Устройство для измерения крутящего момента судовых валопроводов

Полезная модель относится к судовым техническим средствам для измерения крутящего момента и предназначена для повышения точности измерения величины крутящего момента, создаваемого главными двигателями на судне.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель устройства для измерения крутящего момента судовых валопроводов (см. Патент на полезную модель №197018, заявка №2019135359 от 05.11.2019 г.. Авторы: Новосельцев М.Н., Шураев О.П., Чичурин А.Г., Герасимов И.Н., Ильичев А.Ю., Четыркин Н.Н., Фирсов А.А.).
Устройство для измерения крутящего момента судовых валопроводов, содержит левую и правую корпусные детали, закрепляемые на валопроводе в контрольных сечениях вала, а также четыре узла шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги, вращающейся на двух осях, при этом одна ось запрессована в левую корпусную деталь, а другая запрессована в правую корпусную деталь, причем одна из серьг имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт, такой же винт ввернут в резьбовое отверстие упора, который установлен на правой корпусной детали, а между ними закреплен упругий преобразователь перемещения, в середину которого упирается шток индикатора часового типа, закрепленный на правой корпусной детали, а также отражатель, закрепленный на оси индикатора часового типа, источник когерентного излучения и линейная шкала, отградуированная в единицах измерения крутящего момента.
Известная полезная модель работает следующим образом. При скручивании вала его контрольные сечения получают взаимное угловое смещение. При этом уменьшается расстояние между точками закрепления упругого преобразователя перемещения. Он представляет собой упругую дугообразную пластинку, по форме, близкой к дуге окружности. При уменьшении расстояния между точками закрепления стрела прогиба увеличивается, вызывая линейное перемещение штока индикатора часового типа.
Для повышения точности измерений желательно величину хода чувствительного элемента увеличить.
В известной полезной модели упругий преобразователь перемещения представляет собой упругую дугообразную пластинку, причем величина прогиба есть результат деформации под нагрузкой.
Задачей данной полезной модели является повышение точности измерения крутящего момента судовых валопроводов в эксплуатационных условиях путем изменения вида деформации упругого преобразователя перемещения под действием нагрузки с дугообразной на приближенно треугольную.
Поставленная задача достигается тем, что в известную полезную модель устройства для измерения крутящего момента судовых валопроводов, содержащее левую и правую корпусные детали, закрепляемые на валопроводе в контрольных сечениях вала, соединенные посредством четырех узлов шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги, вращающейся на двух осях, при этом одна ось запрессована в левую корпусную деталь, а другая запрессована в правую корпусную деталь, причем одна из серьг имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт, такой же винт ввернут в резьбовое отверстие упора, который установлен на правой корпусной детали, а между ними закреплен упругий преобразователь перемещения, в середину которого упирается шток индикатора часового типа, закрепленный на правой корпусной детали, а также отражатель, закрепленный на оси индикатора часового типа, источник когерентного излучения и линейная шкала, отградуированная в единицах измерения крутящего момента, введен вместо упругого преобразователя перемещения в виде пластины, упругий преобразователь перемещения в виде пластины, имеющей поперечные прорези в центре, а также в непосредственной близости к точкам закрепления.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
При скручивании вала его контрольные сечения получают взаимное угловое смещение. При этом уменьшается расстояние между точками закрепления упругого преобразователя перемещения. В результате стрела прогиба увеличивается, вызывая линейное перемещение штока индикатора часового типа.
В известной полезной модели упругий преобразователь перемещения при изменении расстояния между точками закрепления приобретает форму, близкую к дугообразной, а величина прогиба зависит от взаимного углового смещения контрольных сечений вала. При этом взаимное угловое смещение контрольных сечений вала достаточно мало. Так, например, расчеты показывают, что для судового двигателя 6NVD48AU при диаметре вала 210 мм и измерительной базе 500 мм, угол скручивания вала составляет 0.064 градуса. При этом ход чувствительного элемента (штока индикатора часового типа) составляет всего 1.38 мм. Очевидно, что чем больше величина прогиба при данном угловом смещении, тем точнее можно измерить крутящий момент на валу.
В известной полезной модели величина прогиба есть результат деформации под нагрузкой упругого преобразователя перемещения.
В заявляемой полезной модели предлагается выполнить упругий преобразователь перемещения в виде пластины, имеющей поперечные прорези в центре, а также в непосредственной близости к точкам закрепления. По сравнению с известной в предлагаемой полезной модели характер прогиба определяется деформацией в трех местах надрезов. В результате происходит спрямление дуги и упругий преобразователь перемещения приобретает форму, приближенную к треугольной. В результате перемещение вершины треугольника (стрела прогиба) будет больше, чем стрела прогиба дуги. Так, для рассмотренного выше примера для судового двигателя 6NVD48AU при угле скручивания вала 0.064 градуса, ход чувствительного элемента будет составлять 2.225 мм, что на 61% выше по сравнению с прототипом.
В результате, в заявляемой полезной модели ход чувствительного элемента (штока индикатора часового типа) существенно увеличивается по сравнению с прототипом и тем самым достигается большее угловое перемещение отражателя, закрепленного на оси индикатора часового типа, и как следствие, увеличение точности измерения при одинаковом угле скручивания вала.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1, 2 приведена схема устройства измерения крутящего момента.
На фиг. 3 представлены формы упругого преобразователя перемещения для исходного и предлагаемого вариантов.
Устройство для измерения крутящего момента судового валопровода 1 состоит из левой 2 и правой 3 корпусных деталей, закрепленных на валопроводе 1 в контрольных сечениях А и Б посредством фиксирующих болтов 4. Между собой левая часть 2 и правая часть 3 соединены при помощи четырех узлов шарнирной подвески, каждый из которых состоит из серьги 5, вращающейся на осях 6 и 7, обеспечивая взаимное перемещение левой и правой корпусных деталей в пределах угла скручивания контрольных сечений А и Б вала 1. Ось 6 запрессована в левую корпусную деталь 2, а ось 7 запрессована в правую корпусную деталь 3, и, таким образом, каждая серьга 5 находится в нагруженном состоянии. При этом одна из серьг имеет выступ с резьбовым отверстием, в которое ввернут регулировочный винт 9. Такой же винт 9 ввернут с другой стороны в резьбовое отверстие упора 8, закрепленного на правой корпусной детали. Между регулировочными винтами 9 установлен упругий преобразователь перемещения 10, который выполнен в виде пластины, имеющей поперечные прорези в центре, а также в непосредственной близости к точкам закрепления. В середину упругого преобразователя перемещения 10 упирается шток индикатора часового типа 11, закрепленного на правой корпусной детали 3. На оси индикатора часового типа 11 закреплен отражатель 12, на который ориентирован луч источника когерентного излучения 13. Для приема отраженного луча служит линейная шкала 14, отградуированная в единицах измерения крутящего момента.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
2
В известной полезной модели (прототипе) при приложении нагрузки к вращающемуся валу 1 его контрольные сечения А и Б получают взаимное угловое смещение, в результате левая корпусная деталь 2 и правая корпусная деталь 3 закручиваются относительно друг друга на некоторый угол. При этом серьга 5 поворачивается на осях 6 и 7, изменяя при этом расстояние между точками закрепления упругого преобразователя перемещения 10. Тогда, его стрела прогиба h увеличивается, вызывая линейное перемещение штока индикатора часового типа 11, что приводит к повороту его оси с закрепленным на ней отражателем 12 на угол ось Угол α определяет положение световой отметки луча когерентного источника 13 на неподвижной линейной измерительной шкале 14. В известной полезной модели упругий преобразователь перемещения при изменении расстояния между точками закрепления приобретает дугообразную форму, а величина прогиба h (смотри фиг. 3а) характеризует взаимное угловое смещение контрольных сечений вала, причем величина прогиба есть результат деформации упругого преобразователя перемещения под нагрузкой.
В заявляемой полезной модели упругий преобразователь перемещения 10 выполнен в виде пластины, имеющей поперечные прорези в центре, а также в непосредственной близости к точкам закрепления (см. фиг. 3б). По сравнению с известной в предлагаемой полезной модели величина прогиба h определяется деформацией только в местах надрезов (в известной полезной модели величина прогиба есть результат деформации под нагрузкой всех участков упругого преобразователя перемещения). В результате происходит спрямление формы дуги и упругий преобразователь перемещения приобретает форму, приближенную к треугольной. В результате перемещение вершины треугольника увеличивается, по сравнению со стрелой прогиба дуги. Расчеты показывают, что, например, для судового двигателя 6NVD48AU величина прогиба h увеличивается на 61%.
Таким образом, в заявляемой полезной модели ход чувствительного элемента (штока индикатора часового типа) существенно увеличивается по сравнению с прототипом и тем самым достигается большее угловое перемещение отражателя, закрепленного на оси индикатора часового типа, и как следствие, увеличение точности измерения при одинаковом угле скручивания вала.