Способ измерения крутящего момента на валу и устройство для его осуществления

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающемся валу сельскохозяйственных агрегатов. Под действием крутящего момента на валу ведомую часть кулачковой муфты перемещают в осевом направлении при деформации упругого звена. Перемещение ведомой части кулачковой муфты контролируют индукционным датчиком перемещения, связанным с тахогенератором, выдающим мгновенное значение напряжения. Определяют действующее значение напряжения, пропорциональное линейному перемещению ведомой части кулачковой муфты. Крутящий момент вычисляют по математической формуле. Устройство для реализации способа содержит ведущий и ведомый валы, соединенные между собой через кулачковую муфту. Ведомая часть кулачковой муфты соединена с ведомым валом. На ведомый вал надета инерционная муфта, расположенная между двумя частями центральной пружины, поджимающей ведомую часть кулачковой муфты. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающемся валу.

Известен способ измерения момента на валу путем преобразования момента с помощью двух датчиков скорости вращения вала в сдвинутые по фазе два гармонических сигнала, затем квантуют амплитуду опережающего сигнала до момента перехода нулевого уровня отстающим сигналом и по числу квантующих уровней судят об измеряемом параметре (SU 538246, МПК 2 G 01 L 3/10, опубл. 05.12.76).

Известно устройство измерения момента на валу, содержащее установленные по концам вала датчики скорости его вращения, упругое звено и измерительную схему (SU 538246, МПК 2 G 01 L 3/10, опубл. 05.12.76).

Известные способ и конструкция устройства не обеспечивают требуемого времени и точности измерений крутящего момента с относительно невысокими угловыми скоростями.

Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности измерений крутящего момента на валу с относительно невысокими угловыми скоростями.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения крутящего момента на валу под действием деформации упругого звена, ведомую часть кулачковой муфты перемещают в осевом направлении при деформации упругого звена. Перемещение ведомой части кулачковой муфты контролируют индукционным датчиком перемещения, связанным с тахогенератором, выдающим мгновенное значение напряжения, связанное с частотой вращения ведущего вала, по которому определяют действующее значение напряжения, пропорциональное линейному перемещению ведомой части кулачковой муфты, с последующим определением крутящего момента:

где К - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров кулачковой муфты по формуле: К=R tgα, где R - радиус окружности, проходящей через центр кулачка, α - угол наклона кулачка к вертикальной плоскости; r_T - активное сопротивление трения кулачков кулачковой муфты; ω, ω₁ - угловые скорости соответственно ведущего и ведомого валов; Δх - линейное перемещение ведомой части кулачковой муфты; l - величина, обратная упругости материала упругого звена.

В устройстве для измерения крутящего момента на валу, содержащем упругое звено, ведомый и ведущий валы соединены между собой через кулачковую муфту, ведомая часть которой жестко соединена с индукционным датчиком перемещения и ведомым валом, выполненным из двух частей, соединенных друг с другом с помощью шлицевого соединения, на одной из которых свободно надета инерционная муфта, расположенная между двумя частями пружины, выполняющей роль упругого звена, закрепленной на ведомом валу и поджимающей ведомую часть кулачковой муфты, а вторая его часть и ведущий вал закреплены в подшипниках с возможностью ограничения их линейного перемещения. С ведущим валом жестко соединен тахогенератор, электрически соединенный с индукционным датчиком перемещения, выход которого соединен с микропроцессорным измерительным устройством.

На чертеже изображено устройство для реализации способа, содержащее ведущий 1 и ведомый 2 валы, соединенные между собой через кулачковую муфту 3, у которой ведомая ее часть 4 жестко соединена с ведомым валом 2, выполненным из двух частей 5 и 6, соединенных друг с другом посредством шлицевого соединения 7. На ведомый вал 2 надета инерционная муфта 8, расположенная между двумя частями центральной пружины 9, выполняющей роль упругого звена, закрепленной на ведомом валу 2 и поджимающей ведомую часть 4 кулачковой муфты 3. Ведомый 2 и ведущий 1 валы закреплены в подшипниках 10 с возможностью ограничения их линейного перемещения. С ведущим валом 1 жестко соединен тахогенератор 11, электрически соединенный с индукционным датчиком перемещения 12, выход которого соединен с микропроцессорным измерительным устройством 13. Индукционный датчик перемещения 12 жестко соединен с ведомой частью 4 кулачковой муфты 3.

Способ осуществляют следующим образом.

При приложении крутящего момента к ведомому валу 2 ведомая часть 4 кулачковой муфты 3 перемещается в осевом направлении, при этом центральная пружина 9 сжимается. С ведомой частью 4 кулачковой муфты 3 связан индукционный датчик перемещения 12, контролирующий ее перемещение, который запитывается от тахогенератора 11, выдающего мгновенное значение напряжения. Таким образом, на выходе индукционного датчика перемещения 12 амплитуда сигнала мгновенного значения напряжения u_μ зависит от перемещения ведомой части 4 кулачковой муфты 3, а период связан с частотой вращения ведущего вала 1. Далее по мгновенному значению напряжения рассчитывается действующее значение напряжения Uμ

На периоде Т величина U_μ будет пропорциональным перемещению ведомой части 4 кулачковой муфты 3

Δx=K₁·U_μ,

где K₁ - тарировочный коэффициент индукционного датчика перемещения 12.

Величина крутящего момента будет определяться по выражению:

где К - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров кулачковой муфты 3 по формуле: К=R tgα, где R - радиус окружности, проходящей через центр кулачка, α - угол наклона кулачка к вертикальной плоскости;

r_T - активное сопротивление трения кулачков кулачковой муфты 3;

ω, ω₁ - угловые скорости соответственно ведущего 1 и ведомого 2 валов;

Δх - линейное перемещение ведомой части 4 кулачковой муфты 3;

l - величина, обратная упругости материала центральной пружины 9.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет повысить быстродействие и точность измерения крутящего момента на валу с относительно невысокими угловыми скоростями.

1. Способ измерения крутящего момента на валу путем измерения деформации упругого звена под действием крутящего момента, отличающийся тем, что ведомую часть кулачковой муфты перемещают в осевом направлении при деформации упругого звена, при этом перемещение ведомой части кулачковой муфты контролируют индукционным датчиком перемещения, связанным с тахогенератором, выдающим мгновенное значение напряжения, связанное с частотой вращения ведущего вала, по которым определяют действующее значение напряжения, пропорциональное линейному перемещению ведомой части кулачковой муфты с последующим определением крутящего момента:

где К - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров кулачковой муфты по формуле К=R tgα, где R - радиус окружности, проходящей через центр кулачка, α - угол наклона кулачка к вертикальной плоскости; r_T - активное сопротивление трения кулачков кулачковой муфты; ω, ω₁ - угловые скорости соответственно ведущего и ведомого валов; Δx - линейное перемещение ведомой части кулачковой муфты; l - величина, обратная упругости материала упругого звена.

2. Устройство для измерения крутящего момента на валу, содержащее упругое звено, отличающееся тем, что ведомый и ведущий валы соединены между собой через кулачковую муфту, ведомая часть которой жестко соединена с индукционным датчиком перемещения и ведомым валом, выполненным из двух частей, соединенных друг с другом с помощью шлицевого соединения, на одной из которых свободно надета инерционная муфта, расположенная между двумя частями пружины, выполняющей роль упругого звена, закрепленной на ведомом валу и поджимающей ведомую часть кулачковой муфты, а вторая его часть и ведущий вал закреплены в подшипниках с возможностью ограничения их линейного перемещения, с ведущим валом жестко соединен тахогенератор, электрически соединенный с индукционным датчиком перемещения, выход которого соединен с микропроцессорным измерительным устройством.