Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1985 года по МПК G01L3/20 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на валах различных изделий, где требуется регулировка рабочих и предельных моментов, определение их истинных значений как в статике, так и динамике, а также предохранение этих изделий от поломок при заклиниваниях.

Известно устройство для измерения крутящего момента/ содержащее корпус с установленными в нем ведущим и ведомьам валами, сйязаннЕдми механизмом преобразования момента в осевое перемещение, и измеритель перемещенияС 3.

Однако данное устройство не обеспечивает требуемой точности измере- ния..

Наиболее близким к предлагаемому по технической суп ности и достигаемому результату является устройство для измерения крутящего момента, содержащее корпус с каналами высокого и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валами золотник с секторНЕлми пазами, расположенньми на одном из его торцов посредством которых золотник связан с роликами каретки, закрепленной на ведомом Валу, упругий элемент, гидросистетлу питания и датчик давления 2..

Недостатком известного устройства также является низкая точность измерения из-за трения роликов при их движении относительно вала каретки, а также относительно секторньк пазов, в которых расположены ролики Устройство подвержено ударньм нагрузкам, во время пробуксовки его элементов, когда ролики каретки входят и выходят из секторных пазов, соударяясь с ними, что сокращает ресурс работы устройства и снижает его надежность . - ,.

Кроме того, устройство не допускает перенастройки диапазона измерения крутящего момента без замены упругого элемента. .

Цель изобретения - повьашение точности, надежности и-расширение диапазона измерения.

Указ.анная цель достигается тем, что в устройство для измерения крутящего момента,, содержащее корпус с каналами высокого и низкого давления и размещенными: в нем ведущим и ведомым валеада, золотник с секторными пазами, расположенными на одном из его орцов, посредством которых золотник связан с роликами каретки, закрепленной на ведомом валу, упругий элемент и датчик давления , введен гидравлический пульсатор, размещенный в выполненном по

оси золотника канале, промежуточный вал, связанный посредством муфты с ведущим валом, дифманометр и дроссельный кран, при этом гидравлический пульсатор выполнен в виде последовательно размещенных в осевом канале золотника первой пружины опорные витки которой жестко соединены соответственно с одним торцом осевого канала и нерабочим торцом запорного органа с Т-образным соплом и золотника пульсатора с осевым соплом, один торец которого прижат к рабочему торцу запорного органа, а другой через вторую пружину связан с другим торцом осевого канала золотника, упругий элемент выполнен в виде коаксиально разме--:-.щенных друг в друге пружин с противоположным направлением навивки, опорные витки которых жестко заделаны во встречных торцах золотника и промежуточного вала, золотник снабжен расположенными на его боковой поверхности первой и второй проточками, причем первая проточка гидравлически связана через выполненные в теле золотника боковые ка;налы с осевым каналом золотника и через Т-образное сопло запорного органа и плотность между нерабочим торцом запорного органа и одним торцом осевого канала золотника, в котором выполнен соосный указанному каналу жиклер пульсатора, с полостью, образованной корпусом и встречными торцами промежуточного вала и золотника и связанной с каналом высокого давления, вторая проточка гидравлически связана дополните:льными ботковыми каналами, выполненными в теле золотника, с полостью, обра- зованнрй торцом золотника пульсатора и другим торцом осевого канала золотника, а на внутренней поверхности корпуйа выполнена прямоугольная щель, связанная с каналом низкого давления и размещенная мелзду проточками золотника со стороны боковой стенки второй проточки, при этом полость между одним торцом золотника и корпусом связана через жиклер, параллельно которому подсоединен дифманометр, с каналом высокого Давления и через дроссельный кран с каналом низкого давлния, вход гидросистемы связан с корпусом дрполнительным каналом,расположенным между одним торцом золотника и боковой стенкой второй протоки, причем расстояние между одним торцом золотника и дальней стенкой дополнительного канала равно предельному золотника, а полость первой проточки связана с датчиком давления.

На фиг.1 представлено устройство для измерения крутящего момента. разрез; на фиг.2 - взаимное положение золотника и роликов каретки при значении крутящего момента большем допустимой величины; на фИг.З - схема включения устройства в испытатель ном стенде. Устройство для измерения крутящего момента (фиг.1-3) содержит корпус 1с каналами 2,3 (дополнительный и 4 высокого давления, прямоугольную щель 5, выполненную на внутренней по верхности корпуса и связанную с каналами 6 низкого давления РСА ,жиклеры 7, установленные в каналах высокого и низкого давления,промежуто« ный вал 8 с каналами 9 и 10 и золот ник 11 с симметричными секторными пазами 12, расположенными на одном из его торцов, первой 13 и второй 14 проточками на его боковой поверх ности и отсчетными кромками 15 и 16 В теле золотника выполнены осевой канал 17, в котором размещен гидрав лический пульсатор давления, боковы каналы 18 и дополнительные боковые каналы 19, которыми проточки золотн ка сообщены с его осевым каналом. Гидравлический пульсатор содержи последовательно размещенные в осево канале 17 первую пружину 20, запорный орган 21 с Т-образным соплом 22 золотник пульсатора 23 с осевым соп лом 24 и вторую пружину 25, причем опорные витки первой пружины 20 жес ко закреплены на нерабочем торце за порного органа 21 и одном торце осе вого канала золотника 11. Жиклер 26 пульсатора сообщает полости пружин 20 и 25 и каналы 17-19, а также соп ла 22 и 24 с каналом 2 высокого дав ления. Упругий элемент выполнен в виде пружин 27 и 28 с противоположным направлением навивок, размещенных коаксиально внутри.друг друга и кор пусе, опорные витки которых жестко заделаны во встречнбк торцах золотника 11 и промежуточного вала 8. Ведущий вал 29 сцеплен при помощи муфты 30 с промежуточным валом 8 а ведомый вал 31 сцеплен при помощи каретки 32 с роликами с золотником 11 через симметричные секторные паз 12. Ведущий и ведомый валы установлены в корпусе 1 с помощью упорных подшипников 33, которые фиксируют валы в осевом направлении. Гидросисте1«1а питания содержит канал 34 высокого давления, прибор 35, например манометр замера давления, фильтр 36, регулятор 37 температуры рабочей жидкости, клапан 38 постоянного давления, канал 39, включенный в первую Проточку 13 золотника 11, датчик 40 давления, установленный в канал 39, цифровой преобразователь 41 измерения частоты, жиклер 42, питающий высоким авлением полость каретки 32 от анала 34, ш.лпульсные каналы 43 ифманометра 44, включенные соответственно в канал 2 и 34 высокого авления и канал 4, давление в которсм может регулироваться, причем импульсные каналы объединены между собой каналом с жиклером 42, дроссельный кран 45, объединяквдий полость каретки 32 и канал 4 с каналом 6 низкого давления, и питающий жиклер 46, установленный в канале 34 высокого давления, расход чег рез который равен суммарному расходу рабочего тела через устройство в каналы низкого давления. Расстояние между торцом (отсечной кромкой) 16 золотника 11 и дальней стенкой дополнительного канала 3 равно предельному ходу золотника 11. Корпус 1 измерителя с ведущим 29 и ведомым 31 валами кинематически связан муфтами 47 с валом привода 48 и испытуемым объектом 49. . Устройство работает следующим образом. Высокое давление, регулируемое клапаном 38 постоянного давления и контролируемое на манометре 35 через жиклер 46, регулятор 37 температуры и фильтр 36, по каналу 34 нагружает канал 2, а через жиклер 42 канал 4. При этом дополнительный канал 3 перекрыт золотником 11 и нагружен высоким давлением с входа гидросистемы перед жиклером 46, а дроссельный кран 45 закрыт. Одновременно с этим нагружается полость муфты 30 сцепления вала 29 с промежуточным валом 8 по каналам 9 и 10 и все жиклеры 7, через которые идет циркуляционный расход в каналы 6 низкого давления, обеспечивая смазку трущихся элементов и охлаждение системы. Жидкость по каналам 2 и 4 заполняет полость пружин 27, 28 и через жиклер 26, полость переточки 13 золотника 11, канал 39, замкнутый объем с кареткой 32 и секторными пазами 12 золотника 11, а также полость пружины 25 канала 17 золотника 11 и проточку 14. При этом отсечная кромка 15 золотника 11 перекрывает прямоугольную щель 5 корпуса и через нее не идет расход в канал 16 низкого давления. Следовательно, на гидравлическом пульсаторе давления - запорном органе 21 и золотнике 23 перепад давления равен нулю и он не работает, что соответствует нулевому крутящему моменту на валах 29 и 31 и датчик 40 канала 39 не посылает импульсы давления на вторичный преобразователь 41 частоты;. ,. При нагружении крутящим мс «ентом |Мкр,например, ведомого вала 31 ролики каретки 32 стремятся провернуться внутри секторных пазов .12 и набегают на них на величину пропорциональную Мцр .При этом золотник 11 смещается влевог сжимая пружины 27 и 28, а отсечная кромка 15 откЕ«вает прямоугольную щель 5 корпуса и сообщает полость проточки 14 золотника И с каналам 6 низкого давления. Давление в проточке 14, каналах 17 и 19 золотника 11 падает и на гид. равлическом пульсатора - запорном органе 21 и золотнике 23 nyiibcaTOpa образуется перепад давления, под действием которого золотник 23, сопло 24 которого перекрыто запорным , органом 21, начинает смещаться совместно с ним вправо, сжимая при этомпружину 25. Одновременно с этим пружина 20 запорного органа 21 начинает растягиваться, так как ее опорные витки закреплены жестко с нерабочим торцом запорного органй и золотником 11. Смещение системы запорный орган - золотник пульсатора вправо происходит до тех пор, пока растянувц яся пружина- 20 оторвет запорный орган 21 от сопла 24 золотника 23 пульсатора и через него пойдет расход рабочего тела в канал б низкого давления. Причем величина этого расхода определяется величиной открытия отсечной кромкой 15 золотника 11 прямоугольной щели 5 корпуса, прямопропорциональ ной на валу 31. .

Жиклер 26 предназначен для об,еспечения четкости ритма работы гидравлического пульсатора давления. Пружина 20 возвращает запорный орган 21 в положение, близкое к исходному, перепад давления на золотнике пульса тора 23 снижается, и,он под действием пружины 25 возвращается в исходно положение, где запорный орган вновь мягко встречается с торцом золотника пульсатора 23 и перекрывает сопло 24 после чего Цикл повторяется с часто той,пропорциональной М„р .

Импульсы давления гидравлического пульсатора через канал 18 и проточку 13 золотника 11 по каналу 39 корпуса воспринимаются датчиком 40 давления и посылаются на преобразователь 41, который высвечивает их в виде частоты. :

При заклиниваниях вала 31 или превышениях на нем М ,. более допустимых

значений ролики каретки 32 занимают положение, показанное на (риг.2. Подшипники 33 постоянно фиксируют валы 29 и 31 от осевых перемещений. В этом случае отсечная кромка 16 золотника 11 открывает дополнительный канал 3 высокого давления я полость каретки 32 нагружается давлением Рд с входа гидросистемы, в результате этого на золотнике 11 образуется перепад давления, при котором давление в полости каретки 32 вшпе давления в полости пружин 27 и 28, и секторные пазы 12 под действием этого перепада выходят из зацепления с кареткой 32, так как золотник смещается влево. Гидравлический пулсатор давления начинает работать с максимальной частотой на преобразователе -41, что служит сигналом для остановки испытаний.

В случае необходимости перехода .на другой диапазон измерения М„р . открывается дроссельный кран 45,на величину, контролируемую по перепаду давления на дифманометре 4 4, импульсные каналы 43 давления которого включены в канал 34 высокого давления и полость каретки 32, что равноценно увеличению затяжки пружин 27 и 28.

В этом случае на золотнике 11 возникает перепад давления, при котором давление в полости пружин 27 и 28 вьвие, чем в полости каретки 32, т.е. к усилиям пружин 27 и 28 добавляется сила гидравлической пружины. В остальном порядок работы устройства остается прежним, но производится индивидуальная градуировка при заданных значениях перепада давления на дифманометре 44 после изготовления устройства.

Использование в устройстве гидравлического пульсатора позволит повысить точность измерения крутящего момента за счет пульсаций, понижанядих трение/ сообщение полости каретки с высоким давлением позволит снять ударные нагрузки в экстремальных режимах работы устройства и повысить тем самым ресурс и надежность работы, а применение дроссельного крана между полостью каретки и каналом низкого давления позволит расширить диапазон измерения за счет эквивалентного-увеличения Жесткости упругого элемента.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее корпус с каналами высокого.и низкого давления и размещенными в нем ведущим и ведомым валссми, золотник с секторными пазами, расположенными на одном из его торцов, посредством которых золотник связан с роликами ка.ретки, закрепленной на ведомом валу, упругий элемент, гидросистему питания и датчик давления, о т ли чающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения диапазона измерения, в него введен гидравлический пульсатор, размещенный в выполненном по оси золотника канале, промежуточный вал, связанный посредством муфты с ведущим валом, дифманометр .и дроссельный кран, при этом гидравлический пульсатор выполнен в виде последовательно размещенных в осевом канале золотника первой пружины, опорные витки которой жестко соединены соответственно с одним торцом осевого канала и .нерабочим торцом запорного органа с Т-образным соплом и золотника пульсатора С осевым сопле, один торец которого прижат к рабочему торцу запорного органа, а другой через вторую пружину связан с другим торцом осевого канала золотника, упругий элемент BunojjHeH в виде ко-; I аксиально размещенных друг в друге пружин с противоположным направлением навивки, опорные витки которых жестко заделаны во встречных торцах золотника и промежуточного вала, золотник снабжен расположенными на его боковой поверхности первой и второй проточками, причем первая проточка гидравлически связана через выполненные в теле золотника боковые каналы с осевым каналом золотника и через Т-образное сопло запорного органй и полость между нерабочим торцом апорного органа и одним торцом осевого кансша золотника, в котором выполнен соосный указанному каналу жиклёр пульсатора, с полостью, образованной корпусом и встречными торцами промежуточного (/) вала и золотника и связанной с каналом высокого давления, вторая проЬочка гидравлически связана допол.нительными боковьми каналами, выполненными в теле золотника, с полостью 53 образованной торцом золотника пульсатора и другим торцом осевого канала золотника, а на внутренней поверхности корпуса выполнена прямоугольная щель, связанная с каналом низкого давления и размещеннаб между проточками золотника со стороны 00 СП боковой, стенки второй проточки, .при этом полость между одним торцом зо00 лотника и корпусом связана через жиклер, параллельнсР которому подсоединен дифманометр, с каналом высокого давления и через дроссельный кран и каналом низкого давления, вход гидросистемы связан с корпусом дополнительным каналом, расположен--. Hbw между одним торцом золотника и боковой стенкой второй проточки, причем расстояние между олним торцом золотника и дальней стенкой дополнительного канала равно предельному ходу золотника, а полость первой проточки связана с датчиком давления.