Устройство для измерения радиальных сил, действующих на вращающийся вал, установленный в подшипниках Советский патент 1991 года по МПК G01L1/16 G01L1/04 

1

(21)4666508/24-10 (22) 24.03.89 (46)23.08.91. Бюл.№31

(71)Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров

(72)В.Ф.Ставнистый (53)531.781(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР №483594. кл. G 01 L 1/22, 1965.

Методика экспериментального определения реакции подшипников качения. Отчет СКБК № 2099 - 89. Казань, 1984.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВАЛ, УСТАНОВЛЕННЫЙ В ПОДШИПНИКЕ

(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих на валы. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Цель достигается тем, что в устройстве применены пьезоэлектрические датчики 5 силы, установленные с равным шагом дискретности в сквозных пазах распорного кольца 4, с помощью которого вал 2 с подшипником 3 расположен в корпусе 1. Размеры пазов выбираются по определенной зависимости. Пьезодатчики силы включены в измерительную схему, состоящую из генератора, преобразователя, который является многоканальным, и самописца. При воздействии усилия на вал, последний через подшипник воздействует на датчики силы, выходной сигнал которых пропорционален измеряемому усилию. 4 ил.

Ё

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих на валы. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Цель достигается тем, что в устройстве применены пьезоэлектрические датчики 5 силы, установленные с равным шагом дискретности в сквозных пазах распорного кольца 4, с помощью которого вал 2 с подшипником 3 расположен в корпусе 1. Размеры пазов выбираются по определенной зависимости. Пьезодатчики силы включены в измерительную схему, состоящую из генератора, преобразователя, который является многоканальным, и самописца. При воздействии усилия на вал, последний через подшипник воздействует на датчики силы, выходной сигнал которых пропорционален измеряемому усилию. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сил, действующих на вращающийся в подшипнике вал.

Целью изобретения является повышение точности и надежности.

На фиг.1 показан вал, установленный в подшипниках, и устройство для измерения радиальных сил; фиг.2 - пьезоэлектрический датчик трансформаторного типа, установленный в пазу распорного кольца; фиг.З - блок-схема подключения генератора, преобразователя сигналов, самописца к электродам, пьезопластины датчика: фиг.4 - эпюра распределения радиальных сил от та- рировочной нагрузки Q по направлению главной оси вала.

Устройство содержит корпус 1, вал 2, подшипник качения 3, распорное кольцо 4, пьезоэлектрические датчики 5 силы трансформаторного типа, с равным шагом дискретности расположенных в пазах 6 распорного кольца 4, регистрирующий блок 7.

По приведенной блок-схеме (фиг.З) чувствительный элемент 8 датчиков представлен в виде пьезопластины с разделенными с одной стороны токосьемными слоями 9. с другой стороны - сплошным слоем.

Регистрирующий блок 7 содержит генератор 10 синусоидальных колебаний, преобразователь 11 сигнала и самописец 12. Устройство работает следующим образом.

О vj

ГО

ю - со

На вход первой секции пьезоэлемента 8 с генератора 10 подается переменное синусоидальное напряжение. Вследствие обратного пьезоэффекта в пьезоэлементе 8 возбуждаются Механические колебания, и на выходе второй секции пьезоплас-ины вследствие прямого пьезоэффекта появляется переменное напряжение той же частоты, что и подаваемое с генератора в первую секцию.

Распорное кольцо 4 с пазами 6 служит для установки пьезоэлектрических датчиков 5 и обеспечения механического контакта с подшипником 3. В данном устройстве распорное кольцо 4 является элементом измерительным. С помощью распорного кольца создаются необходимые условия для измерения радиальных сил пьезоэлектрическими датчиками в пределах упругих деформаций десяти микрон на весь диапазон измеряемого параметра. Это объясняется тем, что пьезоэлемент с мембраной датчика имеет жесткую связь, и на и ,мере- ние максимальной величины радиальной силы необходима деформация мембраны порядка вышеуказанного диапазона.

Обеспечение необходимой деформации распорного кольца в сторону действия измеряемых радиальных сил достигается про- филированностью его цилиндрической Поверхности.

Перед измерением пьезодатчики 5 уста навливают в распорном кольце 4 с возможностью их взаимодействия с подшипником 3. С помощью специального тарировочного устройства, например, гидроцилиндра с поршнем, производят тарировку измерительной системы. Тарировочные характеристики пьезоэлектрических датчиков строят в зависимости показаний самописца от воздействующей на подшипник нагрузки О. Эпюра распределения радиальных сил R р (фиг.4) от воздействия на подшипник нагрузки Q строится в зависимости

Ry 0,79-

где Q - тарировочная нагрузка на подшипник, кгс;

г- радиус внешнего кольца подшипника, м;

0

5

0

5

0

5

0

5

г радиус внешнего кольца подшипника, м;

ifr расстояние от внешнего кольца подшипника по направлению главной оси,.м.

Рабочие силы, например, газогидродинамические, воздействующие на вал 2 при его вращении, передаются через подшипник 3 на распорное кольцо 4 и пьезодатчики 5.

В результате воздействия радиальных сил R р , приложенных к пьезодатчикам 5, происходит изменение коэффициентов трансформации в пьезоэлементах 8 датчиков 5, что приводит к изменениям выходных пьезонапряжений.

Пьезонапряжения с датчиков поступают на входы электронных преобразователей 11 сигналов, где происходит их усиление и линеаризация, затем преобразованные сигналы поступают на самописец 12. По показаниям самописца 12 строят эпюру распределения радиальной силы по углу поворота вала, приложенной к подшипнику.

По эпюре распределения радиальных сил определяют величину и направление действия равнодействующей радиальной силы на исследуемый вал.

Формула изобретения

Устройство для измерения радиальных сил, действующих на вращающийся вал, установленный в подшипниках, содержащее корпус, в котором с помощью распорного кольца с опорами и силоизмерительными дэтчиками установлен подшипник с валом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, силоиз- мерительные датчики выполнены в виде пьезоэлектрических датчиков трансформаторного типа, установленных с равным шагом дискретности в выполненных соосно с опорами и сквозных по ширине распорного кольца пазах, механически связанных с подшипником, при этом размеры пазов выбираются из следующих соотношений а b

Н

0,75 -f 0,8,

где а - ширина пазов кольца,

b-толщина опор кольца;

h - глубина пазов кольца;

Н - толщина кольца.

4

г1

Фиг.2

Вид А

ii

w

Фм.З

Редактор А.Кондрахина

Фиг 4

Составитель А.Северин Техред М.Моргентал

11

12

j