осевом направлении или с наклоном к осевому направлению, а выступы отделены от первого вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо содержит пары выступов, при этом выступы каждой пары ориентированы в противоположных осевых направлениях шпонки.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выступы расположены напротив друг друга по одну и другую стороны шпонки.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3 отличающееся тем, что между кольцом и вторым валом расположен подшипник.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3