CS209772B1

CS209772B1 - Torque measuring device

Info

Publication number: CS209772B1
Application number: CS219279A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Prochazka; Vladimir Kopriva
Original assignee: Miroslav Prochazka; Vladimir Kopriva
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1979-03-31
Publication date: 1981-12-31

Abstract

Účelem vynálezu je zvýšit přesnost měření kroutícího momentu a vyloučit vliv případných vibračních pohybů hřídele při tomto měření. Uvedeného účelu je dosaženo zařízením podle vynálezu tak, že u každého ozubeného kotouče jsou umístěny dva snímače pevně spojené se základnou, uložené proti sobě a natočené vzájemně na obvodě kotoučů o úhel 180°. Kotouče jsou na svém obvodě opatřeny póly magnetů.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the torque measurement and to exclude the effect of any vibration movements of the shaft during this measurement. This purpose is achieved by the device according to the invention in that two sensors fixedly connected to the base are disposed at each toothed disk, facing each other and rotated at an angle of 180 ° to one another at the circumference of the disks. The discs are provided with magnet poles on their periphery.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření kroutícího momentu přenášeného za rotace hřídelem, zejména zařízení, určující velikost kroutícího momentu ze zkroucení určité části hřídele se známou torzní tuhostí. Přenášený moment je pak úměrný úhlu zkroucení sledované části hřídele.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring torque transmitted by a shaft rotation, and more particularly to a device for determining the magnitude of the torque from a torsional stiffness of a portion of the shaft. The transmitted torque is then proportional to the torsion angle of the monitored part of the shaft.

Obtížnost této úlohy spočívá především v tom, že příslušné úhly zkroucení bývají velmi malé (řádově desetiny stupně), proměřovaný hřídel obyčejně silně kmitá v příčném směru, což působí rušivě, a mimo to se často požaduje bezdotykové měření, to je bezdotykový přenos informace o úhlu zkrouceni rotující části, nebol s mechanickými doteky mívá značnou poruchovost.The difficulty of this task lies in the fact that the respective torsion angles tend to be very small (in the order of tenths of a degree), the measured shaft usually oscillates strongly in the transverse direction, which causes disturbance, and in addition contactless measurement is often required. twisting of the rotating part, since it has a high failure rate with mechanical touches.

Známý stav techniky představuje uspořádání, kde na hřídel namáhaný kroutícím momentem jsou v určité vzdálenosti nad dvěma různými průřezy hřídele umístěna a pevně s hřídelem spojena dvě ozubená kola, každé z nich se stejným počtem zubů. U každého ozubeného kola je jeden snímač pevně spojený se základnou, který indikuje okamžik průchodu zubů snímačem.The prior art is an arrangement in which two gearwheels, each with the same number of teeth, are positioned and fixedly connected to the shaft at a certain distance over two different shaft cross-sections at a torque load. For each gear, one sensor is rigidly connected to the base, which indicates when the teeth pass through the sensor.

Při zatížení hřídele kroutícím momentem se v důsledku zkroucení hřídele vzájemně posouvají průchody zubů snímačem, takže se časově vzájemně posouvají také jejich výstupní elektrické signály. Jejich náběžné hrany jsou vzájemně posunuty o fázový úhel. Velikost fázového úhlu závisí na přenášeném torzním momentu hřídele. Známá zařízení na měření torzního momentu jsou založena na využití tohoto principu. Je zřejmé, že místo ozubených kol lze použít zářezů nebo střídání barev pro optickou indikaci magnetů nebo magnetických výstupků v kombinaci s elektromagnetickými snímači, magnetické pásky s nahraným periodickým signálem indikovaným magnetickou hlavou. Záměna snímacího způsobu neovlivňuje vlastní princip měření. Se zkracováním potřebné délky hřídele využité pro měřeni momentu a se snižováním namáhání této části hřídele, což je výhodné pro návrh a konstrukci, rostou požadavky na citlivost měření. Při zvyšování citlivosti působí rušivě příčné kmity hřídele, které mění okamžiky průchodu nulou a tím i fázovým úhlem. Tato okolnost je nežádoucím omezujícím činitelem při měření i návrhu zařízení podle známého stavu techniky.When the shaft is subjected to torque, due to the shaft twist, the tooth passages in the sensor are shifted relative to each other, so that their output electrical signals also shift in time. Their leading edges are offset by phase angle relative to each other. The magnitude of the phase angle depends on the transmitted torque of the shaft. The known torque measuring devices are based on the application of this principle. Obviously, notches or color alternations may be used instead of gears to optically indicate magnets or magnetic protrusions in combination with electromagnetic sensors, magnetic tapes with a recorded periodic signal indicated by the magnetic head. Changing the sensing mode does not affect the measurement principle itself. As the shaft length required for torque measurement is reduced and the stress on this part of the shaft is reduced, which is advantageous for design and construction, the measurement sensitivity requirements increase. As the sensitivity increases, transverse oscillations of the shaft are disturbing, changing the moments of zero crossing and hence the phase angle. This circumstance is an undesirable limiting factor in the measurement and design of prior art devices.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro měření kroutícího momentu podle vynálezu, jehož podstatou je to, že u každého kotouče jsou upraveny dva snímače uložené souose proti sobě a natočené vzájemně na obvodě kotoučů o úhel 180°. Kotouče jsou na svém obvodě opatřeny póly magnetu.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the torque measuring device according to the invention, which is based on the fact that for each disc two sensors are arranged coaxially opposite to each other and rotated 180 ° to each other on the periphery of the discs. The discs have magnet poles on their circumference.

Tím, že se použijí dva snímače proti sobě, vyloučí se rušivé kmity hřídele tak, že u jedné dvojice snímačů se fázový úhel v důsledku precésního pohybu hřídele zvětší a u druhé dvojice dojde k stejnému snížení fázového úhlu. U zařízení podle vynálezu se v podstatě vychází z hodnoty fázového úhlu obou dvojic snímačů, která se precésním pohybem hřídele neovlivňuje. Tím se docílí vyšší přesnosti měření, což má příznivý vliv na citlivost zařízení, umožňuje zkrátit potřebnou délku hřídele pro vyhodnoceni hřídele a provádět měření bez konstrukčních úprav a přídavných zařízení.By using two transducers opposite one another, the interference of the shaft is eliminated so that in one pair of transducers the phase angle increases due to the precession movement of the shaft and in the other pair the phase angle is reduced equally. In the device according to the invention, the phase angle value of the two sensor pairs is essentially based on the precision movement of the shaft. This results in higher measurement accuracy, which has a positive effect on the sensitivity of the device, makes it possible to shorten the shaft length required for shaft evaluation and to perform measurements without design modifications or additional devices.

Ka připojeném výkresu je znázorněn v axonometrickém pohledu příklad provedení zařízení pro měření kroutícího momentu.An exemplary embodiment of a torque measuring device is shown in an axonometric view of the accompanying drawing.

Na otáčející se otočný hřídel J_, přenášející torzní moment, jsou v určité vzdálenosti nad různými průřezy 8, 2 umístěny ozubené kotouče 2, j se stejnými počty zubů. U prvního ozubeného kotouče 2 jsou umístěny vzájemně proti sobě a pevně spojeny se základnou prvé držáky _4, 10 v nichž jsou umístěny prvé snímače j5, 12. Obdobně u druhého ozubeného kotouče 3 jsou umístěny vzájemně proti sobě a pevně spojeny se základnou druhé držáky 1 1 . v nichž jsou umístěny druhé snímače 2, 12· P^i zatížení otočného hřídele J. kroutícím momentem se v důsledku zkrouceni otočného hřídele vzájemně posouvají průchody zubů mezi prvými snímali 6, J_2 prvního ozubeného kotouče 2 a druhými snímači 2, U druhého ozubeného kotouče Při zkrucování otočného hřídele 1 lze u každé dvojice snímačů 6, 12, 2, 1 3. které indikují průchod zubu ozubených kotoučů 2, 2, odvodit fázový úhel jf, který je úměrný přenášenému torznímu momentu. Při čistě torzním pohybu je tento fázový úhel £ u každé dvojice stejný. Dojde-li však k případným vibračním pohybům hřídele 1, zejména k synchronním vibračním pohybům s frekvencí otáček, pak precésní pohyb otočného hřídele i způsobí u jedné dvojice snímačů ř>, 12 zvětšení a u druhé dvojice snímačů 2, 13 stejně velké snížení fázového úhlu £, takže pro další vyhodnocení není precésním pohybem hodnota fázového úhlu £ ovlivněna.To the rotating rotary shaft 11, transmitting the torsion moment, toothed discs 2 with the same number of teeth are placed at a certain distance above the different cross-sections 8, 2. In the first gearwheel 2, the first holders 4, 10, in which the first sensors 5, 12 are located, are opposed to each other and fixedly connected to the base. . in which the second transducers 2, 12 ' are located when the rotary shaft 1 is subjected to torque, due to the rotary shaft twist, tooth passages between the first transducers 6, 12 of the first toothed disc 2 and the second transducers 2, For example, twisting of the rotary shaft 1 can be derived for each pair of sensors 6, 12, 2, 13 which indicate the passage of the teeth of the toothed wheels 2, 2, which is proportional to the transmitted torsional moment. With a pure torsion movement, this phase angle θ is the same for each pair. However, if any vibrational movements of the shaft 1 occur, in particular synchronous vibrations with a rotational speed, then the precise movement of the rotary shaft 1 causes an increase in the pair of sensors ≥12, and a phase angle £ of the same pair, thus, for further evaluation, the value of the phase angle β is not affected by precession movement.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A torque measuring device comprising a rotating shaft to which toothed discs and sensor holders fixedly coupled to a base are fixedly connected, comprising sensors which are located in the immediate vicinity of the toothing of the discs, characterized in that for each disc (2, 3) two sensors (6, 12, 7, 13) are arranged coaxially aligned and rotated with respect to each other on the circumference of the disks (2, 3) by an angle of 180 °.

Device according to claim 1, characterized in that the discs (2, 3) have magnet poles on their circumference.