Устройство регистрации крутящего момента при вращательном и возвратно-вращательном движениях исполнительного органа

Авторы патента:

Пустозеров Константин Леонидович (RU)

G01L3/10 - с электрическими или магнитными индикаторными средствами

Владельцы патента RU 2586962:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регистрации крутящего момента статически и динамически нагруженных узлов при вращательном и возвратно-вращательном движениях активных и пассивных органов машин и механизмов. Устройство представляет собой подшипниковый узел, в опорах которого установлены разрезные полумуфты, фиксирующие торсионный вал. По величине угла и полярности выходного напряжения судят о величине крутящего момента и направлении вращения исполнительного органа. Величина крутящего момента зависит от технических характеристик привода вращательного действия, либо приводимой в движение исполнительного органа машины или механизма. Технический результат заключается в повышении производительности, уменьшении погрешности измерений и расширении функциональных возможностей. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения крутящего момента как статически, так и динамически нагруженных узлов при вращательном и возвратно-вращательном движениях активных и пассивных исполнительных органов машин и механизмов.

Известно устройство контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов (АС №1763877, G01B 7/16, 1992). Это устройство содержит два диамагнитных диска, три универсальные головки, блок питания, два импульсных усилителя, четыре трехпозиционных переключателя записи-воспроизведения, импульсный генератор, дифференцирующий блок, генератор напряжения стирания, генератор линейной горизонтальной развертки, электронно-лучевой индикатор, стартстопный генератор, генератор ступенчатого напряжения.

К недостаткам этого устройства следует отнести неспособность автоматического поддержания и сохранения независимости исходно установленной величины вертикального масштаба формируемых индикаторных диаграмм от неограниченно широких девиаций скорости вращения исследуемых объектов.

Электронная часть сложна и громоздка, что неминуемо приводит к высокой трудоемкости предварительной подготовки устройства к работе, а также необходимости содержания рабочей зоны немагнитных дисков в идеальной чистоте. Указанные факторы значительно ограничивают производительность, снижают технологичность обслуживания, ремонта и проведение с помощью этого устройства измерений.

Наиболее близким техническим решение к заявляемому является устройство для воспроизведения фазомоментных характеристик вращающихся объектов по патенту РФ №2129709, G01L 3/10, 1999.

Устройство содержит торсионный вал, предназначенный для введения в исследуемую кинематическую цепь. На вал насажен диск с кольцом из магнитного материала. Против кольца установлены две универсальные магнитные головки для записи и считывания магнитных меток. По магнитным меткам определяется угловое перемещение вала. На валу закреплена также стакан-гильза, кромка которой выполнена в форме пилообразных зубьев. На вал посажена цилиндрическая ферромагнитная каретка с группой кругосимметричных пальцев-толкателей, контактирующих с торцами зубьев. Момент на валу определяется по осевому перемещению каретки с помощью дифференциального индукционного датчика с Ш-образным магнитопроводом.

Преимуществами устройства являются неизменность масштаба вертикального отклонения луча при изменении силовых режимов и скорости вращения исследуемых объектов и автоматическая градуировка канала горизонтального отклонения луча.

Недостатки устройства - невозможность регистрации крутящего момента при возвратно-вращательном движении, невысокая чувствительность при измерениях малых значений крутящего момента, а также отсутствие предохраняющего устройства от перегрузок. При наладке устройства требуется высококвалифицированный персонал.

Задача устройства - повышение производительности, расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что устройство регистрации крутящего момента при вращательном и возвратно-вращательном движениях исполнительного органа содержит торсионный вал, соединенный с ведущим валом привода главного движения и ведомым валом исполнительного органа машины, датчики угла поворота, подшипниковый узел и токосъемники.

Устройство регистрации крутящего момента содержит во внутренних посадочных отверстиях подшипников подшипникового узла разрезные полумуфты, внутри которых размещен торсионный вал. Один конец торсионного вала жестко зафиксирован от перемещений вдоль оси цилиндрическим штифтом в левой разрезной полумуфте, а другой - зафиксирован от перемещений вдоль оси цилиндрическим штифтом с возможностью небольшого угла поворота в режиме настройки в правой разрезной полумуфте. Штифтовые соединения служат предохранительными элементами от перегрузок как в режиме настройки, так и в рабочем режиме. Кроме того, снаружи левая разрезная полумуфта соединена с ведущим валом привода главного движения, а правая - с ведомым валом исполнительного органа. При стяжке левой разрезной полумуфты болтами происходит зажим ведущего вала привода главного движения и левого конца торсионного вала, а при стяжке правой разрезной полумуфты - зажим правого конца торсионного вала и ведомого вала исполнительного органа. Таким образом, за счет сил трения образуется безлюфтовое соединение в кинематической цепочке от ведущего вала привода главного движения к ведомому валу исполнительного органа. В правой разрезной полумуфте и правой крышке подшипникового узла перпендикулярно оси торсионного вала выполнены отверстия для жесткого фиксирования ведущего вала привода главного движения при помощи установки в них цилиндрического штифта в режиме настройки. На левом торце правой разрезной полумуфты оппозитно установлены неподвижные части, а с правой стороны, на лысках цилиндрической части левой разрезной полумуфты - подвижные части сегментного индуктивного датчика угловых перемещений. На наружных поверхностях разрезных полумуфт установлены передающие катушки, напротив которых в одной и другой крышках подшипникового узла установлены принимающие катушки. Таким образом, пара передающей и принимающей катушек образует бесконтактную передачу и съем регистрируемой информации.

Конструкция заявляемого устройства представлена на фиг. 1-4.

На фиг. 1 показан общий вид устройства регистрации крутящего момента.

На фиг. 2 показано сечение А-А.

На фиг. 3 показано сечение Б-Б.

На фиг. 4 показано сечение В-В.

Устройство регистрации крутящего момента содержит торсионный вал 1, обеспечивающий передачу вращающего момента либо от ведущего вала 2 привода вращательного действия (на фигуре не показан) к ведомому валу 3 исполнительного органа машины или механизма, либо наоборот. С одной стороны торсионный вал 1 установлен по скользящей посадке в разрезной полумуфте 4, а с другой стороны - в разрезной полумуфте 5. В свою очередь, разрезная полумуфта 4 установлена по скользящей посадке на ведущем валу 2 привода вращательного действия (на фигуре не показан), а разрезная полумуфта 5 - на ведомом валу 3 исполнительного органа машины или механизма (на фигуре не показан). От проворота в режиме настройки торсионный вал 1 зафиксирован жестко в разрезной полумуфте 4 при помощи цилиндрического штифта 6 (фиг. 4), который установлен в торсионном валу 1 и разрезной полумуфте 4 по посадке с натягом. С другой стороны в режиме настройки торсионный вал 1 зафиксирован при помощи цилиндрического штифта 7 (фиг. 3), который установлен в торсионном валу 1 по посадке с натягом, с возможностью вращения на угол настройки в пазу разрезной полумуфты 5 по скользящей посадке.

С одной стороны на лыках цилиндрической части разрезной полумуфты 5 оппозитно установлены подвижные сегменты 8 и 9 при помощи винтов 10 и 11 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12. На торце разрезной полумуфты 4 оппозитно установлены неподвижные сегменты 13 и 14 при помощи винтов 15 и 16 (фигура 2).

На наружную цилиндрическую поверхность разрезных полумуфт 4 и 5 установлены по посадке с натягом внутренним кольцом радиальные подшипники 17 и 18, зафиксированные гайками 19 и 20. В свою очередь, наружные кольца радиальных подшипников 17 и 18, разделенные промежуточной втулкой 21, установлены в корпусе 22, в котором они зафиксированы с одной стороны крышкой 23, а с другой стороны - крышкой 24. Крышки 23 и 24 закреплены на корпусе 22 при помощи винтов 25 и 26 соответственно.

Кроме того, на наружных поверхностях разрезных полумуфт 4 и 5 установлены по скользящей посадке передающие катушки 27 и 28, зафиксированные от проворота гайками 29 и 30 соответственно. Напротив передающих катушек 27 и 28 установлены по скользящей посадке с одной стороны в крышке 23 приемная катушка 31, а с другой стороны в крышке 24 приемная катушка 32, зафиксированные от проворота гайками 33 и 34 соответственно.

Таким образом, пара катушек 27 и 31 образуют бесконтактную запитку необходимым напряжением неподвижных сегментов 13 и 14, а пара катушек 28 и 32 образуют бесконтактный съем информации с катушек подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12. Разрезные полумуфты 4 и 5 стянуты болтами 35 и 36 соответственно.

Устройство регистрации крутящего момента работает следующим образом. Перед началом испытаний производят градуировку устройства регистрации крутящего момента. Для этого в разрезную полумуфту 4 устанавливают ведущий вал 2 привода вращательного действия, а в разрезную полумуфту 5 - ведомый вал 3 исполнительного органа машины или механизма. Затем производят затяжку болтов 35, тем самым жестко фиксируя конец торсионного вала 1 и ведущего вала 2 привода вращательного действия в разрезной полумуфте 4. Далее производят фиксацию разрезной полумуфты 4 для исключения ее вращения при помощи штифта (не показан), который устанавливают в отверстиях правой крышки 23 и разрезной полумуфты 4 по посадке с натягом. Затем запитывают необходимым напряжением неподвижные сегменты 13 и 14 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12 и производят вращение разрезной полумуфты 5 для определения положения, в котором суммарное напряжение, измеряемое с подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12, будет равен нулю. В этом положении производят затяжку болтов 36, что приводит к жесткой фиксации конца торсионного вала 1 и ведомого вала 3 в разрезной полумуфте 5. Таким образом, образуется жесткое безлюфтовое соединение ведущего вала 2 привода вращательного действия и ведомого вала 3 через торсионный вал 1 при помощи разрезных полумуфт 4 и 5.

При помощи динамометрического устройства (не показано) производят нагружение крутящим моментом торсионного вала 1 и определяют зависимость изменения напряжения на катушках подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12, образующегося за счет изменения зазора в магнитной системе, образованной подвижными сегментами 8 и 9, расположенными в неподвижных сегментах 13 и 14 соответственно. После этого извлекают штифт (не показан), установленный в отверстиях крышки 23 и разрезной полумуфты 4, тем самым освобождая разрезную полумуфту 4 для свободного вращения.

В процессе работы машины или механизма при возникновении нагрузки на ведомом валу 3 исполнительного органа машины или механизма происходит скручивание торсионного вала 1 на некоторый угол, величину которого определяют по изменению амплитуды выходного напряжения, возникающего на подвижных сегментах 8 и 9, расположенных в неподвижных сегментах 13 и 14 соответственно. Их относительное смещение приводит к возникновению зазора в магнитной системе. По величине угла и полярности выходного напряжения судят о величине крутящего момента и направлении вращения исполнительного органа. Величина крутящего момента зависит от технических характеристик привода вращательного действия, либо приводимой в движение исполнительного органа машины или механизма.

Устройство регистрации крутящего момента при вращательном и возвратно-вращательном движениях исполнительного органа, содержащее торсионный вал, отличающееся тем, что устройство регистрации крутящего момента смонтировано в виде подшипникового узла, во внутренних посадочных отверстиях одного и другого подшипников которого установлены по посадке с натягом и зафиксированы гайками разрезные полумуфты, а внутри них размещен торсионный вал, один конец которого зафиксирован от перемещений вдоль оси цилиндрическим штифтом с возможностью небольшого угла поворота, в режиме настройки в разрезной полумуфте, а другой конец которого жестко зафиксирован от перемещений цилиндрическим штифтом в разрезной полумуфте, наружная поверхность одной полумуфты соединена с ведомым валом исполнительного органа, а другой полумуфты - с ведущим валом привода главного движения, при стяжке разрезные полумуфты образуют безлюфтовое соединение ведущего вала привода главного движения через торсионный вал с ведомым валом исполнительного органа за счет созданных таким образом сил трения, кроме того, с одной стороны разрезной полумуфты, со стороны привода главного движения, оппозитно установлены неподвижные части сегментного индуктивного датчика, а с другой стороны разрезной полумуфты, со стороны исполнительного органа, установлены подвижные части сегментного индуктивного датчика, также на наружных поверхностях полумуфты, со стороны привода главного движения, и на наружной поверхности другой полумуфты со стороны исполнительного органа установлены передающие катушки бесконтактного тока съемника, напротив которых в наружных крышках подшипникового узла установлены принимающие катушки.

Изобретение относится к области измерительной техники. Отличительной особенностью заявленного автоматизированного измерителя выходных характеристик спиральных пружин является то, что в него введены шаговый двигатель, выходной вал которого соединен с входным валом измерительного блока, который установлен на опоре, модуль управления шаговым двигателем, второй электромагнит с сердечником, расположенным симметрично и перевернуто первому на втором конце коромысла, причем тяговые обмотки второго и первого электромагнитов соединены последовательно, в центре симметрии которого установлено зеркало оптической системы, модуль управления процессом контроля, входная шина которого соединена с выходной шиной регистратора, выход которого подключен к первому входу модуля управления процессом контроля, второй вход связан с выходом компаратора, а первый выход подключен к управляющему входу ключа, второй выход подключен к установочному входу интегратора, третий выход соединен с установочным входом аналого-запоминающего блока, четвертый выход подключен к запускающему входу аналого-цифрового преобразователя.

Система датчиков для измерения крутящего момента и вал с системой датчиков для измерения крутящего момента // 2563604

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к системе датчиков для измерения крутящего момента и валу, снабженному системой датчиков. Система датчиков содержит датчик крутящего момента, который расположен на каретке с электроприводом, датчик расстояния, который расположен на той же каретке и выполнен с возможностью измерения расстояния до объекта, у которого должен быть определен крутящий момент.

Способ определения крутящего момента и/или угловой скорости вращающегося вала и устройство для выполнения способа // 2558714

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для измерения крутящего момента и угловой скорости вращающегося вала. Способ содержит этапы генерации первого и второго аналоговых сигналов с помощью датчика, генерирующего сигнал при прохождении перед ним зуба одного или нескольких колес, снабженных зубьями и закрепленных на валу, при этом второй аналоговый сигнал сдвинут во времени относительно первого сигнала и имеет длительность, равную длительности первого аналогового сигнала, преобразования первого и второго сигналов в первый и второй цифровой сигналы.

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента // 2555189

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на вращающих валах машин и механизмов. Устройство содержит ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статор с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой.

Устройство для измерения угла закрутки вала, передающего крутящий момент // 2540938

Изобретение относится к области теплоэнергетики, может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) на энергетическом оборудовании, имеющем открытые участки валопровода, и предназначено для измерения угла закрутки валопровода с возможностью пересчета данного угла в единицы мощности, передаваемые данным валопроводом.

Система управления с обратной связью для управления сгоранием в двигателях // 2529983

Изобретение может быть использовано в системах управления с обратной связью для управления сгоранием в двигателях внутреннего сгорания. Система (10) двигателя внутреннего сгорания содержит многоцилиндровый двигатель (12), нагрузку (14), соединенную с двигателем посредством коленчатого вала (16), магнитный датчик (24) крутящего момента, расположенный между двигателем (12) и нагрузкой (14) и управляющий модуль (26).

Автоматизированный стенд контроля выходных характеристик спиральных пружин // 2526553

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного определения величины момента, создаваемого различными пружинами, и контроля качества этапов технологического процесса их изготовления.

Устройство для измерения момента сопротивления от сил "магнитного трения" в неконтактных подвесах // 2498244

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тормозного момента от действия вихревых токов и гистерезиса в роторных механизмах на электромагнитных опорах.

Устройство для измерения крутящего момента, передаваемого валом отбора мощности // 2497087

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения крутящего момента, передаваемого валом двигателя, например валом газотурбинного двигателя самолета. Изобретение относится к устройству для измерения крутящего момента, содержащему: вал (12) отбора мощности для передачи крутящего момента вращения вокруг оси (A) вала отбора мощности; первое колесо (18), содержащее угловые метки, причем упомянутое колесо прикреплено к валу отбора мощности; опорный вал (20), содержащий второе колесо с угловыми метками; и датчик (26), расположенный напротив, по меньшей мере, одного из колес с возможностью определения крутящего момента, передаваемого валом отбора мощности, согласно изобретению первое колесо (18) содержит первую и вторую последовательности угловых меток; и второе колесо (22) содержит третью и четвертую последовательности угловых меток, причем метки первой и третьей последовательностей взаимно параллельны, а метки второй и четвертой последовательностей взаимно параллельны и расположены под углом относительно первой осевой плоскости, содержащей ось (A), причем метки первой последовательности расположены под углом относительно меток второй последовательности, посредством чего сигнал, выдаваемый упомянутым датчиком (26), также характеризует температуру вала (12) отбора мощности.

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента // 2428666

Изобретение относится к измерительной технике. .

Магнитоупругий датчик крутящего момента // 2591587

Предложен магнитоупругий датчик (1) крутящего момента. Отличительной особенностью изобретения является то, что торцевые плоскости 17 приемных катушек той пары приемных катушек, соединительная линия которых проходит параллельно оси R вращения вала 3, должны лежать в той же плоскости, что и торцевая плоскость 15 передающей катушки. Торцевые плоскости 17 приемных катушек той пары приемных катушек, соединительная линия которых проходит перпендикулярно оси R вращения вала 3, должны, напротив, выступать над торцевой плоскостью 15 передающей катушки и тем самым также над торцевыми плоскостями 17 приемных катушек другой пары приемных катушек, чтобы добиться того, чтобы все торцевые плоскости катушек имели одинаковое расстояние от вала 3. Технический результат - оптимизация геометрии и соответственно возможность предпочтительного позиционирования и ориентирования магнитоупругого датчика крутящего момента для осуществления более точного измерения. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ калибровки измерителя крутящего момента // 2596178

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам измерения крутящего момента, передаваемого валом двигателя, а именно к средствам и методам калибровки измерителя крутящего момента. В ходе реализации способа калибровки помещают измеритель крутящего момента в первое состояние, выполняют первую серию измерений, посредством чего определяются первое и второе угловые смещения, и измеряют крутящий момент, выдаваемый приводным валом, с использованием эталонного измерителя крутящего момента, помещают измеритель крутящего момента во второе состояние, выполняют вторую серию измерений, посредством чего определяют первое и второе угловые смещения, и измеряют крутящий момент, выдаваемый приводным валом. Затем помещают измеритель крутящего момента в третье состояние, выполняют третью серию измерений, посредством чего определяют первое и второе угловые смещения, и измеряют крутящий момент, выдаваемый приводным валом, помещают измеритель крутящего момента в четвертое состояние и выполняют четвертую серию измерений, посредством чего определяют первое и второе угловые смещения, и измеряют крутящий момент, выдаваемый приводным валом, калибруют блок вычислений на основании первой, второй, третьей и четвертой серий измерений. Калиброванный измеритель содержит приводной вал, предназначенный для передачи момента вращения вокруг оси, причем упомянутый приводной вал обеспечен первым колесом, имеющим первый и второй наборы контрольных меток (D1, D2) угловых координат, эталонный вал, имеющий первый конец, присоединенный к одному концу приводного вала, и второй конец, обеспеченный вторым колесом, имеющим третий и четвертый наборы контрольных меток угловых координат, при этом контрольные метки угловых координат первого и третьего наборов параллельны друг другу, в то время как контрольные метки угловых координат второго и четвертого наборов параллельны друг другу, будучи при этом наклоненными относительно контрольных меток первого и третьего наборов, измерительное устройство для измерения первого углового смещения между двумя контрольными метками, соответственно принадлежащими первому и третьему наборам контрольных меток угловых координат, и второго углового смещения между двумя контрольными метками, соответственно принадлежащими второму и четвертому наборам контрольных меток угловых координат, блок вычислений для определения значения крутящего момента, выдаваемого приводным валом, на основании первого и второго угловых смещений, измеренных измерительным устройством, причем упомянутый измеритель крутящего момента отличается тем, что блок вычислений содержит память для хранения калибровочных данных, полученных путем реализации способа калибровки, и тем, что значение крутящего момента, определенного блоком вычислений, является функцией первого и второго угловых смещений и калибровочных данных. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин // 2608330

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества этапов технологического процесса изготовления пружин. Автоматизированный измеритель выходных характеристик спиральных пружин отличается тем, что в него введен шаговый двигатель 20, выходной вал 21 которого соединен с входным валом 5 измерительного блока, который установлен на опоре 25, модуль 19 управления шаговым двигателем 20, модуль 18 управления процессом контроля, входная шина которого соединена с выходной шиной регистратора 9, выход которого подключен к первому входу модуля 18 управления процессом контроля, второй вход связан с выходом компаратора 12, а первый выход подключен к управляющему входу ключа 16, второй выход подключен к установочному входу интегратора 17, третий выход соединен с установочным входом аналого-запоминающего блока 10, четвертый выход подключен к запускающему входу аналого-цифрового преобразователя 8, а выходная шина связана с входной шиной модуля 19 управления шаговым двигателем, выходная шина которого соединена с входной шиной шагового двигателя 20. Технический результат заключается в повышении эффективности работы, упрощении схемы задания пошагового угла закручивания пружины в процессе контроля и упрощении схемы управления процессом контроля и обработки результатов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Измеритель выходных характеристик спиральных пружин // 2623816

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного определения величины момента, создаваемого плоской спиральной пружиной или торсионом с неограниченным углом закрутки. Сущность изобретения заключается в том, что измеритель выходных характеристик спиральных пружин дополнительно содержит магнитоэлектрические преобразователи, установленные симметрично и перевернуто ортогонально на концах плеч коромысла, каждый из которых содержит катушку и установленный соосно постоянный магнит, при этом обмотки катушек подсоединены последовательно к третьему и четвертому выходу электронного блока измерения, а магнитные полюса каждого из постоянных магнитов и катушек ориентированы друг относительно друга таким образом, что взаимодействия магнитных полей создают моменты, направленные на уравновешивание момента коромысла, создаваемого испытуемой пружиной, а выходной вал с опорами выходного вала закреплены на платформе, на которой установлены также уровень в горизонтальной плоскости платформы, шаговый двигатель, модуль закрепления исследуемой пружины, ортогонально упоры плеч коромысла, при этом платформа установлена на регулируемых по высоте опорах гашения вибраций, источник механических вибраций, вход которого подключен к выходу блока управления параметрами вибраций. Технический результат – повышение точности измерения выходных характеристик спиральных пружин. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.