ИЗМЕРИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК G01L3/08 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов, например, при обкатке и испытаниях узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин и транспортных средств.

Известны тензорезисторные измерители крутящего момента с бесконтактными преобразователями передачи информации /Колчин A.В. Датчики средств диагностирования машин. М. Машиностроение, 1984/.

Этим преобразователям присущи следующие недостатки:
ограниченная точность измерения, обусловленная зависимостью параметров тензорезисторов от внешних температурных условий;
невысокая надежность конструкций.

Кроме того, при передаче информации с вращающихся деталей /А.Ф. Прокунцев и Е. С. Максимова. Бесконтактная передача и обработка информации с вращающихся изделий, М. Машиностроение, 1985 / при помощи преобразователей реактивного типа возникает дополнительная погрешность измерения, вызванная изменением параметров этих преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель крутящего момента /авт. свид. СССР N 1476333, кл. G 01 L 3/08/, содержащий два полых барабана, соединенных упругим элементом источник света и экран с линейной шкалой, установленные на основании и оптически связанные между собой через прорези в барабанах.

Недостатком этого измерителя крутящего момента является ограниченная точность измерения, т.к. в процессе измерения осуществляется визуальный съем информации со шкалы по положению световой полосы. Поскольку шкала имеет на более двух разрядов, а световая полоса нечетную границу, то это и является причиной ограничения точности измерения.

Данный измеритель крутящего момента имеет низкий технический уровень, что обусловлено низкой точностью измерения и отсутствием электрического выхода. Поэтому это устройство не может быть использовано в coставе автоматизированных систем управления испытаниями узлов и агрегатов машин.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции измерителя крутящего момента со схемой обработки информации, которая имела бы электрический выход измеряемой информации в цифровой форме.

Техническим результатом заявленного измерителя крутящего момента является повышение точности измерения и удобство пользования этим измерительным устройством, поскольку результат измерения отображается на цифровом табло. Кроме того, наличие цифрового выхода у устройства позволяет использовать его в составе автоматизированных систем управления испытанием узлов агрегатов машин без дополнительных блоков сопряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерителе крутящего момента, содержащем два барабана, соединенных упругим элементом, источник света и индикатор, на барабаны нанесены оптические метки и в него введены механически соединенный с одним из барабанов повышающий редуктор, на выходе которого закреплен барабан с равномерно расположенными по окружности оптическими метками, три световодные вилки, спаренные торцы которых установлены напротив цилиндрических поверхностей барабанов, а первые неспаренные торцы вилок соединены вместе и установлены напротив источника света, и электронный блок обработки информации, состоящей из трех последовательно соединенных цепей, каждая из которых состоит из фотопреобразователя, установленного напротив второго неспаренного торца соответствующей вилки, усилителя фототока и формирователя импульсов, логического элемента И, входами соединенного с выходами двух цепей, соответствующих барабанам, соединенным упругим элементом, ключа, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, и счетчика импульсов, соединенного через ключ с выходом цепи, соответствующей барабану редуктора.

Изобретение позволяет повысить точность и быстродействие измерения крутящего момента, поскольку оптико-электронная система с цифровым выходом обладает более высокими характеристиками, точностью и быстродействием регистрации результата измерения. Кроме того, оно позволяет использовать измеритель крутящего момента в составе автоматизированной системы управления испытаниями, т.к. измеритель имеет цифровой электрический выход.

На фиг. 1 изображен измеритель крутящего момента; на фиг.2 представлена время-импульсная диаграмма, поясняющая работу измерителя.

Измеритель крутящего момента /фиг.1/ содержит упругий элемент, выполненный в виде торсионного вала 1, который соединяет между собой концы валов, передающих крутящий момент. На концах торсионного вала 1 закреплены два барабана 2 и 3, на цилиндрические поверхности которых нанесены оптические метки, представляющий собой полосы отличающиеся по контрастности от поверхности. Один из валов, передающих крутящий момент, соединен через зубчатую передачу с повышающим механическим редуктором 4, на выходе которого закреплен барабан 5 с оптическими матками, равномерно расположенными по окружности на цилиндрической поверхности. Измерительное устройство содержит также три световодные вилки 6,7,8, спаренные торцы которых установлены соответственно напротив цилиндрических поверхностей барабанов 2, 3 и 5, первые неспаренные торцы вилок соединены вместе и установлены напротив источника света 9, в качестве которого может быть использован лазер, а вторые неспаренные торцы вилок оптически связаны с фотопреобразователями 10-12, которые соответственно соединены с формирователями импульсов /триггерами Шмитта/ 16-18. Выходы формирователей импульсов 16 и 17 соединены с входами логического элемента И 19, выход которого соединен с управляющим входом ключа 20, соединяющего выход формирователя 18 cо счетчиком импульсов 21 имеющие цифровой индикатор.

Устройство работает следующим образом.

При вращении валов соответственно вращаются барабаны 2,3 и 5, причем барабан 5 вращается с большей скоростью. Перемещающиеся оптические метки барабанов относительно спаренных торцов световодных вилок с помощью фотопреобразоваталей 10-12 преобразуются в импульсы фототока. Для повышения контрастности меток на поверхности барабанов осуществляется их подсветка через световоды источником света 9. Импульсы фототоков с фотопреобразователей 10-12 усиливаются соответственно усилителями фототоков 13-15. Для исключения влияния на точность измерения временных параметров импульсов различных амплитудных факторов выходные напряжения усилителей фототоков 13-15 формируются формирователями импульсов 16-18. Таким образом, на выходе формирователей импульсов при вращении барабанов образуются последовательности импульсов / диаграмма а,б,в фиг.2/. Спаренные торцы световодных вилок 6 и 7 установлены таким образом, чтобы при при отсутствии нагрузки фронт импульса формирователя 16 совпадал со срезом импульса формирователя 17 и тогда сигнал на выходе логического элемента 19 отсутствует, ключ 20 закрыт и на вход счетчика импульсов 21 не поступают тактовые импульсы с формирователя 18. Воздействие измеряемого крутящего момента приводит к скручиванию торсионного вала 1, что вызывает относительное смещение оптических меток на барабанах 2 и 3 и соответственно смещение импульсов на выходах формирователей 16 и 17, а следовательно и появление импульса на выходе логического элемента 19 /диаграмма г фиг. 2/, длительность которого пропорциональна величине крутящего момента. Затем импульс с выхода элемента 19 открывает ключ 20, который на это время соединяет выход формирователя импульсов 18 с входом счетчика импульсов 21, которые считает импульсы, число которых за этот промежуток времени пропорционально длительности импульса /диаграмма д, фиг. 2/, а следовательно и величина крутящего момента. При изменении скорости вращения измеряемого объекта при определенном крутящем моменте изменяются длительность импульса на выходе логического элемента 19 и пропорционально период импульсов на выходе формирователя 18, однако результат измерения, регистрируемый счетчиком импульсов, остается постоянным, т.е. не зависит от скорости вращения измеряемого объекта.

Использование: оборудование для испытания узлов и агрегатов транспортных средств. Сущность изобретения: измеритель крутящего момента содержит торсионный вал 1, на концах которого закреплены барабаны 2 и 3 с оптическими метками, связанный с валом 1 механически повышающий редуктор с барабаном 5, имеющим также оптические метки, три световодные вилки 6-8, спаренные торцы которых установлены соответственно напротив барабанов 2, 3 и 5, первые неспаренные торцы вилок соединены вместе и установлены напротив источника света 9, а вторые неспаренные торцы вилок оптически связаны с фотопреобразователями 10-12 и электронный блок информации, состоящий из усилителей фототока 13-15, формирователей импульсов 16-18, логического элемента И 19, ключа 20 и счетчика импульсов 21. 2 ил.

Измеритель крутящего момента, содержащий первый и второй барабаны, соединенные упругим элементом, источник света и индикатор, отличающийся тем, что на барабаны нанесены оптические метки, а в измеритель введены механически соединенный с одним из барабанов повышающий редуктор, на выходе которого закреплен третий барабан с равномерно расположенными по окружности оптическими метками, три световодные вилки, спаренные торцы каждой из которых размещены напротив соответствующей цилиндрической поверхности каждого из трех барабанов, а первые неспаренные торцы световодных вилок соединены вместе и расположены напротив источника света, а также электронный блок обработки информации, выполненный в виде трех электрических цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных фотопреобразователей, установленного напротив каждого второго неспаренного торца соответствующей световодной вилки, усилителя фототока и формирователя импульсов, а также логического элемента И, входами соединенного с выходами двух электрических цепей, соответствующих первому и второму барабанам, ключа, управляющий вход которого связан с выходом логического элемента И, и счетчика импульсов, соединенного через ключ с выходом электрической цепи, соответствующей третьему барабану повышающего редуктора.