ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля вращающего момента в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Известный измерительный преобразователь вращающего момента содержит механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой, ведомый элемент выполнен подвижным в осевом направлении, поршни размещены соосно, навстречу друг другу, по обе стороны диска ведомого элемента и находятся в постоянном контакте с ним, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма измерительной системы [1].
Недостатком такого преобразователя является изменение в процессе эксплуатации точности измерения вращающего момента, обусловленное неизбежными утечками рабочей жидкости из замкнутых полостей высокого давления через уплотнения подвижных поршней. Кроме того между поршнями и диском ведомого элемента возникают значительные по величине силы трения. Трение вызывает нагрев деталей преобразователя и рабочей жидкости, что способствует увеличению утечек и приводит к интенсивному износу контактирующих поверхностей трущихся деталей.
Известен также измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой, механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал выполнен в виде упругой торцовой кулачковой муфты, у которой ведомое звено может перемещаться в осевом направлении и имеет фланец, постоянно контактирующий с поршнями гидравлической измерительной системы, поршни размещены в неподвижной втулке соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами подвижного элемента исполнительного механизма измерительной системы, полости под торцами поршней и полости под торцами подвижного элемента исполнительного механизма герметично закрыты неподвижными эластичными уплотнениями, допускающими осевое перемещение поршней и подвижного элемента исполнительного механизма гидравлической измерительной системы [2].
Недостатком данного преобразователя является изменение в процессе эксплуатации точности измерения вращающего момента, обусловленное значительными по величине силами трения между поршнями и фланцем ведомого элемента. Трение вызывает нагрев деталей преобразователя и рабочей жидкости, что приводит к интенсивному износу контактирующих поверхностей трущихся деталей и малому сроку службы эластичных уплотнений.
В качестве прототипа принят измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой, механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал выполнен в виде упругой торцовой кулачковой муфты, у которой ведомое звено может перемещаться в осевом направлении, и имеет фланец, постоянно контактирующий с поршнями гидравлической измерительной системы, поршни размещены в неподвижной втулке соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма измерительной системы. К полостям под торцами поршней подключены устройства для контроля давления, а сами полости герметично закрыты регулировочными винтами [3].
Недостатком такого преобразователя является изменение в процессе эксплуатации точности измерения вращающего момента, обусловленное утечками рабочей жидкости из замкнутых полостей высокого давления через уплотнения подвижных поршней. Кроме того между поршнями и фланцем ведомого элемента возникают значительные по величине силы трения. Трение вызывает нагрев деталей преобразователя и рабочей жидкости, что способствует увеличению утечек и приводит к интенсивному износу контактирующих поверхностей деталей.
Технической задачей полезной модели является поддержание точности измерения вращающего момента и продление срока службы измерительного преобразователя в процессе эксплуатации.
Решение указанной задачи достигается тем, что по обе стороны фланца ведомого звена, соосно ему, расположены кольца, на боковых поверхностях фланца и внутренних боковых поверхностях колец выполнены кольцевые дорожки, и в них размещены шарики, фланец с кольцами и шариками образуют двойной упорный подшипник, в котором кольца через шарики прижаты к фланцу поршнями гидравлической измерительной системы и диаметрально им расположенными подпружиненными упорами, причем оси поршней и упоров параллельны, а сами упоры размещены в неподвижном корпусе.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новые детали: фланец ведомого звена, на боковых поверхностях которого выполнены кольцевые дорожки; кольца, расположенные по обе стороны фланца, соосно ему, и имеющие на внутренних поверхностях кольцевые дорожки; шарики, размещенные в кольцевых дорожках фланца и колец; подпружиненные упоры, расположенные в неподвижном корпусе диаметрально и параллельно поршням гидравлической измерительной системы.
Новые функциональные связи: фланец с кольцами и шариками образуют двойной упорный подшипник, обеспечивающий уменьшение сил трения в механизме преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал и предотвращающий интенсивный износ контактирующих поверхностей деталей; шарики, размещенные в кольцевых дорожках передают осевые усилия и линейные перемещения от вращающегося фланца через кольца поршням гидравлической измерительной системы; при вращении фланца поршни гидравлической измерительной системы и диаметрально им расположенные подпружиненные упоры прижаты к наружным поверхностям колец и остаются практически неподвижными относительно них; подпружиненные упоры, расположенные в неподвижном корпусе диаметрально и параллельно поршням гидравлической измерительной системы обеспечивают одинаковую по окружности силу прижатия колец через шарики к фланцу.
Исполнительный механизм измерительной системы может быть непосредственно использован в качестве автоматического регулятора привода промышленного оборудования.
На фиг. 1 показан измерительный преобразователь вращающего момента, общий вид в разрезе.
Измерительный преобразователь вращающего момента предназначен для установки на выходном валу привода машины (например, шпинделе станка) внутри коробки скоростей или шпиндельной бабки и содержит втулку 1, на которой на опоре 2 установлено ведущее звено 3 и подвижное в осевом направлении ведомое звено с фланцем 4. Ведущее звено получает вращение от входного или промежуточного вала привода (на фиг. 1 не показан) и передает его ведомому звену.
На торцах ведущего и ведомого звеньев выполнены кулачки трапецеидального профиля, посредством зацепления которых передается вращение, и образующие механизм преобразования вращающего момента в осевое перемещение в виде упругой кулачковой муфты.
Номинальная величина передаваемого вращающего момента регулируется путем настройки предварительного натяга пружины 5, прижимающей торцовые кулачки ведомого звена к кулачкам ведущего звена, гайкой 6.
Поршни 7 и 8, размещены в цилиндрических каналах неподвижной втулки 9 соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена и находятся под действием пружин 10 и 11, а также давления рабочей жидкости.
Полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма 12.
1
2
1
2
Давления р и р в каналах управления исполнительным механизмом 12 устанавливаются изменением положения втулки 9 относительно фланца ведомого звена и регулировочными винтами 13 и 14. Контроль давлений осуществляется по показаниям устройств 15 и 16. Оптимальной является предварительная настройка, при которой давление р равно давлению р.
По обе стороны фланца ведомого звена, соосно ему, расположены кольца 17 и 18. На боковых поверхностях фланца и внутренних боковых поверхностях колец выполнены кольцевые дорожки и в них размещены шарики 19 и 20.
Фланец с кольцами и шариками образуют двойной упорный подшипник, в котором кольца через шарики прижаты к фланцу поршнями гидравлической измерительной системы и диаметрально им расположенными упорами 21 и 22 с пружинами 23 и 24, причем оси поршней и упоров параллельны, а сами упоры размещены в неподвижном корпусе 25.
Измерительный преобразователь работает следующим образом.
Вращающий момент от входного или промежуточного вала привода машины посредством зубчатого зацепления передается ведущему звену, затем через торцовые кулачки ведомому звену и далее через втулку 1 выходному валу привода.
В случае, когда момент сил сопротивления превышает настроенную номинальную величину вращающего момента на выходном валу машины, происходит относительный поворот ведущего звена измерительного преобразователя и ведомого звена, что приводит к осевому смещению последнего в сторону сжатия пружины 5, то есть влево.
1
2
Осевое смещение фланца 4 ведомого звена вызывает разнонаправленное смещение поршней 7 и 8 в цилиндрических каналах неподвижной втулки 9, что приводит к росту давления р и уменьшению давления р в каналах управления исполнительного механизма 12.
1
2
Разность давлений р и р прямо пропорциональна величине изменения вращающего момента от номинального значения.
Утечки рабочей жидкости через уплотнения подвижных поршней приводят к изменению давления в полостях под их торцами, что регистрируют устройства 15 и 16. Регулировочные винты 13 и 14, герметично закрывающие полости под торцами поршней, позволяют, при необходимости, периодически регулировать давление жидкости в полостях под торцами поршней, что обеспечивает поддержание точности измерения вращающего момента в процессе эксплуатации измерительного преобразователя. Работа измерительного преобразователя не требует питания рабочей жидкостью от постороннего источника.
Фланец с кольцами и шариками образуют двойной упорный подшипник, который обеспечивает уменьшение сил трения в механизме преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал. При вращении фланца поршни гидравлической измерительной системы и диаметрально им расположенные подпружиненные упоры прижаты к наружным поверхностям практически неподвижных колец, поэтому трение и износ контактирующих поверхностей отсутствует.
Подпружиненные упоры, расположенные в неподвижном корпусе 25 диаметрально и параллельно поршням гидравлической измерительной системы, обеспечивают одинаковую по окружности силу прижатия колец через шарики к фланцу.
Сигнал в виде разности давлений в каналах управления исполнительным механизмом на выходе измерительного преобразователя можно использовать для приведения в действие управляющего элемента системы автоматического регулирования или зарегистрировать по показаниям контрольного прибора.
Поддержание точности измерения вращающего момента и продление срока службы в процессе эксплуатации измерительного преобразователя достигается за счет уменьшения сил трения в механизме преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, а также уменьшения нагрева деталей преобразователя и рабочей жидкости, что способствует снижению утечек и предотвращает интенсивный износ контактирующих поверхностей деталей.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент РФ на полезную модель №140998, кл. G01L 3/20,2013.
2. Патент РФ на полезную модель №157559, кл. G01L 3/20, 2015.
3. Патент РФ на полезную модель №157560, кл. G01L 3/20, 2015 (прототип).