Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1987 года по МПК G01L3/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения крутящего момента по измерению угла закручивания сечений вращающегося вала.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей путем обеспечения независимого измерения угла закручивания вала и изменения его длины.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит упругий вал 1, механизм преобразования угла поворота се- чен ий вала в линейные перемещения, выполненный в виде двух стержней 2 и 3, установленных в корпусе 4 параллельно оси с вала 1 и имеющих на одних концах цилиндрические прямозубые шестерни 5 и 6 с коэффициентом передачи, равным единице, для соединения с концами упругого вала 1. Стержень 2 выполнен подвижным относительно корпуса 4 в осевом направлении и имеет резьбу на конце. Устройство содержит также измеритель 7 перемещений.

Стержень 3, неподвижный относительно корпуса 4, выполнен полым и на внутренней поверхности в полости имеет паз 8. Подвижный стержень 2 входит в полость неподвижного стержня 3. Между витками резьбы стержня 2 в пазу 8 неподвижного стержня 3 размещен щарик 9. На торце подвижного стержня 2 на изоляторе без возможности вращения относительно корпуса закреплен электрический контакт 10, размещенный в пазу 8. Измеритель 7 перемещений выполнен в виде высокоомного проводника, уложенного вдоль паза 8 и контактирующего с электрическим контактом 10 и шариком 9 так, что измерительный прибор , (не показан) включен в две измерительные цепи, одна из которых замыкается через контакт 10 (цепь 1), а другая - через контакт 10 и шарик 9 (цепь II). На валу 1 размещены шестерни 11, с которыми взаимоба стержня 2 перемещает шарик 9 вдоль паза 8 на расстояние, пропорциональное шагу резьбы и углу поворота стержней. Электроконтакт 10 при этом своего положе- 5 ния в пазу 8 не меняет. Происходит изменение расстояния между контактом 10 и шариком 9, что вызывает пропорциональное изменение электросопротивления цепи II, которое определяется длиной высокоомного проводника на участке между контактом .и 0 щариком. По изменению электросопротивления цепи II определяют взаимный поворот сечений вала с учетом шага резьбы винта 2.

При возникновении осевых деформаций вала 1 щестерни 5 и 6 перемещаются в осевом направлении друг относительно друга вместе с шестернями 11, происходит взаимное перемещение в осевом направлении стержней 2 и 3. Осевые перемещения стержня 2 вдоль полости стержня 3 не изменяют 20 взаимного расположения шарика 9 и контакта 10, поэтому сигнал об изменении углов поворотов сечений отсутствует, но при этом изменяется положение контакта 10 относительно конца высокоомного проводника 7. Происходит изменение электросопротивления цепи И, измеряю цей сопротивление от конца проводника 7 в месте выхода его из паза 8 в месте расположения шестерни 6 до электроконтакта 10. Изменение электросопротивления цепи I пропорционально осевому перемещению стержня 2 относительно стержня 3, равному осевой деформации вала 1.

Для производства таких же измерений на новой базе шестерню 5 вводят во взаимодействие с шестерней 13. При этом стержень 2 вдвигается в полость стержня 3 и измерения производится описанным способом, но с другим нулевым отсчетом электросопротивления цепи I.

Электроконтакт 10 располагается на подшипнике, закрепленном винтом на торце

25

30

действуют шестерни 5 и 6, снабженные огра- 40 стержня 2, и может быть выполнен также в

ничительными дисками 12 для перемещения шестерен 5 и 6 вместе с шестернями 11 в осевом, направлении. Для измерения деформации вала на различных базах он снабжен дополнительной шестерней 13.

виде шарика диаметром, равным диаметру шарика 9. Длина резьбы на стержне 2 выбирается из потребного предела измерения углов взаимного закручивания стержней из условия, что для регистрации угла закручи1 , I I I I I I 1 S-i lUllVVIl UU pllV-JI, (.J V.t tVyLJIiyi) Tlk I fl riV lpCtU rtri VIWIU

Устройство работает следующим образом. вания на 360° требуется один виток резьбы. При вращении вала 1 щестерни 11 вра-Шагом резьбы задается чувствительность изщают шестерни 5 и 6 и стержни 2 и 3 относительно корпуса 4. Стержни 2 и 3 врашаются в одном направлении и с одинамерений угла закручивания. Высокоомный проводник 7 изготавливают из константана, нихрома манганина, никелина, реотана или

ковыми скоростями. При появлении крутяще- 0 ДРУих высокоомных проводников, испольго момента на валу .1 происходят взаимный поворот сечений вала на уровне размещения шестерен 11 и изменение длины вала на участке между этими шестернями. При возникновении поворота сечений щестерни 5

зуемых для намотки реостатных датчиков. Для обеспечения работоспособности электроцепей стержень 3 изготавливают из диэлектрика или покрывают полость паза изолирующим покрытием, стержень 2 в таком

и 6 поворачиваются друг относительно дру- 55 варианте может служить проводником цепи 11.

га на такой же угол, что приводит к взаимному повороту стержней 2 и 3. При повороте стержня 2 относительно стержня 3 резьс

ба стержня 2 перемещает шарик 9 вдоль паза 8 на расстояние, пропорциональное шагу резьбы и углу поворота стержней. Электроконтакт 10 при этом своего положе- ния в пазу 8 не меняет. Происходит изменение расстояния между контактом 10 и шариком 9, что вызывает пропорциональное изменение электросопротивления цепи II, которое определяется длиной высокоомного проводника на участке между контактом .и 0 щариком. По изменению электросопротивления цепи II определяют взаимный поворот сечений вала с учетом шага резьбы винта 2.

При возникновении осевых деформаций вала 1 щестерни 5 и 6 перемещаются в осевом направлении друг относительно друга вместе с шестернями 11, происходит взаимное перемещение в осевом направлении стержней 2 и 3. Осевые перемещения стержня 2 вдоль полости стержня 3 не изменяют 0 взаимного расположения шарика 9 и контакта 10, поэтому сигнал об изменении углов поворотов сечений отсутствует, но при этом изменяется положение контакта 10 относительно конца высокоомного проводника 7. Происходит изменение электросопротивления цепи И, измеряю цей сопротивление от конца проводника 7 в месте выхода его из паза 8 в месте расположения шестерни 6 до электроконтакта 10. Изменение электросопротивления цепи I пропорционально осевому перемещению стержня 2 относительно стержня 3, равному осевой деформации вала 1.

Для производства таких же измерений на новой базе шестерню 5 вводят во взаимодействие с шестерней 13. При этом стержень 2 вдвигается в полость стержня 3 и измерения производится описанным способом, но с другим нулевым отсчетом электросопротивления цепи I.

Электроконтакт 10 располагается на подшипнике, закрепленном винтом на торце

5

0

0 стержня 2, и может быть выполнен также в

виде шарика диаметром, равным диаметру шарика 9. Длина резьбы на стержне 2 выбирается из потребного предела измерения углов взаимного закручивания стержней из условия, что для регистрации угла закручиJ V.t tVyLJIiyi) Tlk I fl riV lpCtU rtri VIWIU

вания на 360° требуется один виток резьбы. Шагом резьбы задается чувствительность измерений угла закручивания. Высокоомный проводник 7 изготавливают из константана, нихрома манганина, никелина, реотана или

ДРУих высокоомных проводников, используемых для намотки реостатных датчиков. Для обеспечения работоспособности электроцепей стержень 3 изготавливают из диэлектрика или покрывают полость паза изолирующим покрытием, стержень 2 в таком

варианте может служить проводником цеварианте может служить проводником цепи 11.

Предложенное устройство позволяет производить измерения не только углов закручивания вращающегося вала, но и осевых деформаций вращающегося вала, причем измерения обоих параметров могут производиться на различных базах. Такие возможности устройства значительно расщиряют область его применения. Так, устройство позволяет измерять не только крутящие моменты по закручиванию сечений тарированного упругого вала, но и углы закручивания и осевые деформации рабочих валов машин и механизмов при изучении их работоспособности, при испытаниях их на механических прессах. Возможность производить измерения на различных базах позволяет получать полные эпюры распределения угловых и линейных деформаций при нагруже- нии валов крутящим моментом, осевой силой, при температурных изменениях длины валов.

Формула изобретения Устройство для измерения крутящего момента, содержащее упругий вал, механизм

преобразования угла поворота сечений вала в линейное перемещение, выполненный в виде двух стержней - подвижного и неподвижного, установленных в корпусе параллельно оси вала и имеющих на одних концах цилиндрические прямозубые передачи с коэффициентом передачи, равным единице, соединяющиеся с концами упругого вала, причем один из стержней выполнен подвижным относительно корпуса в осевом направ0 лении и имеет на другом конце резьбу, измеритель перемещения стержней, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, стержень, неподвижный относительного корпуса, выполнен

С ПОЛЫМ, на его внутренней поверхности выполнен продольный паз, в котором между витками резьбы подвижного стержня размещен шарик и смонтирован измеритель перемещений шарика.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить функциональные возможности устройства путем Ft обеспечения независимого измерения угла закручивания вала и изменения его длины. Механизм преобразования угла поворота сечений вала в линейные перемещения выполнен в виде стержней 2 и 3. На внутренней поверхности неподвижного относительно корпуса 4 стержня 3 выполнен паз 8, вдоль которого уложен высокоомный проводник измерителя 7 перемещений шарика 9. Взаимный поворот сечений вала 1 определяется по изменению электросопротивления цепи И, вызываемому изменением расстояния между контактом 10 и щариком 9 при взаимном повороте стержней 2 и 3. На одних концах стержней 2 и 3 имеются цилиндрические прямозубые шестерни 5 и 6 с коэф. передачи, равным единице, соеди- няюшие их с упругим валом 1. 1 ил. (@ (Л 00 N3 00 О5 о 00 ш