MXPA05004531A - Transductor para medir un comportamiento dinamico del eje. - Google Patents

Transductor para medir un comportamiento dinamico del eje.

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Abstract

Un transductor (100) para detectar el comportamiento dinamico de un eje. El transductor comprende una pieza curva con un sensor (102) apoyado entre una pieza interior (101) y una pieza exterior (103). Al menos un medidor de esfuerzos se fija a la superficie de la pieza con el sensor curvo (102) para detectar un esfuerzo de la superficie ocasionado por el comportamiento dinamico del eje. La pieza interior, la pieza exterior y la pieza con el sensor curvo son substancialmente coplanares. La pieza interior comprende un medio para fijar el transductor a una superficie de montaje. La pieza interior tambien puede comprender una caracteristica de auto-alineacion para optimizar la sensibilidad del sensor.

Description

TRANSDUCTOR PARA MEDIR UN COMPORTAMIENTO DINÁMICO DEL EJE El invento se refiere a un transductor y más particularmente a un transductor para medir el comportamiento dinámico de un eje que tiene piezas concéntricas que soportan una pieza con un tensor curvo entre ellas.
Se conocen varios aditamentos para medir esfuerzos. Entre los aditamentos conocidos se encuentran las piezas sensoras de doble haz que incluyen piezas espaciadas en la pared extrema conectadas integralmente por medio de piezas paralelas de haz de luz, cuyas piezas son relativamente flexibles o fáciles de doblarse solamente en una dirección. Una de las paredes extremas generalmente está fijada a una estructura de soporte y el otro extremo está fijado en forma operativa o directamente a un eje. 3e conocen otros aditamentos que proporcional"; una conexión por ménsulas entre un eje y un aditamento sensor de carga. La naturaleza de la conexión por medio de ménsulas sirve para aumentar un ancho o grosor del aditamento, por medio : ;·: lo cual se aumenta el espacio necesario para a 1 oj ar1o . Representativa del oficio es la patente de EE.UU. No. ¦1,899, 599 a Eddens (1990) wue revela un aditamento sensor para medir la tensión en un alma o pieza con un filamento que incluye un marco, un eje que se extiende desde el marco y que tiene un alma o pieza con un filamento acoplable montada en el mismo, el aditamento sensor para esfuerzos soportando una porción del eje en el marco. Los transductores anteriores no son compactos ni se pueden utilizar como una parte integral de un sistema de poleas . Lo que se necesita es un transductor que incluya piezas concén icas y coplanares para soportar una pieza curva con un sensor colocado entre ellas. Lo que se necesita es un v.ransductor que se pueda acomodar en una polea. Lo que se necesita es un transductor que incluya piezas concéntricas y coplanares que soporten una pieza curva con un sensor colocado entre ellas y que tenga una característica de auto-alineación de carga. Este invento satisface estas necesidades .
El principal aspecto del invento es proporcionar un ransductor que incluye piezas concéntricas y coplanares que soportan una pieza curva con un sensor entre ellas. Otro aspecto del invento es proporcionar un transductor que se pueda acomodar en una polea. Otro aspecto del invento es proporcionar un transductor que- incluye piezas concéntricas y coplanares que soportan una pieza curva con un sensor colocado entre ellas y que tienen una característica de auto-alineación. Se señalarán otros aspectos del invento o serán obvios mediante la siguiente descripción del mismo y los dibujos que o acompañan . El invento incluye un transductor para detectar el comportamiento dinámico de un eje. El transductor incluye una oieza curva con un sensor soportado entre una pieza interior y una pieza exterior. Al menos un medidor de esfuerzos se fij a una superficie de la pieza con el sensor curvo para detectar el esfuerzo de una superficie ocasionado por el comportamiento dinámico de un eje. La pieza interior, la pieza exterior y la pieza con el sensor curvo son substancialmente coplanares. La pieza interior comprende un medio para fijar el transductor a una superficie de montaje. La pieza interior también puede comprender una característica cíe auto-alineación para optimizar la sensibilidad del sensor.
Los dibujos que se acompañan, que se incluyen y forman arte de la especificación, ilustran las incorporaciones tredominantes de este invento y junto con una descripción irven para explicar los principios del mismo. La Fig. 1 es una vista en perspectiva del transductor. La Fiq. 2 es una vista en perspectiva del transductor. La Fiq. 3 es una vista en planta del transductor. La Fiq. 4 A es una vista en planta del transductor. La Fiq. 4B es una vista transversal de la Fig. A en la inea 3-B. La Fig. 4C es una vista lateral en 4C-4C en la Fig. 4B. La Fig. 5 es una vista en perspectiva del transductor . La Fig. 6 es una vista parcial en planta de la porción e au.o-alineación. La Fig. 7 es una vista parcial en planta de la porción de auto-alineación.
La Fiq. 1 es una vista en perspectiva del transductor. El rransductor es relativamente compacto y se puede utilizar en una polea para medir la carga de un eje o su comportamiento dinámico. Esto incluye medir una carga central y por lo tanto la tensión de una banda. Una carga central es una carga que se imparte a una polea y a su eje por la tensión de una banda en un sistema de transmisión. El transductor también se puede utilizar para medir la vibración de un e ~ e - El transductor 100 generalmente 'comprende una pieza interior curva o anillo central 101, el anillo sensor 102 y la pieza exterior curva o anillo exterior 103. El anillo central 101 comprende una superficie interior 104 que actúa como un medio para fijar el transductor a una superficie de montaje. Un sujetador, como puede ser un perno, acopla el anillo central 101 a través de la superficie interior 104 para conectar el transductor a una superficie de montaje. El anillo central 101 es relativamente rígido para proporcionar un medio firme de conectar el transductor a una superficie de montaje. El anillo central 101 también puede comprender un eje integral para fijar dicho anillo central a una superficie ce montaje. El anillo central 101 está conectado a un anillo sensor 102 por medio de la porción de conexión o pieza 108. El anillo sensor 102 está conectado entre el anillo central 101 v el anillo exterior 103. El anillo sensor 102 t ier.e una forma curva que coopera en forma concéntrica con la orrr.a curva del anillo central 101 y el anillo exterior 103. ta relación concéntrica entre el anillo central, el anillo sensor y el anillo exterior permite que el transductor del invento tenga un diámetro mínimo para un mejor uso en áreas restringidas, como en una polea. La ranura 510 está colocada entre el anillo sensor 102 y el anillo exterior 103. La ranura 511 está colocada entre el anillo sensor 102 y el anillo interior 101. Bajo carga, el anillo sensor 102 se deforma hasta alcanzar una forma alargada o elíptica, con un eje mayor en la dirección A-A y un eje menor en la dirección B-B, ver la Fig. 3. Un ancho de la ranura 511 se determina por medio de una deformación total deseada del anillo sensor 102 en la dirección B-B bajo carga. Un ancho de la ranura 511 también es una función del grosor T del anillo sensor 102. Las condiciones dinámicas a las que se expone al anillo sensor determinan el grosor T. Al menos un medidor de esfuerzos se fija a un anillo sensor como se describe en la Fig. 3. Un vector de la fuerza ce la carga central está representado por el vector 600. El añil", o sensor 102 es lo suficientemente flexible para ocasionar un esfuerzo en la superficie que se realizará en la ubicación del medidor de esfuerzos al momento de la aplicación de la carga central al anillo central. El anillo sensor 102 está conectado a través de las piezas de conexión curvas 512 al anillo exterior 103 y la porción 107. La porción 107 y la pieza de conexión 108 está colocada en los lados subs tancialmente opuestos del anillo sensor 102. La conexión del anillo sensor 102 con el anillo exterior 103 en 'as piezas 512 incrementa los esfuerzos de la superficie en en anillo sensor 102 cuando se somete a una fuerza de carga central 600 a lo largo del eje A-A. Aunque el vector 600 nuestra tener una dirección particular, el transductor es capaz de detectar cargas que tienen .vectores en cualquier dirección. Por supuesto, se puede afectar una sensibilidad qiobal dependiendo de la relación espacial entre el vector 600 y la posición del medidor o medidores de esfuerzo con respecto a los mismos. Cada pieza 512 se deforma parcialmente conjuntamente con el anillo sensor 102 cuando el transductor se encuentra bajo carga. Las piezas 512 tienen un grado de oscilación que es una función de la carga dinámica que será soportada por el transductor, y más particularmente, por el anillo sensor 102. F, ] grado de oscilación predeterminado a su vez determina una forma curva de cada pieza 512. Ur. podrá apreciar que durante su funcionamiento el anillo sensor 102 estará sometido constantemente a vibraciones y cargas cíclicas. Esto a su vez impone esfuerzos en la conexión entre el anillo sensor 102 y el anillo exterior 103. Por lo tanto, la forma curva de las piezas 512 incrementa la vida operativa del transductor distribuyendo y dispersando, por consiguiente reduciendo, los aumentadores de esfuerzos que de otra manera podrían estar presentes en una conexión entre el anillo sensor 102 y el anillo exterior 103. Ksto, a su vez, minimiza las grietas potenciales por fatiga que de otra manera se producirían por los aumentadores de esfuerzos en la conexión. Las aperturas 105, 106 en el anillo exterior 103 se utilizan para facilitar la instalación de los medidores de esfuerzo 301 y 304 en el anillo sensor 102, ver la Fig. 3. El soporte 500 se puede utilizar para aceptar un acondicionador de señales del medidor de esfuerzos. El soporte 500 está fijado al anillo exterior 103. El soporte también se puede conformar o también se puede fundir como una parte integral del anillo exterior 103 ?1 anillo exterior 103 proporciona una fuerza estructural para el aditamento así como proporciona un medio para acoplar el transductor a un cojinete y a una polea. El anillo exterior 103 está colocado a presión en un cojinete de una polea, cuyo cojinete a su vez está acoplado con una polea para acoplar una banda. El anillo exterior 103 es lo suficientemente rígido para permitir la operación de rotación de una polea alrededor del transductor en un sistema de transmisión por banda. El Anillo central 101, el anillo sensor 102 y el anillo exterior 103 son substancialmente coplanares. Más particularmente, cada uno de los anillos está encajado dentro del otro. El encajamiento de los anillos reduce un grosor del aditamento del invento a un mínimo, por consiguiente permitiendo el uso del transductor en una polea, por ejemplo, en un sistema accesorio existente de transmisión en la parte extrema frontal de un vehículo donde el espacio puede estar restringido. El transductor del invento se puede utilizar oara reemplazar una polea existente en un sistema de transmisión por banda, por lo tanto permitiendo la reconversión para instalación de instrumentos sin o pocas modificaciones a un sistema existente. El transductor también se puede utilizar en un tensor entre una polea o brazo del :;e:isor en un eje de la polea del tensor en para medir un oiioort amiento dinámico del eje o el comportamiento dinámico d .! brazo del tensor. En la incorporación predominante el transductor del invengo que puede maquinar de una sola pieza de material, como metal. El aditamento también se puede fundir de un material adecuado como plástico o cerámica dependiendo de la carqa que soportará el transductor. En otra incorporación, puede incluir tres piezas, es decir, anillo central, anillo sensor y el anillo exterior unidos por adhesivos o tornillos, ver la Fig. 4a. En una incorporación, el anillo central y el anillo exterior incluyen un material de cerámica y el anillo sensor incluye un material metálico. Aún en otra incorporación, el anillo central y el anillo exterior pueden incluir un material plástico particularmente en aplicaciones de poca carga. El plástico solamente necesita tener un coeficiente suficiente y tener una resistencia suficiente a la temperatura operativa del motor al cual está montado. Todavía en otra incorporación, el anillo sensor y el anillo exterior incluyen una sola pieza maquinada, con el anillo central fijado con tornillos o adhesivos al anillo sensor. En esta incorporación, el anillo sensor y el anillo exterior oueden incluir un material metálico v el anillo central puede incluir un material de cerámica. El anillo central también puede incluir un material de plástico en una aplicación de relativamente poca carga. El plástico solamente necesita tener un coeficiente suficiente y tener una resistencia suficiente a la temperatura operativa del motor-ai cual está montado. La Fig. 2 es una vista en perspectiva del transductor. Se muestra el transductor 100 contenido en una polea 200. Un co "jinete o cojinetes se presionan en la parte de afuera del ¿•¡ni lio exterior 103 para ocupar un espacio anular entre el anillo exterior 103 y la polea 200. 21 soporte 550 está fijado al transductor por medio de los sujetadores 501 y 502.
La Fia. 3 es una vista en planta del transductor. Se muestra el anillo sensor 102 con los medidores de esfuerzo 301, 302, 303 y 304 montados en el mismo en una configuración completa de puente. Como tales los medidores de esfuerzo están conectados por los cables 401, 402 , 403 y 404. Los cables 402 y 403 llevan una dirección hacia el soporte 500 para conectarse con un cable de plomo de un instrumento. Los medidores de esfuerzo 301 y 304 se pueden fijar al anillo sensor 102 a través de las aperturas 105 y 106. Los medidores de esfuerzo están orientados de tal manera que un eje A-A del vector de fuerza esté perpendicular a una linea imaginaria B-B entre estos medidores. La Fig. 4A es una vista en planta del transductor. Esta es la incorporación que usa un anillo central 101 separado, un anillo sensor 102 y un anillo exterior 103 como se describe en algún otro lugar en el presente. El anillo sensor 102 está sujeto al anillo exterior 103 usando los tornillos lO.'i y 204. El anillo central 101 está sujeto al anillo sensor 102 usando los tornillos 201 y 202. Otros medios para sujetar los anillos pueden incluir soldadura, adhesivos, remachado u cero medio adecuado en el oficio. Los tornillos 201, 202, 203 y 204 están orientados como se muestra con respecto a un eje A-A de carga central. La Fig. 4B es una vista transversal de la Fig. 4A en la linea B-B. Se muestran los tornillos 201 y 204 conectando al anillo sensor 102 con el anillo exterior 103. El soporte 500 proporciona un medio de conectar los cables del medidor de esfuerzo a un cable de plomo de un instrumento como ya se describió anteriormente. La Fig. 4C es una vista lateral en 4C-4C en la Fig. 4B. Se muestran los tornillos 203 y 204 conectando el anillo exterior 103 al anillo sensor 102. La Fig. 5 es una vista en perspectiva del transductor. Los cojinetes 205 están presionados en el anillo exterior 103 del transductor 100. La polea 200 está presionada en los co j inetes 205. La Fig. 6 es una vista parcial en planta de la porción de auto-alineación. Para optimizar una sensibilidad del r.ransductor, es deseable que el anillo sensor esté colocado hacia el vector de la carga central 600 para que el vector 60G esté alineado con un eje A-A, por consiguiente alineando "os medidores de esfuerzo con un eje B-B, ver la Fig. 3. Esto se puede realizar utilizando una pieza de auto-alineación Más particularmente, se coloca una pieza de auto-alineación excéntrica 700 en la superficie interior 104 del anillo interior. A manera de ejemplo y no como una limir.ación, la pieza excéntrica 700 se ajusta a presión en la superficie interior 400. Uno podrá apreciar que la pieza 700 también puede incluir simplemente una parte integral de la pieza curva interior 101, esto es, la pieza curva interior incluye una superficie interior que tiene un centro 705 que p.o está alineado con el centro geométrico del transductor. La pieza excéntrica 700 incluye una superficie interior 701. El centro 705 de la superficie interior 701 está dispuesto excéntricamente a una distancia del centro geométrico 704 de la pieza excéntrica. El centro geométrico 704 de la pieza excéntrica también coincide con el centro geométrico del transductor y el centro geométrico del anillo sensor. El cojinete 702 está presionado' en la superficie ulterior 701. Una pieza de sujeción 703, como un perno, se proyecta y fija el cojinete 702, y por consiguiente al transductor , a una superficie de montaje (no se muestra) . Por acci n del cojinete 702 el transductor puede girar libremente alrededor de la pieza de sujeción 703. En una situación de ejemplo, se muestra un vector de carga central 600 actuando sobre el transductor. La carga central es provocada por una banda BT que tiene una tensión. En la configuración . del ejemplo, el vector 600 está ini cialmente descentrado hacia un laclo del centro de la superficie interior 705 a una distancia (D) . Inmediatamente cuando se aplica una carga central 600, la característica de auto-alineación de la pieza 700 opera para alinear adecuadamente el transductor. Más particularmente, la distancia [D) actúa como un brazo de palanca que ocasiona un momento dinámico de fuerza que se aplicará a la pieza excéntrica 700. El momento dinámico de fuerza provoca que la oieza excéntrica 700, y por consiguiente el transductor 100 y el anillo sensor 102, giren alrededor del cojinete 702 hasta que el vector 600 se alinea con. el centro 705, por lo cual el momento dinámico de fuerza de auto-alineación se elimina y se restaura el equilibrio. Esta forma de operación de auto-alineación aplica independientemente de la dirección del vector 600. La Fig. 7 es una vista parcial en planta de la porción ele auto-alineación. El vector 600 está alineado con el centro de la superficie interior 705. Esta orientación resulta en que los medidores de esfuerzo 301, 302, 303 y 304 se encuentran en una posición óptima de detección, es decir, alineados con el eje B-B como se describe en la Fig. 3 Uno podrá apreciar que el transductor puede operar con o sin la pieza de auto-alineación 700 como se describió en las Figuras 6 y 7. El uso de la pieza de auto-alineación 700 depende de una sensibilidad deseada para el transductor. Esto también puede depender en parte en el rango de movimiento del vector 600 durante su operación. La sensibilidad del transductor es una función de la alineación del o de los medidores de esfuerzo con un vector de carga 600. Por ejemplo, si el transductor del invento se usa con una polea guia con un rango estrecho de direcciones para el vector 600, .la necesidad de utilizar la pieza de auto-alineación puede ser menos importante. En la alternativa, cuando el transductor se utiliza en un tensor que tiene relativamente un rango largo de movimiento causado por un movimiento del brazo del "censor, el uso de la pieza de auto-alineación tiene sus ventajas para mantener una sensibilidad deseada para el t ar.sdu tor . Aunque en el presente se han descrito varias formas del invento, para los expertos en el oficio será obvio que se pueden li cer variaciones en la construcción y relación de partes sin apartarse del espíritu y alcance del invento que aquí se describe.

Claims (30)

REIVINDICACIONES Reivindico :
1. Un transductor que incluye: una pieza exterior; ¦irif, pieza interior ; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora soportado entre la pieza exterior y la pieza interior; y la pieza exterior y la pieza interior son coplanares.
2. El transductor como en la reivindicación 1 que demá s i ncluye: al menos un medidor de esfuerzo colocado en una superficie de la pieza curva sensora.
3. El transductor como en la reivindicación 1 en donde la pieza curva sensora y la pieza exteror y la pieza interior son coplanares.
4. El transductor como en la reivindicación 1 en donde la pieza interior describe un medio para conectar la pieza interior con una superficie de montaje.
5. El transductor como en la rei indicación 1 en donde la pieza exterior y la pieza interior son concéntricas.
6. Un transductor que incluye: una pieza exterior; una pieza interior; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora colocada entre la pieza exterior y la pieza interior; al menos un medidor de esfuerzo colocado en una superficie de la pieza curva sensora; y la pieza exterior y la pieza interior son coplanares.
7. El transductor como en la reivindicación 6 en donde la pieza curva sensora y la pieza exterior y la pieza inferior son coplanares.
8. ?1 transductor como en la reivindicación 6 en donde la pieza interior describe un medio para conectarse a una superficie de montaje.
9. El transductor como en la reivindicación 6 en donde la pieza exterior y la pieza interior son concéntricas.
10. Un transductor que incluye: una pieza exterior; una pieza interior; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora conectada a la pieza exterior en un primer punto y conectada a la pieza interior en un segundo junto; el primer punto y el segundo punto colocados en lados u stancialmente opuestos a la pieza curva sensora; y la pieza exterior y la pieza interior son coplanares.
1 1 . El transductor como en la reivindicación 1 0 que demás incluye: Al míeno s un medidor de esfuerzo colocado en un a uperficie de la pieza curva sensora.
12 . El transductor como en la reivindicación 10 en onde la pieza curva sensora y la pieza exterior y la pieza nterior son coplanares.
1 3 . El transductor como en la reivindicación 10 en onde la pieza interior describe una superficie interior.
1 4 . El transductor como en la reivindicación 10 en onde la pieza exterior y la pieza interior son concéntricas.
1 5 . Un sensor que incluye: una pieza curva exterior; una pieza curva interior; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora conectada entre la pieza curva xterior y la pieza curva interior; al míeno s un medidor de esfuerzo colocado en una uperficie de la pieza curva sensora; y la pieza curva exterior y la pieza curva interior son ^.•aplanares .
16. El sensor como en la reivindicación 15 en donde la pieza curva sensora y la pie a curva exterior y la pieza curva interior son coplanares.
17. El sensor como en la reivindicación 15 en donde la jieza curva exterior y la pieza curva interior son concéntricas .
18. El sensor como en la reivindicación 15 en donde la pieza curva exterior y la pieza curva interior son )ncéntricas .
19. El sensor como en la reivindicación 15 que además incluye una pieza curva de co lexión entre el anillo curvo sensor y el anillo curvo exteric
20. Un sensor que incluye: una pieza curva exterior; una pieza curva interior; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora conectada entre la pieza curva exterior y la pieza curva interior, una pieza curva de conexión que conecta el anillo curvo sensor y el anillo curvo exterior; y la pieza curva exterior y la pieza curva interior son ceprenares .
21. El sensor como en la reivindicación 20 que además i neluve : ai menos un medidor de esfuerzo colocado en una superficie de la pieza curva sensora.
22. El sensor como en la reivindicación 20 en donde la pieza curva sensora y la pieza curva exterior y la pieza curva interior son coplanares.
23. El sensor como en la reivindicación 20 en donde ieza curva interior describe una superficie interior.
24. El sensor como en la reivindicación 20 en donde ieza curva exterior y la pieza curva interior oncén ricas .
25. Un sensor que incluye: una pieza curva exterior; una pieza curva interior; una pieza curva sensora para detectar un esfuerzo; la pieza curva sensora conectada entre la pieza curva exterior y la pieza curva interior; al menos un medidor de esfuerzo colocado en una superficie de la pieza curva sensora; la pieza curva exterior y la pieza curva interior son coplanares; y la pieza curva interior que incluye una superficie interior descentrada -del centro de un sensor, por lo cual el sensor puede girar excéntricamente alrededor del centro del ensor.
26. El sensor como en la reivindicación 25 en donde la pieza curva sensora y la pie a curva exterior y la pieza curva interior son coplanares .
27. El sensor como en la reivindicación 25 en donde la pieza curva interior describe una superficie interior.
28. El sensor como en la reivindicación 25 en donde la pieza curva exterior y la pieza curva interior son concéntricas.
29. El sensor como en la reivindicación 25 que además incluye una pieza curva de conexión entre el anillo curvo sensor y el anillo curvo exterior. !0
30. El sensor como en la reivindicación 25 que además incluye un cojinete colocado en la superficie interior descentrada para acoplar un sujetador.
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