Торсиометр
TORSIOMETER

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, закрепленную на валу, соосно с ним, по периметру которой выполнены радиальные деления и размещенное на расстоянии от измерительной шкалы средство снятия отсчета (см. А.М. 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  – угол скручивания;
l – расстояние на валу в пределах скручивания;
d – диаметр вала;
E – модуль упругости материала.
Угол скручивания определяется по величине перемещения стрелки на шкале b и радиусу r
Недостаток этого устройства – оно 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, закрепленную на валу, соосно с ним, по периметру которой выполнены радиальные деления и размещенное на расстоянии от измерительной шкалы 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 диск с щелью, закрепленный на валу и полупроводниковый лазер, установленный в торцевой стенке корпуса, удаленной от измерительной шкалы, ориентированный с возможностью формирования через щель диска луча параллельного оси вращения вала и ориентированного на нулевую отметку измерительной шкалы, на которую направлена цифровая видеокамера, закрепленная на стенке корпуса, оптическая ось которой составляет острый угол с осью вращения вала. Кроме того, 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.
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 диск с щелью, закрепленный на валу и полупроводниковый лазер, установленный в торцовой стенке корпуса, удаленной от измерительной шкалы…» обеспечивает передачу световой метки на измерительную шкалу в виде точки (штриха).
Признак, указывающий, что лазер ориентирован «с возможностью формирования через щель диска, луча параллельного оси вращения вала и ориентированного на нулевую отметку измерительной шкалы на измерительном диске, для измерения крутящего момента, т.к. в момент скручивания луч отклоняется на величину угла скручивания» обеспечивает измерение крутящего момента, т.к. в момент скручивания луч отклоняется на величину угла скручивания.
Признаки, указывающие, что на нулевую отметку измерительной шкалы «направлена цифровая видеокамера, закрепленная на стенке корпуса, оптическая ось которой составляет острый угол с осью вращения вала» обеспечивают возможность фиксации и саму оперативную фиксацию отклонения световой метки на измерительной шкале, под действием на вал скручивающих усилий.
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 показана схема стрелочного торсиометра (прототипа); на фиг.2 показан разрез лазерного торсиометра; на фиг. 3 изображена схема работы предлагаемого торсиометра.
На чертежах показаны измерительная шкала 1, вал 2, радиальные деления 3 , фланцы 4, измеряемый вал 5, корпус 6, его торцевые стенки 7, диск 8 с щелью 9, полупроводниковый лазер 10, его луч 11, ось вращения 12 вала 2, отметка 13 измерительной шкалы 1, цифровая видеокамера 14, ее оптическая ось 15, подшипники качения 16, установленные в отверстиях 17, стенка 18 корпуса 6.
Торсиометр содержит измерительную шкалу 1, закрепленную на валу 2, соосно с ним. По периметру измерительной шкалы 1 выполнены радиальные деления 3.
Вал 2 снабжен фланцами 4, выполненными с возможностью соосного скрепления с измеряемым валом 5 (его фланцами). Корпус 6 выполнен соосным с валом 2, с возможностью вращения вала 2 соосно с ним, для чего вал 2 установлен в подшипниках качения 16, установленных в отверстиях 17, соосных с осью вращения 12 вала 2, выполненных в торцевых стенках 7 корпуса 6, при этом подшипники качения 16 зафиксированы от перемещения вдоль вала 2.
Средство снятия отсчета включает диск 8 с щелью 9, закрепленный на валу 2, полупроводниковый лазер 10, установленный в торцевой стенке 7 корпуса 6, удаленной от измерительной шкалы 1 а также цифровую видеокамеру 14.
Полупроводниковый лазер 10 ориентирован с возможностью формирования через щель 9 диска 8 луча 11 параллельного оси вращения 12 вала 2 и ориентированного на нулевую отметку 13 измерительной шкалы 1. На эту же отметку направлена цифровая видеокамера 14, закрепленная на стенке 18 корпуса 6, оптическая ось 15 которой составляет острый угол с осью вращения 12 вала 2.
Щель 9 в диске 8 должна быть четко ориентирована на начало отсчета измерительной шкалы 1, так чтобы луч 11 лазера 10, проходя через щель 9, указывал на ноль измерительной шкалы 1.
Угол скручивания вала  определяется по величине перемещения отметки 13 лазерного луча 11, проходящего через щель 9 диска 8 и падающего на измерительную шкалу 1, указывая его величину засветкой соответствующего радиального деления 3. Величина этого перемещения (положения отметки 13) при вращении вала 2 фиксируется видеокамерой 14.
Достоинство предлагаемого торсиометра заключается в том, что применение лазерного луча и видеокамеры для фиксации показаний позволяет измерять крутящий момент в период вращения вала.