УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В ПРОСТРАНСТВЕ

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначено для измерения колебательных процессов, оценки положения детали в пространстве и перемещений детали, а также для измерения крутящего момента на валах и т.п. Устройство используется для измерения крутильных колебаний и крутящего момента вращающихся валов.
Известны различные торсиографы, которые жестко крепятся к исследуемому валу (см., например, патент РФ №: 2059208, МПК G01H 1/10, опубликован 27.04.1996 г). Такие приборы используют только для торсиографирования валов, т.е. измерения их крутильных колебаний, при том в единственном сечении валопровода - на носке коленчатого вала двигателя. Такие приборы имеют целый комплекс недостатков: отсутствует возможность определения крутящего момента, отсутствует возможность испытаний других деталей, кроме как валов, отсутствует возможность исследования валов в различных сечениях, кроме участка на носке коленчатого вала.
Известно устройство для измерения крутильных колебаний в котором используется специальная клейкая отражательная лента с темными и светлыми полосками, наклеиваемая на вал или диск, и оптический датчик, способный излучать световой поток и воспринимать отраженный поток от светлой полоски ленты, например СКАН-торсиограф производства ЦНИИМФ (см. Ефремов Л.В. Теория и практика исследования крутильных колебаний. - СПб: Наука, 106-109). Применение бесконтактного метода торсиографирования с использованием лазерного или светового датчика и ленты “зебра” в качестве измерительного элемента требует особой тщательности при наклеивании ленты на выбранный участок валопровода или валик, обладает рядом существенных недостатков [Попов А.А. Опыт торсиографирования судовых валопроводов с применением современных средств и методов измерений // Научн. - техн. сб. Российского морского регистра судоходства. - 2007. - С. 99-116]. Основной недостаток заключающихся в том, что не обеспечивается единства измерений, так как на практике сенсор и метка перемещаются относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскости под воздействием вибраций основания и вала, амплитуда взаимных перемещений которых сопоставима с амплитудой полезного сигнала от крутильных колебаний.
Наиболее близким к заявляемому устройству техническим решением является устройство, предназначенное для бесконтактного измерения крутящего момента и крутильных колебаний вращающихся валов, суть которого сводится к тому, что на вал по периметру закрепляют кольца-индукторы, время прохождения меток которых относительно чувствительного элемента датчика, закрепленного на статичном основании, должно быть пропорционально длине метки (см. например, патент РФ №RU 2239803, МПК G01L 1/22, G01H 9, опубликован 10.11.2004 г,). Данное устройство имеет существенные недостатки, заключающиеся в невозможности обеспечения единства измерений, влиянии вибрации конструкций на результат измерений.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является измерение колебательных процессов исследуемых деталей, преимущественно крутильных колебаний различных валов в заданном сечении исследуемой детали, определение и отслеживание положения детали в пространстве, преимущественно углового положения, а также измерения постоянных нагрузок от крутильных колебаний - крутящего момента.
Технический результат, реализуемый с помощью заявляемого устройства, заключается в обеспечении единства измерений в произвольных сечениях валопровода, имеющих различные размеры, отклонения формы без предварительной подготовки поверхности детали и закрепления на элементах детали каких-либо меток, измерительных дисков и т.д.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения колебательных процессов и оценки положения детали в пространстве состоит из диска с закрепленной на нем любым известным способом измерительной конструкцией с метками, диск насажен на ось, имеет возможность вращения вокруг оси, диск устанавливается на исследуемую деталь в требуемом сечении и вращается при перемещении детали, ось опирается на жесткую стойку, на которой имеется площадка для установки измерительного оборудования с возможностью поворота и перемещения вдоль стойки, торцевая поверхность диска, контактирующая с исследуемой деталью, обладает антифрикционными свойствами.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображен вид устройства сбоку, установленного на поверхности детали цилиндрическом вале, в плоскости, нормальной к продольной оси вала.
Устройство содержит диск 1 с закрепленной на нем любым известным способом измерительной конструкцией с метками 2, ось 3, стойку 4 с площадкой для установки измерительного оборудования 5, обладающей возможностью поворота и перемещения вдоль стойки, фиксатор 6 и устанавливают на детали 7.
Диск 1 с закрепленной на нем любым известным способом измерительной конструкцией с метками 2, с помощью оси 3 соединяют со стойкой 4, снабженной площадкой для установки измерительного оборудования 5 с возможностью перемещения вдоль стойки, закрепляется площадка 5, диск 1 прижимают к детали 7 таким образом, чтобы при измерениях постоянно обеспечивался контакт между торцевой поверхностью диска 1 и поверхностью детали 7, перемещая вдоль стойки 4 площадку для установки измерительного оборудования 5, выбирают оптимальное фокусное расстояние и угол для установки датчика, площадку фиксируют фиксатором 6, при измерениях устройство постоянно находится в заданном положении относительно детали 6, измерительную конструкцию с метками 2 закрепляют на диске 1 таким образом, чтобы выбрать оптимальное фокусное расстояние между измерительным оборудованием и измерительной конструкции с метками 2, минимизировать влияние радиальных перемещений меток измерительной конструкции 2 относительно измерительного оборудования, подобрать размер измерительной конструкции 2, подобрать размер, количество и взаимное положение меток на измерительной конструкции 2, позволяющий наиболее полно исследовать процессы перемещения детали.
Придание торцевой поверхности диска 1, контактирующей с исследуемой деталью 7, демпфирующих свойств в радиальном направлении диска 1 обеспечивает возможность демпфирования колебаний детали вдоль плоскости, проходящей через линию контакта диска 1 с деталью 7 и ось вращения диска 1, что позволяет использовать устройство для измерения колебательных процессов и оценки положения детали в пространстве на исследуемых деталях с существенными радиальными биениями
Наличие широкого диапазона регулировок в заявляемом техническом решении в совокупности с выбором оптимального угла и фокусного расстояния для измерительного оборудования, подбором оптимального размера и позиционирования измерительной поверхности позволяет получить наиболее точные результаты измерений перемещений и колебаний на необработанных поверхностях исследуемых деталей, в частности валов в произвольных сечениях, имеющих различные размеры.