БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА ВАЛУ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для контроля крутящего момента на вращающих валах машин и механизмов.
Известно устройство измерения крутящего момента (Способ измерения крутящего момента и устройство для его реализации, заявка на изобретение RU 98112146 А, МПК G01L 3/10, G01L 3/12, 2000 г.), содержащее упругий вал, два оптических отражателя, расположенные на заданном базовом расстоянии друг от друга на свободном участке упругого вала, оптико-электронный преобразователь, измеритель временных интервалов и электронное вычислительное устройство.
Недостатком указанного технического решения является отсутствие упругого элемента между ведущим и ведомым валом, что снижает точность измерения крутящих моментов малой величины.
Известно устройство для измерения крутящего момента и мощности (Авторское свидетельство SU 1234735, ПМК A1G01L 3/10, 1986 г.), содержащее два диска, упругий участок вала, импульсные датчики меток, первый электронный ключ, первую и вторую схемы равнозначности, первую и вторую схемы совпадения, индикатор, конденсатор, три постоянных резистора, датчик частоты вращения вала, датчик направления вращения вала, узел блокировки, первый и второй источники постоянного напряжения, переключатель на два положения, второй и третий электронные ключи, инвертор, два резистора.
Недостатком указанного устройства является погрешность в точности измерения крутящих моментов малой величины из-за отсутствия упругого элемента на участке между двумя дисками.
Известно устройство для измерения крутящего момента (способ измерения крутящего момента и устройство для его реализации RU 2152011 С1, МПК G01L 3/12, 2000 г.), содержащее упругий вал, оптические отражатели, оптико-электронное устройство, выполненное в виде объектива, излучающую марку, фотоприемное устройство, измеритель временных интервалов, электронное вычислительное устройство.
Недостатком указанного устройства является высокая погрешность в измерении крутящего момента при наличии двух упругих валов, так как расстояние между оптическими отражателями увеличится.
Известен цифровой измеритель мощности, крутящего момента и частоты вращения (Патент на полезную модель RU 4606, МПК G01L 3/10, 1997 г.), принятый за прототип, содержащий торсионный вал, зеркальные металлические отражатели, автоколлимационные оптико-электронные датчики, схему суммирования импульсных последовательностей, блок управления, кварцевый тактовый генератор, задатчик времени измерения, калибратор, цифровой индикатор.
Недостатком прототипа является сложность устройства из-за наличия большого числа дополнительных элементов.
Задачей полезной модели является создание простого устройства для бесконтактного измерения крутящего момента, обладающего высокой точностью измерений.
Технический результат заключается в расширении арсенала известных средств.
Технический результат достигается тем, что бесконтактное устройство для измерения крутящего момента на валу, содержащее соединенные упругим элементом, установленные аксиально ведомый и ведущий валы, на которых закреплены отражающие элементы, расположенные относительно друг друга на одной оси вдоль валов, оптический датчик, излучатель светового потока, блок управления, корпус, в котором в подшипниках установлены ведущий и ведомый валы, снабженные соединительными муфтами, напротив отражающего элемента ведущего вала в корпусе неподвижно установлен оптический датчик, соединенный с блоком управления, к которому подключен излучатель светового потока, выполненный в виде стробоскопа, установленный в корпусе неподвижно напротив отражающего элемента ведомого вала, выполненного в форме стрелки, обращенной к шкале угломера, выполненной в виде диска, неподвижно установленного в корпусе.
Полезная модель поясняется следующим чертежом. На (фиг. 1) изображено бесконтактное устройство для измерения крутящего момента на валу без нагрузки. На (фиг. 2) изображено бесконтактное устройство для измерения крутящего момента на валу при приложении нагрузки.
Бесконтактное устройство для измерения крутящего момента на валу содержит корпус 1, в котором в подшипнике 2 установлен ведущий вал 3, снабженный соединительной муфтой 4 и в подшипнике 5 установлен ведомый вал 6, снабженный соединительной муфтой 7. Ведущий вал 3 и ведомый валы 6 установлены аксиально и соединены упругим элементом 8. На ведущем валу 3 закреплен отражающий элемент 9. На ведомом валу 6 закреплен отражающий элемент 10 выполненный в форме стрелки. Отражающие элементы 9 и 10 расположены относительно друг друга на одной оси вдоль валов при отсутствии нагрузки. Напротив отражающего элемента 9 ведущего вала 3 в корпусе 1 неподвижно установлен оптический датчик 11, соединенный с блоком управления 12. К блоку управления 12 подключен излучатель светового потока, выполненный в виде стробоскопа 14, установленный в корпусе 1 неподвижно напротив отражающего элемента 10 ведомого вала 6, выполненного в форме стрелки, обращенной к измерительной шкале 13, выполненной в виде диска, неподвижно установленного в корпусе 1.
Бесконтактное устройство для измерения крутящего момента на валу работает следующим образом. В исходном состоянии светоотражающий элемент 9, закрепленный на ведущем валу 3, и светоотражающий элемент 10, закрепленный на ведомом валу 6, расположены относительно друг друга на одной оси вдоль валов (фиг. 1). При вращении ведущего вала 3, под действием возникающего крутящего момента упругий элемент 8 деформируется, при этом взаимное положение светоотражающего элемента 9, закрепленного на ведущем валу 3, и светоотражающего элемента 10, закрепленного на ведомом валу 6, изменяется (фиг. 2). Оптический датчик 11, расположенный напротив светоотражающего элемента 9, генерирует и предает сигнал на блок управления 12 с постоянной частотой. По сигналу с блока управления 12 подключается стробоскоп 14, расположенный напротив светоотражающего элемента 10, закрепленного на ведомом валу 6. При вращении ведомого вала 6 возникает стробоскопический эффект, когда светоотражающий элемент 10, вращающийся на ведомом валу 6, воспринимается как неподвижный относительно корпуса 1 и шкалы угломера 13. Благодаря стробоскопическому эффекту можно по смещению светоотражающего элемента 10 относительно шкалы угломера 13 определить угол закручивания ϕ. Крутящий момент на валах будет пропорционален углу закручивания и модулю упругости
где G - модуль упругости на кручение.
Таким образом, с помощью заявляемого устройства определяют величину крутящего момента вала.
Изготовленный экспериментальный образец бесконтактного устройство для измерения крутящего момента на валу по результатам исследовательских испытаний показал работоспособность предложенной конструкции. Результаты испытаний в целом подтвердили простоту, наглядность использования устройства и точность измерений.