RU218985U1 - Устройство измерения крутящего момента - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения силовых воздействий на основе упругих элементов. Полезная модель используется для измерения величины крутящего момента на валах. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения крутящего момента, в том числе при передаче большого момента. Устройство измерения крутящего момента содержит первый и второй валы, из которых первый вал установлен коаксиально внутри второго вала и связан со вторым валом через упругое звено с закрепленными на нем тензодатчиками. Упругое звено выполнено в виде одной упругой балки, которая своим наконечником шарнирно связана со вторым валом. Конструкция устройства проста и технологична. При установке устройства не требуются внешние узлы в виде компенсационных муфт. Устройство расширяет арсенал средств измерения крутящего момента, передающегося от одного вала другому.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения силовых воздействий на основе упругих элементов. Полезная модель может быть использована для измерения величины крутящего момента на валах.

Из патента РФ 108139 (опубл. 10.09.2011) известен датчик крутящего момента, который представляет собой фланец, содержащий внешний обод, к которому приложен момент нагрузки, внутренний обод, закрепляемый на выходном валу двигателя, четыре радиальные спицы, жестко установленные между внутренним и внешним ободами. Спицы представляют собой упругие элементы с закрепленными на них тензорезисторами, ориентированными по направлению вращения выходного вала, при этом пара тензорезисторов закреплена на обеих сторонах спицы.

Конструкция датчика с жестким соединением ободов приводит к большой погрешности измерений при наличии осевых нагрузок на валы. Для работы датчика требуются дополнительные внешние узлы, например, муфта для компенсации паразитных усилий. Это усложняет конструкцию и увеличивает габариты устройства.

Из патента РФ 2498243 (опубл. 10.11.2013) известно устройство для измерения крутящего момента, принятое за ближайший аналог (прототип). Устройство содержит ведущий вал, соединенный с корпусом, и ведомый вал. Ведомый вал установлен в подшипнике внутри корпуса ведущего вала и связан с корпусом ведущего вала через восемь упругих балок с закрепленными на них тензорезисторами. Каждая балка имеет наконечник сферической формы, расположенный в пространстве между радиальными ребрами корпуса.

Устройство работает следующим образом. На ведущий вал, соединенный с корпусом, подается крутящий момент. Корпус, соприкасаясь при вращении с наконечниками балок, передает момент на ведомый вал. На балках наклеены тензорезисторы, передающие сигналы на токосъемник, находящийся на ведомом валу.

К недостаткам устройства относится большая погрешность измерений. Это обусловлено тем, что каждая из восьми балок расположена со своим, отличным от остальных, зазором, и следовательно, на тензорезисторы действуют разные моменты. При этом, упругие балки в направлении изгиба (в поперечном сечении балки) выполнены одинаковой толщины, в том числе в месте крепления тензорезисторов, что приводит к разной деформации каждого тензорезистора в местах его контакта с балкой, и следовательно, способствует увеличению погрешности измерения.

Кроме того, упругие балки передают момент через наконечники сферической формы, которые контактируют при соприкосновении с корпусом только в одной точке. Точечный контакт не позволяет передавать большой момент на ведомый вал.

Технической задачей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков аналогов.

Технический результат – повышение точности измерения крутящего момента, в том числе при передаче большого момента.

Дополнительный технический результат – расширение арсенала средств измерения крутящего момента.

Технический результат достигается в устройстве измерения крутящего момента, содержащем первый и второй валы, из которых первый вал установлен коаксиально внутри второго вала и связан со вторым валом через упругое звено с закрепленными на нем тензодатчиками, при этом упругое звено выполнено в виде одной упругой балки, которая своим наконечником шарнирно связана со вторым валом.

Кроме того, упругая балка в направлении изгиба выполнена суженной в сторону наконечника для обеспечения равной деформации каждого тензодатчика в месте его крепления к балке.

Кроме того, тензодатчики связаны электрическими и информационными линиями связи с приемопередатчиком энергии и сигнала.

Кроме того, первый вал может быть использован в качестве ведущего вала, при ведомом втором вале.

Кроме того, второй вал может быть использован в качестве ведущего вала, при ведомом первом вале.

Кроме того, устройство снабжено датчиком положения и скорости, обеспечивающим определение положения валов и скорости их вращения относительно неподвижного корпуса.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлены главный вид устройства с разрезом и вид сверху с разрезом.

Нижеуказанными позициями на чертеже обозначены следующие элементы:

1 – первый вал; 2 – второй вал; 3 – подшипник; 4 – упругая балка; 5 – тензодатчики; 6 – наконечник балки; 7 – подшипник; 8 – корпус; 9 – приемопередатчик энергии и сигнала; 10 – датчик положения и скорости; 11 – плата преобразователя сигнала.

Устройство измерения крутящего момента содержит коаксиально установленные первый вал 1 и второй вал 2. Первый вал 1 установлен в подшипниках 3 внутри второго вала 2. Первый вал 1 снабжен упругой балкой 4, посредством которой указанный вал 1 связан со вторым валом 2. Упругая балка 4 жестко соединена или выполнена за одно целое с первым валом 1. При этом наконечник 6 балки связан со вторым валом 2 подвижным шарнирным соединением. На обеих сторонах упругой балки 4 закреплены тензодатчики 5.

Для обеспечения равной деформации каждого тензодатчика 5 в месте его крепления к упругой балке 4, указанная балка 4 в направлении изгиба выполнена суженной в сторону наконечника 6.

Первый вал 1 может быть использован в качестве ведущего вала, при ведомом втором вале 2. А также второй вал 2 может быть использован в качестве ведущего вала, при ведомом первом вале 1. Второй вал 2 установлен в подшипнике 7 внутри неподвижного корпуса 8.

Тензодатчики 5 связаны электрической и информационной линиями связи через преобразователь сигнала с бесконтактным приемопередатчиком энергии и сигнала 9. Преобразователь сигнала расположен на плате 11. В качестве приемопередатчика энергии и сигнала 9 может быть использован вращающийся трансформатор.

Устройство может быть снабжено датчиком 10 положения и скорости для определения положения и скорости вращения валов 1 и 2 относительно неподвижного корпуса 8.

Работа устройства при ведущем первом вале 1 осуществляется следующим образом. Крутящий момент подается на первый вал 1. Первый вал 1 передает момент на второй вал 2 через шарнирное соединение наконечника 6 балки со вторым валом 2. Передача усилия с одного вала на другой приводит к изгибу балки 4. Наклеенные на балке 4 тензодатчики 5 передают сигнал через преобразователь сигнала на приемопередатчик 9.

Работа устройства при ведущем втором вале 2 аналогична работе при ведущем первом вале 1. Это позволяет измерять момент при воздействии усилия и со стороны первого вала 1, и со стороны второго вала 2. Например, при установке устройства между валом электродвигателя и механическим приводом, соединенным с исполнительным механизмом, усилие может действовать не только со стороны электродвигателя, но и со стороны механического привода, на который в свою очередь воздействует исполнительный механизм.

В предложенном устройстве тензодатчики 5 размещены на одной балке 4, что обеспечивает передачу всего усилия через один упругий элемент, и следовательно, тензодатчики 5 измеряют момент одной и той же величины, что минимизирует погрешность измерения. При этом, за счет шарнирного соединения наконечника 6 со вторым валом 2 усилие передается через контактную поверхность, по сравнению с точечным контактом в прототипе, что позволяет производить измерения при передаче большого момента. В результате, повышена точность измерения величины крутящего момента, в том числе при передаче большого момента.

Конструкция устройства проста и технологична, т.к. содержит небольшое количество простых в изготовлении деталей. При установке устройства не требуются внешние узлы в виде компенсационных муфт.

Устройство расширяет арсенал средств измерения крутящего момента, передающегося от одного вала другому.

Claims (6)

1. Устройство измерения крутящего момента, содержащее первый и второй валы, из которых первый вал установлен коаксиально внутри второго вала и связан со вторым валом через упругое звено с закрепленными на нем тензодатчиками, отличающееся тем, что упругое звено выполнено в виде одной упругой балки, которая своим наконечником шарнирно связана со вторым валом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругая балка в направлении изгиба выполнена суженной в сторону наконечника для обеспечения равной деформации каждого тензодатчика в месте его крепления к балке.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензодатчики связаны электрическими и информационными линиями связи с приемопередатчиком энергии и сигнала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый вал может быть использован в качестве ведущего вала при ведомом втором вале.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вал может быть использован в качестве ведущего вала при ведомом первом вале.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком положения и скорости, обеспечивающим определение положения валов и скорости их вращения относительно неподвижного корпуса.

Images