УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОМЕНТА НА ПЛОСКОЙ СПИРАЛЬНОЙ ПРУЖИНЕ
DEVICE FOR TORQUE MEASURING ON A FLAT SPIRAL SPRING

Изобретение относится к области устройств для измерения момента  на валу электрической машины, предназначенной для устройств исполнительной автоматики космических аппаратов (КА). Плоские спиральные пружины, применяемые для измерения момента, являются простым, надежным и ответственным элементом измерительных приборов и устройств.
Известно устройство для измерения момента спиральных пружин, содержащее корпус, подвижную электромагнитную рамку, установленную в корпусе и соединенную с зажимом внутреннего кольца испытуемой пружины, и зажим наружного конца испытуемой пружины. Устройство имеет низкую точность измерения, обусловленную конструкцией зажимов внутреннего и наружного концов испытуемой пружины, которые не обеспечивают стабильного положения внутреннего конца и деформируют наружный конец пружины, что приводит к искажению действительной характеристики испытуемой пружины. Примененное крепление зажима наружного конца пружины на поворотной вокруг оси прибора планке для создания нужного угла закручивания испытуемой пружины не обеспечивает удобства измерения и вызывает дополнительные трудности при повороте оси планки до получения отклонения подвижной системы прибора на заданный угол, например на 90º (авторское свидетельство СССР № 120665).
Известно устройство для измерения момента спиральных пружин, содержащее корпус, зажим наружного конца исследуемой пружины, зажим внутреннего конца исследуемой пружины, электромагнитную рамку, выравниватель исследуемой пружины в горизонтальной плоскости, растяжку, на которой подвешена электромагнитная рамка, шкалу углов поворота исследуемой пружины, смонтированную в корпусе. Электромагнитная рамка, установленная на растяжках и соединенная с токоподводами, выполненными в виде пластинчатых пружин, состоит из каркаса с катушкой, стрелки и стойки, жестко соединенных между собой, и сердечника (авторское свидетельство СССР № 777504). Наличие электромагнитной рамки в поле постоянного магнита за счет взаимодействия магнитных полей вызывает момент уравновешивания контролируемой пружины. Недостатками такого устройства являются трение в опорах, наличие механически связанных токоподводов к рамке, довольно большой порог реагирования из-за наличия упругого элемента в схеме измерения, что снижает точность измерения.
Из-за значительных отличий выявленных технических решений того же назначения прототип не выбран.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение является упрощение конструкции и повышение точности измерения момента.
Техническая проблема решается за счет того, что устройство для измерения момента на плоской спиральной пружине содержит цилиндрический корпус, с установленным на одном из его оснований циферблатом с угловой  шкалой, вал и плоскую спиральную пружину, наружным концом  закрепленную в стенке корпуса, а внутренним концом  в торцевой проточке вала; при этом  циферблат выполнен в виде плоской пластины с центральным отверстием; вал проходит по оси симметрии корпуса и центрального отверстия циферблата и установлен  в подшипниках основания корпуса; в центральное отверстие циферблата установлена зажимная втулка с фланцем, на наружную поверхность зажимной втулки с фланцем посредством резьбового соединения навинчена гайка с фланцем с посаженными и закрепленными на ней тремя кольцевыми пластинами; циферблат находится между фланцами соединенных между собой зажимной втулки с фланцем и гайки с фланцем; в промежутках между пластинами установлены две стрелки-«ябедники»; кольцевые пластины стянуты посредством резьбового соединения стопорным винтом; на конце вала  установлена указательная стрелка,  изогнутая в сторону циферблата таким образом, что проходит между стрелками-«ябедниками» и своей наклонной частью приходит с ними в контакт при работе устройства; на стрелках-«ябедниках» со стороны их контакта с измерительной стрелкой выполнены выемки;  на основании корпуса закреплена диаметрально расположенная рукоятка.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено предложенное устройство в разрезе; на фиг. 2 – устройство, вид в плане; на фиг. 3 – главный вид и разрез зажимной втулки, соединенной с гайкой-основанием;  на фиг. 4 – разрез корпуса устройства, где показан внутренний конец  плоской спиральной пружины, центральным отверстием вставленный в торцевую проточку вала.
Устройство для измерения момента на плоской спиральной пружине содержит цилиндрический корпус 1, с установленным на одном из его оснований циферблатом 2 с угловой  шкалой; вал 5 и плоскую спиральную пружину 3, наружным концом 7 закрепленную в стенке корпуса 1, внутренний конец 9 плоской спиральной пружины 3 загнут и вставлен в торцевую проточку вала 5 и закреплен гайкой 18. Циферблат выполнен в виде плоской пластины с центральным отверстием. Со стороны другого основания корпуса 1 в подшипниках 4 основания корпуса установлен вал 5, проходящий по оси симметрии корпуса 1 и центрального отверстия циферблата 2. При этом в центральное отверстие циферблата установлена зажимная втулка с фланцем 14.
На наружную поверхность зажимной втулки с фланцем 14 посредством резьбового соединения навинчена  гайка с фланцем 12, с посаженными на нее тремякольцевыми пластинами 15, 16, 17. В промежутках между пластинами 15 – 16 и 16 – 17 установлены стрелки-«ябедники» 10 и 11; кольцевые пластины 15, 16, 17 стянуты посредством резьбового соединения стопорным винтом 13. При соединении зажимной втулки с фланцем 14 и гайки с фланцем 12 циферблат 2 находится между фланцами. На конце вала 5 установлена измерительная стрелка 6 изогнутая в сторону циферблата таким образом, что проходит между стрелками 10 и 11, и своей наклонной частью приходит с ними в контакт при движении. При этом для возможности установки на ноль всех трех стрелок, на стрелках 10 и 11 со стороны их контакта со стрелкой 6 выполнены выемки.  В нижней части на основании корпуса 1 закреплена диаметрально расположенная рукоятка 8.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы стрелка 6 и стрелки–«ябедники» 10, 11 выставлены на ноль на циферблате со шкалой 2, спиральная пружина 3 находится в расправленном состоянии. Устройство выходным концом вала 5 соединяют с  валом электрической машины, с помощью рукоятки 8 оператором производится вращение корпуса 1 вокруг оси вала 5. При вращении оператором устройства за рукоятку 8 корпус 1 и соединенный с ним циферблат будут отклоняться, а указательная стрелка 6, оставаясь неподвижной за счет скручивания плоской спиральной пружины 3, будет указывать угол отклонения циферблата в градусах. Угол отклонения циферблата будет увеличиваться, а указательная стрелка будет оставаться неподвижной до тех пор, пока крутящий момент, создаваемый оператором, не превысит момент сопротивления вала электрической машины.
В свою очередь, с поворотом циферблата и корпуса стрелка-«ябедник» 10 вращается совместно с циферблатом, указывая на ноль, а другая стрелка-«ябедник» 11 не вращается, она упирается в указательную стрелку 6, закрепленную на неподвижном валу 5 и показывает на циферблате его угол поворота, соответствующий углу поворота пружины 3. Когда сила сжатия плоской спиральной пружины 3 превысит момент сопротивления вала электрической машины, тогда стрелка-«ябедник» 11 и указательная стрелка 6 перестанут отклоняться относительно шкалы циферблата, так как вал 5 начнет вращаться совместно с корпусом 1. После чего рукоятка 8 плавно возвращается оператором в начальное угловое положение  (0º), расправляя сжатую при вращении плоскую спиральную пружину до исходного состояния. Указательная стрелка 6 также возвращается в угловое положение (0º). При этом стрелка-«ябедник» 11 остается в прежнем положении относительно шкалы циферблата, то есть «запомнит» положение, соответствующее максимальному угловому отклонению до начала движения указательной стрелки 6 вместе с циферблатом, указывая значение момента сопротивления вала электрической машины.
Значения в градусах, соответствующие величине приложенного момента к валу 5, считываются по шкале, как количество градусов между указательной стрелкой 6 и стрелкой-«ябедником» 11. При вращении в противоположную сторону угловые значения считываются между указательной стрелкой 6 и стрелкой-«ябедником» 10 соответственно.
Использование устройства позволит повысить точность измерения момента сопротивления за счет фиксации указательными стрелками-«ябедниками» 10 и 11 положения измерительной стрелки 6, соответствующего значению приложенного момента сопротивления, и расширить его применение за счет фиксации максимального отклонения измерительной стрелки по и против часовой стрелки.
В настоящее время предложенное устройство находится на этапе макетирования и будет применено для измерения выходного момента  на валу электрической машины, предназначенной для устройств исполнительной автоматики КА.
Технический результат заключается в фиксации максимального отклонения измерительной стрелки по и против часовой стрелки при измерении выходного момента  на валу электрической машины, за счет чего решается поставленная техническая проблема, заключающаяся в повышении точности измерения. При этом устройство характеризуется не сложным конструктивным исполнением.