Устройство для измерения и регистрации малых крутящих моментов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскня

Соцналнстнческнк

Республик р»959034 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.10.80 (2I) 2996739/18-10 (51)М Ntl з

G 04 0 7/00

G 01 0 3/22 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.09,82.Бюллетень.¹ 34

Дата опубликования описания 15. 09. 82 (53) УДК 681.11

{088.8) (72) Авторы изобретения

В.А. Мещеряков, В.В. Мышев, М.М. Варыкина и В.С. Вахрушев

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ

МАЛЫХ КРУТЯЩИХ MOMEHTOB

t !

i:, М тов (1 ).

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к измерению и контролю малых крутящих моментов.

Известно устройство для измерения и регистрации малых крутящих моменНаиболее, близким .к предлагаемому . является устройство для измерения и регистрации малых крутящих моментов, содержащее зажим для исследуемого, механизма, соединенный с валом электродвигателя, силовоспринимающий рычаг, контактирующий с упругим элементом, имеющим прорезь, совмещенную с осью выходного вала испытуемого механизма, преобразователь измеряемого момента в электрический сигнал и регистрирующий прибор (2).

Недостатком известных устройств является наличие дополнительной погрешности измерения, обусловленной тем, что при действии измеряемого момента в месте контакта силовоспринимающего рычага и упругого элемента (плоской пружины ) неизбежно появля- ется относительное проскальзывание контактирующих поверхностей этих двух деталей, порождающее силу трения.

Цель изобретения — повышение точности измерения °

Указанная цель достигается тем, 5 что в устройство введены последовательно включенные бесконтактный датчик положения силовосприниманицего рычага относительно упругого элемента, усилитель сигнала рассогласования датчика и управляющий сервопривод, кинематически связанный с перемещающейся кареткой, несущей упругий элемент., причем, поверхность элемента силовоспринимающего рычага, взаи15 модействующая с воспринимающим элементом датчика положения, выполнена цилиндрической, а геометрическая ось ее совмещена с осью вращения зажима.

На фиг. 1 показано устройство; на фиг. 2 — влияние эксцентрнситета на положение точки контакта силовоспринимающего рычага и упругого элемента; на фнг. 3 - предпочтительная форма выполнения снловоспринимающего рычага, на фиг. 4 - возникновение дополнительных погрешностей вследст» вие эксцентрнситета.

Зажим 1 с исследуемым.механизмом

2 связан через редуктор 3 с электри» ческим двигателем 4. На выходном ва959034, Устройство работает следующим образом. щ

При запуске электродвигатель 4 о в через редуктор 3 начинает вращать зажим 1 с установленным в нем исследуемым механизмом 2. Вращение передается на вал механизма, при этом силовоспринимающий рычаг 5 входит 5 ц<> во взаимодействие с плоской пружиной 6 в месте их контакта и изгибает последнюю под действием измеряемого момента. Деформация плоской пру жины 6 вызывает изменение параметров 30 м чувствительных элементов 7 преобразо вателя, сигнал с которых может быть подан на регистрирующий прибор (не и показан).

Вследствие несоосности зажима . 3$ т и выходного вала испытуемого мехав низма (фиг. 2) вал перемещается л по окружности относительно оси зав жима О, и траектория движения точки контакта силовоспРинймающего Рычага 40 д (длина рычага K) с упругим элементом, перемещается между дугами окружнос-! .тей A-и Б, что приводит, в случае неподвижного закрепления конца плос- i( кой пружины 6, к изменению активной 45 в длины пружины (от прорези до точки м контакта силовоспринимающего рыча- т га последней), а также .к проскаль- с зыванию между силовоспринимающим ры- г чагом и плоской пружиной, вызываю- д щему появление сил трения. ре

Введенные в устройство элементы конструкции позволяют поддерживать; P постоянной активную длину плоской пружины, тем самым .снижают погреш- ность измерения. Изменение положения силовоспринимающего рычага 5, возникающее при врашении исследуе-. мого механизма вследствие эксцентри. .ситета, вызывает изменение сигнала на выходе датчика положения 9. Сиг- 60 нал .с датчика, усиленный до необходимого уровня усилителем 10, управляет работой серводвигателя 11, перемещающего каретку 8 с закрепленной на ней плоской пружиной 6,.поддер- 65 лу исследуемого механизма закреплен силовоспринимающий рычаг 5, в паз которого входит свободный конец плос.кой пружины 6, имеющей прорезь, сов- мещенную с осью выходного вала исследуемого механизма. На плоской 5 пружине установлены чувствительные элементы 7 (например, тензорезисторй преобразователя деформации в электрический сигиал. Плоская пружина зак,реплена на подвижной каретке 8, поло-10 жение которой задается системой автоматического сложения, состоящей из датчика положения 9 силовоспринимающего рычага относительно упругого элемента, усилителя 10 сигнала датчика и серводвигателя 11, кинематически связанного с кареткой 8. живая постоянной активную длину пос- ледней.

При работе устройства силовоспринимающий рычаг отклоняется на угол, определяемый передаваемым моментом и параметрами. плоской пружины, Эти отклонения не должны влиять на точность определения положения силовоспринимающего рычага, т.е. на точ- . ность поддерживания постоянства активной длины плоской пружины, для чего необходимо выбрать для силовоспринимающего рычага такую конфигурацию. элемента, взаимодействующего с воспринимающим элементом датчика положения, при которой угловые смещения силовоспринимающего рычага не вызывают изменения выходного сигнала датчика положения. Для этого поверхность силовоспринимаюего рычага, взаимодействующая с оспринимающим элементом датчика юложения (например, концевая часть

ычага), должна быть выполнена по руговому цилиндру, концентричному траекторией точки контакта силоспринимающего рычага с упругим лементом при отсутствии эксцентиситета между осью зажима и выодным валом исследуемого механиэа (фиг. 3), в этом .случае при иэенении углового положения силовосринимающего рычага расстоячие межу датчиком положения и силовосприимающим рычагом, а также геометриеская форма зазора между ними осаются постоянными. При выполнении . заимодействующего элемента рычага юбой формы возникает погрешность определении его положения. На иг. 4 показана схема для расчета ополнительных погрешностей устрой-" ства, возникающих вследствие того, что каретка с упругим элеменом перемещается вдоль оси абсцисс линеййое перемещение), а выходной ал - по окружности (плоское переещение). Наибольшая погрешность в ом случае, когда радиус вектор 00 овпадает с осью ординат. Пренебреая прогибом плоской пружины, опреелим получаемую погрешность измения.

Передаваемый силовоспринимающим

ычагом момент равен где 6 - длина силовоспринимающего рычага от оси выходного ва.ла исследуемого механизма до точки контакта с упругим элементом;

Р - сила, нормальная к оси силовоспринимающего рычага.

Восприйймаемый плосКой пружиной момент равен: к Ф Ф

И Р

959034 где à — активная длина плоской пружины (в данном случае от точ.ки "О" до точки контакта);

P - сила, нормальная к оси плоской пружины.

t Р Р c o s M

Ю -cos + где Р угол между осями силовоспринимающего рычага и плоской пружины.

l sa соВ< 1- ° III%((:,1- -уу где е - значение эксцентриситета между осью зажима н выходным валом исследуемого механизма.

И = Р t = Р Й.соя Ы P Й(1-.(y) ) ((1,у е

Погрешность определения момента . равна

При значениях: е = 0,25 ьвц.

20 мм

И .100% = 0,015625%

В качестве датчика положения используется бесконтактный преобразо»: . ватель перемещения с целью исключения силового воздействия на силовоспринимающий рычаг и упругий элемент. Датчик положения может быть емкостным, пневмоэлектрическим, фотоэлектрическим и т.п.

Формула изобретения устройство для измерения и регистрации малых крутящих моментов, содержащее зажим для исследуемого мехаэ низма, соединенный с валом электродвигателя, силовоспринимающий рычаг, контактирующий с упругим, элементом, имеющим прорезь, совмещенную с осью выходного вала исследуемого

30 механизма, преобразователь измеряемого момента в электрический сигная и регистрирующий прибор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него 5 введены последовательно соединенные бесконтактный датчик положения силовоспринимающего рычага относительно упругого элемента, усилитель сигнала рассогласования датчика и уп; равляющнй сервопривод, кинематически связанный с перемещающейся кареткой, несущей упругий элемент, причем поверхность элемента силовоспринимающего рычага, взаимодействую щая с воспринимающим элементом датчика положения, выпользна цилиндрической, а геометрическая ось ее cosмешена с осью вращения зажима.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе .

1. Часы и часовые механизмы, 1966, В 1, с. 7.

2. Авторское свидетельство СССР

В 699484, кл. 6 04 0.7/04, 1977.

959034

Составитель Б. Елисеев

Редактор Л; Авраменко Техред Т.Фанта Корре ктор О. Билак

Заказ 7014/63 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,. Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП ".Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4