УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ И ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИЯХ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
DEVICE FOR MEASURING TORQUE AT ROTARY AND RECIPROCAL-ROTARY MOVEMENTS OF ACTUATING ELEMENT

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения крутящего момента как статически, так и динамически нагруженных узлов при вращательном и возвратно-вращательном движениях активных и пассивных исполнительных органов машин и механизмов.
Известно устройство контроля угловых деформаций валов вращающихся объектов (АС №1763877, G01B 7/16, 1992). Это устройство содержит два диамагнитных диска, три универсальные головки, блок питания, два импульсных усилителя, четыре трехпозиционных переключателя записи-воспроизведения, импульсный генератор, дифференцирующий блок, генератор напряжения стирания, генератор линейной горизонтальной развертки, электронно-лучевой индикатор, стартстопный генератор, генератор ступенчатого напряжения.
К недостаткам этого устройства следует отнести неспособность автоматического поддержания и сохранения независимости исходно установленной величины вертикального масштаба формируемых индикаторных диаграмм от неограниченно широких девиаций скорости вращения исследуемых объектов.
Электронная часть сложна и громоздка, что неминуемо приводит к высокой трудоемкости предварительной подготовки устройства к работе, а также необходимости содержания рабочей зоны немагнитных дисков в идеальной чистоте. Указанные факторы значительно ограничивают производительность, снижают технологичность обслуживания, ремонта и проведение с помощью этого устройства измерений.
Наиболее близким техническим решение к заявляемому является устройство для воспроизведения фазомоментных характеристик вращающихся объектов по патенту РФ №2129709, G01L 3/10, 1999.
Устройство содержит торсионный вал, предназначенный для введения в исследуемую кинематическую цепь. На вал насажен диск с кольцом из магнитного материала. Против кольца установлены две универсальные магнитные головки для записи и считывания магнитных меток. По магнитным меткам определяется угловое перемещение вала. На валу закреплена также стакан-гильза, кромка которой выполнена в форме пилообразных зубьев. На вал посажена цилиндрическая ферромагнитная каретка с группой кругосимметричных пальцев-толкателей, контактирующих с торцами зубьев. Момент на валу определяется по осевому перемещению каретки с помощью дифференциального индукционного датчика с Ш-образным магнитопроводом.
Преимуществами устройства являются неизменность масштаба вертикального отклонения луча при изменении силовых режимов и скорости вращения исследуемых объектов и автоматическая градуировка канала горизонтального отклонения луча.
Недостатки устройства - невозможность регистрации крутящего момента при возвратно-вращательном движении, невысокая чувствительность при измерениях малых значений крутящего момента, а также отсутствие предохраняющего устройства от перегрузок. При наладке устройства требуется высококвалифицированный персонал.
Задача устройства - повышение производительности, расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача достигается тем, что устройство регистрации крутящего момента при вращательном и возвратно-вращательном движениях исполнительного органа содержит торсионный вал, соединенный с ведущим валом привода главного движения и ведомым валом исполнительного органа машины, датчики угла поворота, подшипниковый узел и токосъемники.
Устройство регистрации крутящего момента содержит во внутренних посадочных отверстиях подшипников подшипникового узла разрезные полумуфты, внутри которых размещен торсионный вал. Один конец торсионного вала жестко зафиксирован от перемещений вдоль оси цилиндрическим штифтом в левой разрезной полумуфте, а другой - зафиксирован от перемещений вдоль оси цилиндрическим штифтом с возможностью небольшого угла поворота в режиме настройки в правой разрезной полумуфте. Штифтовые соединения служат предохранительными элементами от перегрузок как в режиме настройки, так и в рабочем режиме. Кроме того, снаружи левая разрезная полумуфта соединена с ведущим валом привода главного движения, а правая - с ведомым валом исполнительного органа. При стяжке левой разрезной полумуфты болтами происходит зажим ведущего вала привода главного движения и левого конца торсионного вала, а при стяжке правой разрезной полумуфты - зажим правого конца торсионного вала и ведомого вала исполнительного органа. Таким образом, за счет сил трения образуется безлюфтовое соединение в кинематической цепочке от ведущего вала привода главного движения к ведомому валу исполнительного органа. В правой разрезной полумуфте и правой крышке подшипникового узла перпендикулярно оси торсионного вала выполнены отверстия для жесткого фиксирования ведущего вала привода главного движения при помощи установки в них цилиндрического штифта в режиме настройки. На левом торце правой разрезной полумуфты оппозитно установлены неподвижные части, а с правой стороны, на лысках цилиндрической части левой разрезной полумуфты - подвижные части сегментного индуктивного датчика угловых перемещений. На наружных поверхностях разрезных полумуфт установлены передающие катушки, напротив которых в одной и другой крышках подшипникового узла установлены принимающие катушки. Таким образом, пара передающей и принимающей катушек образует бесконтактную передачу и съем регистрируемой информации.
Конструкция заявляемого устройства представлена на фиг. 1-4.
На фиг. 1 показан общий вид устройства регистрации крутящего момента.
На фиг. 2 показано сечение А-А.
На фиг. 3 показано сечение Б-Б.
На фиг. 4 показано сечение В-В.
Устройство регистрации крутящего момента содержит торсионный вал 1, обеспечивающий передачу вращающего момента либо от ведущего вала 2 привода вращательного действия (на фигуре не показан) к ведомому валу 3 исполнительного органа машины или механизма, либо наоборот. С одной стороны торсионный вал 1 установлен по скользящей посадке в разрезной полумуфте 4, а с другой стороны - в разрезной полумуфте 5. В свою очередь, разрезная полумуфта 4 установлена по скользящей посадке на ведущем валу 2 привода вращательного действия (на фигуре не показан), а разрезная полумуфта 5 - на ведомом валу 3 исполнительного органа машины или механизма (на фигуре не показан). От проворота в режиме настройки торсионный вал 1 зафиксирован жестко в разрезной полумуфте 4 при помощи цилиндрического штифта 6 (фиг. 4), который установлен в торсионном валу 1 и разрезной полумуфте 4 по посадке с натягом. С другой стороны в режиме настройки торсионный вал 1 зафиксирован при помощи цилиндрического штифта 7 (фиг. 3), который установлен в торсионном валу 1 по посадке с натягом, с возможностью вращения на угол настройки в пазу разрезной полумуфты 5 по скользящей посадке.
С одной стороны на лыках цилиндрической части разрезной полумуфты 5 оппозитно установлены подвижные сегменты 8 и 9 при помощи винтов 10 и 11 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12. На торце разрезной полумуфты 4 оппозитно установлены неподвижные сегменты 13 и 14 при помощи винтов 15 и 16 (фигура 2).
На наружную цилиндрическую поверхность разрезных полумуфт 4 и 5 установлены по посадке с натягом внутренним кольцом радиальные подшипники 17 и 18, зафиксированные гайками 19 и 20. В свою очередь, наружные кольца радиальных подшипников 17 и 18, разделенные промежуточной втулкой 21, установлены в корпусе 22, в котором они зафиксированы с одной стороны крышкой 23, а с другой стороны - крышкой 24. Крышки 23 и 24 закреплены на корпусе 22 при помощи винтов 25 и 26 соответственно.
Кроме того, на наружных поверхностях разрезных полумуфт 4 и 5 установлены по скользящей посадке передающие катушки 27 и 28, зафиксированные от проворота гайками 29 и 30 соответственно. Напротив передающих катушек 27 и 28 установлены по скользящей посадке с одной стороны в крышке 23 приемная катушка 31, а с другой стороны в крышке 24 приемная катушка 32, зафиксированные от проворота гайками 33 и 34 соответственно.
Таким образом, пара катушек 27 и 31 образуют бесконтактную запитку необходимым напряжением неподвижных сегментов 13 и 14, а пара катушек 28 и 32 образуют бесконтактный съем информации с катушек подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12. Разрезные полумуфты 4 и 5 стянуты болтами 35 и 36 соответственно.
Устройство регистрации крутящего момента работает следующим образом. Перед началом испытаний производят градуировку устройства регистрации крутящего момента. Для этого в разрезную полумуфту 4 устанавливают ведущий вал 2 привода вращательного действия, а в разрезную полумуфту 5 - ведомый вал 3 исполнительного органа машины или механизма. Затем производят затяжку болтов 35, тем самым жестко фиксируя конец торсионного вала 1 и ведущего вала 2 привода вращательного действия в разрезной полумуфте 4. Далее производят фиксацию разрезной полумуфты 4 для исключения ее вращения при помощи штифта (не показан), который устанавливают в отверстиях правой крышки 23 и разрезной полумуфты 4 по посадке с натягом. Затем запитывают необходимым напряжением неподвижные сегменты 13 и 14 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12 и производят вращение разрезной полумуфты 5 для определения положения, в котором суммарное напряжение, измеряемое с подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12, будет равен нулю. В этом положении производят затяжку болтов 36, что приводит к жесткой фиксации конца торсионного вала 1 и ведомого вала 3 в разрезной полумуфте 5. Таким образом, образуется жесткое безлюфтовое соединение ведущего вала 2 привода вращательного действия и ведомого вала 3 через торсионный вал 1 при помощи разрезных полумуфт 4 и 5.
При помощи динамометрического устройства (не показано) производят нагружение крутящим моментом торсионного вала 1 и определяют зависимость изменения напряжения на катушках подвижных сегментов 8 и 9 сегментного индуктивного датчика угловых перемещений 12, образующегося за счет изменения зазора в магнитной системе, образованной подвижными сегментами 8 и 9, расположенными в неподвижных сегментах 13 и 14 соответственно. После этого извлекают штифт (не показан), установленный в отверстиях крышки 23 и разрезной полумуфты 4, тем самым освобождая разрезную полумуфту 4 для свободного вращения.
В процессе работы машины или механизма при возникновении нагрузки на ведомом валу 3 исполнительного органа машины или механизма происходит скручивание торсионного вала 1 на некоторый угол, величину которого определяют по изменению амплитуды выходного напряжения, возникающего на подвижных сегментах 8 и 9, расположенных в неподвижных сегментах 13 и 14 соответственно. Их относительное смещение приводит к возникновению зазора в магнитной системе. По величине угла и полярности выходного напряжения судят о величине крутящего момента и направлении вращения исполнительного органа. Величина крутящего момента зависит от технических характеристик привода вращательного действия, либо приводимой в движение исполнительного органа машины или механизма.