Торсиометр

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения крутящего момента при передаче мощности через вал. Торсиометр содержит вал с фланцами, который закреплен в корпусе. Корпус выполнен соосным с валом, с возможностью вращения вала соосно с ним, для чего вал установлен в подшипниках качения, установленных в отверстиях, соосных с осью вращения вала, выполненных в торцевых стенках корпуса, при этом подшипники качения зафиксированы от перемещения вдоль вала. Средство снятия отсчета включает два зеркала, закрепленные на валу у торцовых стенок корпуса, и полупроводниковый лазер, установленный в боковой стенке корпуса, с возможностью формирования луча в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, и возможностью попадания луча на первое зеркало, установленное под углом 45° к оси вращения вала, при этом второе зеркало установлено с возможностью падения на него луча, отраженного от первого зеркала, и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси вращения вала, для чего второе зеркало ориентировано под углом 15-45° к оси вращения вала и под углом 45° относительно радиуса вала. Вдоль образующей корпуса выполнена прорезь, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала луч лазера при отсутствии вращения вала. Технический результат - возможность измерения крутящего момента при вращении вала с относительно большой скоростью. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения крутящего момента при передаче мощности через вал.

Известен торсиометр, содержащий два ротора, выполненных в виде двух растров, закрепленных на исследуемом валу на известном расстоянии друг от друга, статор, включающий в себя источник света, оптически согласованный через оптические волокна с фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, и регистратор (см. патент Великобритании №2162309, МПК G01L 3/00, G01D 11/26, 1986). При изменении относительного положения одного растра относительно другого, происходящего при скручивании исследуемого вала, на выходе растров появляется картина муаровых полос, передаваемая через оптические волокна на фотоприемник. При этом освещенность фотоприемника, а, следовательно, и его выходной сигнал будут зависеть от крутящего момента на исследуемом валу.

Недостатком известного торсиометра является амплитудный характер съема информации о крутящем моменте.

Известен также торсиометр, содержащий измерительную шкалу с измерительными делениями и средство снятия отсчета (см. A.M. Афанасьев, В.А. Марьин. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов // Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1975, стр. 164).

При отсутствии крутящего момента стрелка устанавливается на нуль шкалы. При приложении крутящего момента М происходит закручивание вала и стрелка покажет изменение отсчета по шкале.

Крутящий момент определяется по зависимости

где ϕ - угол скручивания;

l - расстояние на валу в пределах скручивания;

d - диаметр вала;

Е - модуль упругости материала.

Угол скручивания ϕ определяется по величине перемещения стрелки на шкале b и радиусу r:

Недостаток этого устройства - позволяет измерять крутящий момент на неподвижном валу или при небольшой скорости вращения.

Задачей изобретения является обеспечение возможности измерения крутящего момента при вращении вала с относительно большой скоростью.

Технический результат - возможность измерения крутящего момента при вращении вала с относительно большой скоростью.

Для решения поставленной задачи торсиометр, содержащий измерительную шкалу с измерительными делениями и средство снятия отсчета, отличается тем, что вал снабжен фланцами, выполненными с возможностью соосного скрепления с измеряемым валом, при этом, торсиометр содержит корпус соосный с валом, выполненный с возможностью вращения вала соосно с ним, причем средство снятия отсчета включает два зеркала закрепленные на валу у торцовых стенок корпуса и полупроводниковый лазер, установленный в боковой стенке корпуса, с возможностью формирования луча в плоскости перпендикулярной оси вращения вала и возможностью попадания луча на первое зеркало, установленное под углом 45° к оси вращения вала в точке закрепления второго зеркала на валу, при этом второе зеркало установлено с возможностью падения на него луча отраженного от первого зеркала и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси вращения вала, для чего второе зеркало ориентировано под углом 15-45° к оси вращения вала и под углом 45° относительно радиуса вала, кроме того, вдоль образующей корпуса выполнена прорезь, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала луч лазера при отсутствии вращения вала. Кроме того, вал установлен в подшипниках качения, установленных в отверстиях, соосных с осью вращения вала, выполненных в торцовых стенках корпуса, при этом подшипники зафиксированы от перемещения вдоль вала.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «… вал снабжен фланцами, выполненными с возможностью соосного скрепления с измеряемым валом …» обеспечивает возможность использования устройства в сборе, с установкой его на измеряемом валопроводе.

Признак «… торсиометр содержит корпус соосный с валом, выполненный с возможностью вращения вала соосно с ним …» обеспечивает возможность свободного вращения вала, при неподвижном корпусе.

Признак «… средство снятия отсчета включает два зеркала, закрепленные на валу у торцовых стенок корпуса, и полупроводниковый лазер, установленный в боковой стенке корпуса, с возможностью формирования луча в плоскости перпендикулярной оси вращения вала и возможностью попадания луча на первое зеркало, установленное под углом 45° к оси вращения вала …» обеспечивает передачу световой метки на второе зеркало в виде точки (штриха).

Признак, указывающий, что «второе зеркало установлено с возможностью падения на него луча отраженного от первого зеркала и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси вращения вала, для чего второе зеркало ориентировано под углом 15-45° к оси вращения вала и под углом 45° относительно радиуса вала в точке закрепления второго зеркала на валу» обеспечивает передачу световой метки на измерительную шкалу.

Признак, указывающий, что «вдоль образующей корпуса выполнена прорезь, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала луч лазера при отсутствии вращения вала» обеспечивает измерение крутящего момента при вращении, т.к. в момент скручивания вала луч отклоняется на величину, пропорциональную углу скручивания.

Признаки указывающие, что «вал установлен в подшипниках качения, установленных в отверстиях, соосных с осью вращения вала, выполненных в торцевых стенках корпуса, при этом подшипники зафиксированы от перемещения вдоль вала» обеспечивают возможность свободного вращения вала, при неподвижном корпусе.

На фиг. 1 показан разрез лазерного торсиометра; на фиг. 2 показан вид А; на фиг. 3 - показан вид Б; на фиг. 4 изображена схема работы предлагаемого торсиометра и расчета угла скручивания. На чертежах показаны вал 1, фланцы 2, корпус 3, подшипники качения 4, отверстия 5, ось вращения 6, торцевые стенки 7, зеркала 8 и 9, крепления зеркал 10 и 11, полупроводниковый лазер 12, лазерные лучи 13,14, 15, радиус 16 вала 1, прорезь 17, шкала 18, деления измерительной шкалы 19.

Предлагаемый торсиометр содержит вал 1 с фланцами 2, который закреплен в корпусе 3. Корпус 3 выполнен соосным с валом 1, с возможностью вращения вала 1 соосно с ним, для чего вал 1 установлен в подшипниках качения 4, установленных в отверстиях 5, соосных с осью вращения 6 вала 1, выполненных в торцевых стенках 7 корпуса 3, при этом подшипники качения 4 зафиксированы от перемещения вдоль вала 1.

Средство снятия отсчета включает два зеркала 8 и 9, закрепленных на валу 1 с помощью креплений 10 и 11 у торцевых стенок 7 корпуса 3 и полупроводниковый лазер 12, установленный на стенке корпуса 3, с возможностью формирования луча 13 в плоскости перпендикулярной оси 6 вращения вала 1 и возможностью попадания луча 13 на первое зеркало 8, установленное под углом α1=45º к оси 6 вращения вала 1. Второе зеркало 9 установлено с возможностью падения на него луча 14 отраженного от первого зеркала 8 и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси 6 вращения вала 1, для чего второе зеркало 9 ориентировано под углом α2 =15-45º к оси 6 вращения вала 1 (чем меньше этот угол, тем точнее измерения) и под углом β=45º к радиусу 16 вала 1 в точке закрепления этого зеркала.

Вдоль образующей корпуса 3 выполнена прорезь 17, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала 18 с делениями 19, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала 9 луч 15 лазера при отсутствии вращения вала 1.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 1 и подведении к нему крутящего момента М от полупроводникового лазера 12 луч 13 направляется на первое зеркало 8, и перемещается по поверхности зеркала 8. Отраженный от него лазерный луч 14 движется вдоль оси вращения 6 вала 1 и попадает на второе зеркало 9 и, при закручивании вала 1, перемещается по нему в направлении вращения вала 1 на величину b2. Благодаря наклону зеркала 9 в двух плоскостях отраженный лазерный луч 15 перемещается по наклонной траектории относительно шкалы 18 под углом δ, его наклон определяется углом α2. Но при вращении вала 1 это перемещение фиксируется только как движение метки лазерного луча 15 на угол γ вдоль делений 19 измерительной шкалы 18, т.е. вдоль оси вращения 6 вала 1 на величину b.

Величина этого отклонения пропорциональна величине закручивания вала 1, удалению измерительной шкалы 18 от второго зеркала 9, расстоянию между зеркалами 8 и 9, а также при уменьшении угла α2 .

Для расчета угла закручивания ц измеряется величина перемещения лазерного луча 15 на шкале 18 – b и рассчитывается величина его перемещения в зеркале 9 в плоскости вращения по горизонтальной координате

(3)

где δ - угол наклона траектории лазерного луча относительно линии шкалы;

l - расстояние между зеркалами 8 и 9 по линии лазерного луча, м;

l2 - расстояние между зеркалом 9 и шкалой 18 по линии лазерного луча, м.

Угол закручивания ц рассчитывается по формуле (2), здесь радиус r - расстояние от центра вращения вала 1 до линии лазерного луча 14 на зеркале 9.

Расчет крутящего момента производится по формуле (1), мощность (Вт) рассчитывается по зависимости

(4)

где – угловая скорость вала.

Достоинство предлагаемого торсиометра заключается в том, что применение лазерного луча и видеокамеры для фиксации показаний позволяет измерять крутящий момент в период вращения вала.

1. Торсиометр, содержащий измерительную шкалу с измерительными делениями и средство снятия отсчета, отличающийся тем, что вал снабжен фланцами, выполненными с возможностью соосного скрепления с измеряемым валом, при этом торсиометр содержит корпус, соосный с валом, выполненный с возможностью вращения вала соосно с ним, причем средство снятия отсчета включает два зеркала, закрепленные на валу у торцовых стенок корпуса, и полупроводниковый лазер, установленный в боковой стенке корпуса, с возможностью формирования луча в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, и возможностью попадания луча на первое зеркало, установленное под углом 45° к оси вращения вала, при этом второе зеркало установлено с возможностью падения на него луча, отраженного от первого зеркала, и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси вращения вала, для чего второе зеркало ориентировано под углом 15-45° к оси вращения вала и под углом 45° относительно радиуса вала в точке закрепления второго зеркала на валу, кроме того, вдоль образующей корпуса выполнена прорезь, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала луч лазера при отсутствии вращения вала.

2. Торсиометр по п. 1, отличающийся тем, что вал установлен в подшипниках качения, установленных в отверстиях, соосных с осью вращения вала, выполненных в торцовых стенках корпуса, при этом подшипники зафиксированы от перемещения вдоль вала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения крутящего момента при передаче мощности через вал. Торсиометр содержит измерительную шкалу, закрепленную на валу, соосно с ним, по периметру которой выполнены радиальные деления и размещенное на расстоянии от измерительной шкалы средство снятия отсчета.

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в качестве способа измерения момента на валу двигателя и частоты вращения его ротора. Новый способ основан на измерении угла взаимного разворота концов базового участка упругого вала под действием крутящего момента с помощью оптико-электронного преобразователя, состоящего из источника излучения и фотоприемного устройства, формирующего электрические импульсы, и позволяет измерить как крутящий момент, определяемый по длительности импульсов, формируемых фотоприемным устройством, так и частоту вращения ротора двигателя, определяемую по периоду следования данных импульсов.

Заявленное изобретение относится к устройству для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанному на измерении угла кручения. Заявленное устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины содержит первое основание, второе основание, генераторный блок источника света, перегородку, и светочувствительный элемент, в котором источник света, первая линза и первая диафрагма расположены в генераторном блоке источника света, вторая диафрагма и вторая линза на перегородке, и светочувствительный элемент образуют тракт генерации, передачи и приема света.

Устройство содержит генератор (27) лазерного луча, первый поляризующий фильтр (29) и второй поляризующий фильтр (31), закрепленные на валу и расположенные на расстоянии друг от друга, и приемник (33) лазерного излучения.

Изобретение относится к области диагностики вращающихся механизмов и двигателей различных типов, в том числе и двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано, в частности, для определения остаточного ресурса двигателей или оценки технического состояния в эксплуатационных условиях, а также в процессе изготовления или ремонта, а именно к методу для определения основных параметров двигателя.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для экспериментальных исследований упругих муфт. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу, и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам и устройствам для измерения крутящего момента. .

Настоящее изобретение в целом относится к вращающимся электромеханическим системам, в частности к компьютеризированным средствам защиты вращающихся электромеханических систем от повреждений, вызванных механической перегрузкой.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения крутящего момента при передаче мощности через вал. Торсиометр содержит измерительную шкалу, закрепленную на валу, соосно с ним, по периметру которой выполнены радиальные деления и размещенное на расстоянии от измерительной шкалы средство снятия отсчета.

Предложенная группа изобретений относится к средствам для определения параметров вращающегося вала, преимущественно сельскохозяйственных машин. Устройство (1) для определения механического состояния приводимого во вращение вокруг оси (3) компонента машины, в частности вала (2), содержит исполнительный элемент (4), расположенный на компоненте (2) машины с возможностью осевого перемещения, средства (9, 10, 11, 12) для преобразования скручивания компонента (2) машины в осевое смещение исполнительного элемента (4) и расположенный неподвижно относительно компонента (2) машины датчик (5) для восприятия осевого смещения исполнительного элемента (4), и отличается тем, что исполнительный элемент (4) снабжен меткой (6), которая выполнена с возможностью восприятия датчиком (5) для восприятия осевого смещения исполнительного элемента (4), причем из числа воспринятых меток (6) в единицу времени может быть определено число (n) оборотов компонента (2) машины.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения осевого усилия, угловой скорости, крутящего момента при экспериментальных исследованиях турбин и прочих энергоустановок.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения статических или медленно меняющихся крутящих моментов. Заявленный моментомер для статических измерений содержит корпус, в котором с помощью подшипников размещен вал с преобразователем крутящего момента в угол поворота и функционально связанный с ним содержащий модулятор оптический преобразователь угла поворота в электрический сигнал, отличающийся тем, что каждый подшипник вала выполнен в виде двух плоских пружин, расположенных под углом 90° друг к другу, образуя преобразователь крутящего момента в угол поворота, при этом первые концы плоских пружин закреплены на валу, а вторые - на корпусе.

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.

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

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

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

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения крутящего момента при передаче мощности через вал. Торсиометр содержит вал с фланцами, который закреплен в корпусе. Корпус выполнен соосным с валом, с возможностью вращения вала соосно с ним, для чего вал установлен в подшипниках качения, установленных в отверстиях, соосных с осью вращения вала, выполненных в торцевых стенках корпуса, при этом подшипники качения зафиксированы от перемещения вдоль вала. Средство снятия отсчета включает два зеркала, закрепленные на валу у торцовых стенок корпуса, и полупроводниковый лазер, установленный в боковой стенке корпуса, с возможностью формирования луча в плоскости, перпендикулярной оси вращения вала, и возможностью попадания луча на первое зеркало, установленное под углом 45° к оси вращения вала, при этом второе зеркало установлено с возможностью падения на него луча, отраженного от первого зеркала, и возможностью его отражения в плоскости под углом к оси вращения вала, для чего второе зеркало ориентировано под углом 15-45° к оси вращения вала и под углом 45° относительно радиуса вала. Вдоль образующей корпуса выполнена прорезь, вдоль которой закреплена линейная измерительная шкала, на ноль которой ориентирован отраженный от второго зеркала луч лазера при отсутствии вращения вала. Технический результат - возможность измерения крутящего момента при вращении вала с относительно большой скоростью. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх