RU2658142C1 - Устройство для измерения крутящего момента - Google Patents
Устройство для измерения крутящего момента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658142C1 RU2658142C1 RU2017119580A RU2017119580A RU2658142C1 RU 2658142 C1 RU2658142 C1 RU 2658142C1 RU 2017119580 A RU2017119580 A RU 2017119580A RU 2017119580 A RU2017119580 A RU 2017119580A RU 2658142 C1 RU2658142 C1 RU 2658142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- protrusions
- flat spring
- gear
- torque moment
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для испытания, и может быть использовано для измерения крутящего момента в силовых установках, например в двигателях внутреннего сгорания. Заявленное устройство для измерения крутящего момента содержит вал со сменной торсионной частью, по разные стороны которой на валу закреплены зубчатые диски, между зубчатыми дисками размещен источник света, а с внешней стороны - два фотоприемника, зубчатые диски снабжены диаметрально расположенными встречными выступами, при этом выступы первого зубчатого диска с радиальным зазором входят в пазы выступов второго зубчатого диска, причем съемная торсионная часть вала выполнена в виде плоской пружины. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение технологичности устройства для измерения крутящего момента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для испытания, и может быть использовано для измерения крутящего момента в силовых установках, например в двигателях внутреннего сгорания.
Известные устройства для измерения крутящего момента представляют собой систему, состоящую из датчика и вторичного прибора. Первичным преобразователем в датчиках обычно используется вал (часть вала) цилиндрической формы, работающий на кручение - торсионный вал. Преобразование угла закручивания тормозного вала осуществляется чаще всего с применением зубчатых дисков (авт. свид. SU 546798, Бюл №6 от 15.02.1977; авт. свид. SU 647561, Бюл №6 от 15.02.1979; авт. свид. SU 773463, Бюл. №39 от 23.10.1980). Дальнейшее преобразование обеспечивают оптическим каналом (авт. свид. SU 1265498, Бюл. №39 от 23.10.1986; авт. свид. SU 1357731, Бюл. №45 от 07.12.1987), индуктивными датчиками (патент RU 2029273, опубл. 20.02.1995). Информативный сигнал формируют в форме частоты биений (патент RU 2196309, опубл. 10.01.2003.).
Общим недостатком известных устройств для измерения крутящего момента на основе торсионных валов является их низкая технологичность. В качестве материала валов используют либо высокоуглеродные, либо легированные стали. В любом случае для снижения внутренних потерь в материале за счет гистерезиса валы подвергают закаливанию. При закалке появляются коробление и окалина. Поэтому далее валы подвергаются шлифованию. После предварительной сборки и проверки работоспособности следует юстировка, в процессе которой жесткость торсионной части вала доводится до расчетного значения. Эта процедура предусматривает дополнительные разборку и шлифование торсионной части. Учитывая, что подшипники качения должны устанавливаться с натягом, суммарная технологичность устройства оказывается низкой.
В качестве прототипа принято устройство для измерения крутящего момента по патенту на полезную модель RU 84550 U1, МПК GOIL 3/04, опубл. 10.07.2009, Бюл. №19. Устройство, содержащее размещенный в корпусе вал с торсионной средней частью, на концах которого установлены втулки с зубчатыми дисками, на внутренних торцах этих втулок выполнены диаметрально расположенные соответственно выступы и впадины в форме кольцевых секторов, между зубчатыми дисками размещен источник света, а с внешней стороны - два фотоприемника, снабжено демпфером крутильных колебаний, элементы которого размещены на цилиндрических поверхностях выступов втулок, торсионная часть вала выполнена съемной и соединена со втулками посредством беззазорных муфт, при этом кольцевые части вала выполнены заодно со втулками. Торсионная часть вала выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины.
При анализе конструкции заметим, что втулки с выступами и зубчатые диски фактически являются единой деталью. Потребность в демпфере определяется характеристиками исследуемого источника крутящего момента и потребителя. Может оказаться, что диссипативные потери энергии в этих составляющих достаточно велики, тогда крутильные колебания невозможны и потребность демпфирования отсутствует. Например, проводится испытание поршневого двигателя внутреннего сгорания (источник крутящего момента) с применением фрикционного тормоза(потребитель). При таких испытаниях устройство для измерения крутящего момента устанавливается в разрыв кинематической цепи двигатель-тормоз.
Съемность первичного преобразователя (винтовой пружины) снижает трудоемкость операции разборки и сборки. Однако, доводка первичного преобразователя до расчетной жесткости в этом случае возможна только за счет длины проволоки пружины, а это предполагает переформирование концов предварительно закаленной пружины. Эта операция предполагает отжиг концов с последующей закалкой. Для пружин невысокой твердости материала возможна формовка закаленных концов, но и в этом случае требуется последующая термообработка для снятия внутренних напряжений. Таким образом, прототипу, как и аналогам, свойственна низкая технологичность.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение технологичности устройства для измерения крутящего момента.
Решаются задачи:
1. Разработка конструкции устройства для измерения крутящего момента высокой технологичности за счет исключения операций термообработки первичного преобразователя(торсионной части вала) на этапе юстировки.
2. Обоснование принимаемых решений.
Указанный результат достигается тем, что устройство для измерения крутящего момента, содержащее вал со съемной торсионной частью, по разные стороны которой на валу закреплены зубчатые диски, между зубчатыми дисками размещен источник света, а с внешней стороны - два фотоприемника, зубчатые диски снабжены диаметрально расположенными встречными выступами, при этом выступы первого зубчатого диска с радиальным зазором входят в пазы выступов второго зубчатого диска, съемная торсионная часть вала выполнена в виде плоской пружины, при этом плоская пружина защемлена серединой на одной части вала, а ее концы расположены в зазорах наружных колец пар подшипников качения, закрепленных внутренними кольцами в плоскости плоской пружины на торцах выступов зубчатого диска с другой части вала.
Устройство для измерения крутящего момента поясняется чертежами:
фиг. 1 - кинематическая схема;
фиг. 2 - осевой разрез;
фиг. 3 разрез А-А по фиг. 2.
Принятые обозначения
1. Корпус
2, 3. Подшипники полувалов
4, 5. Полувалы
6. Центральный подшипник
7, 8. Зубчатые блоки
9. Накладка
10. Винты накладки
11. Плоская пружина
12, 13. Выступы зубчатого блока 8
14, 15. Подшипники качения (выступов 12)
16, 17. Подшипники качения (выступов 13)
18. Штифты подшипников качения 14-17
19, 20. Выступы зубчатого диска 7
21, 22. Зубцовые зоны дисков
23. Источник света
24, 25. Фотоприемник
26. Модулятор
В корпусе 1 с помощью подшипников 2, 3 установлены два полувала 4, 5. Имеется центральный подшипник 6, который размещен в расточке полувала 5 с внутренней стороны и соединен с цапфой полувала 4. Полувалы 4, 5 снабжены зубчатыми дисками 7, 8. В центральной части полувала 4 с помощью накладки 9 и винтов 10 закреплена своей средней частью плоская пружина 11 (торсионная часть вала). На фиг. 2 зона установки накладки для наглядности условно повернута. На зубчатом диске 8 полувала 5 выполнены два выступа 12, 13. На торцовой поверхности выступов 12, 13 установлены по два подшипника качения (шарикоподшипники), соответственно 14, 15 и 16, 17. Каждый подшипник 14-17 установлен посредством ступенчатого штифта 18. Эти штифты запрессованы в выступы 12, 13 до упора ступенчатой частью, а подшипники 14-17 установлены с натягом по внутреннему кольцу на выступающей части штифов 18. Концы плоской пружины 11 размещены между наружными кольцами с некоторым натягом. Две поверхности выступов 12,13 выполнены плоскими в радиальном направлении и образуют угол α8. В целом, вал устройства составляют два полувала 4, 5 и сменная торсионная часть в виде плоской пружины 11. Плоская пружина изготавливается из закаленной плоской заготовки и в дальнейшем термообработке не подлежит.
Для взаимодействия с выступами 12, 13 на зубчатом диске 7 предусмотрены выступы 19, 20. Эти выступы имеют радиальные пазы с углом α7, при этом осевая длина паза такова, что обеспечивается взаимодействие выступов 12, 13 пазами выступов 19, 20 по плоским граням, которые соответствуют углам α7 и α8. Таким образом, в нештатной ситуации, когда измеряемый крутящий момент превысит допустимые пределы, деформация торсионной части вала (пружины 11) не превысит углового зазора γ
Преобразование деформации пружины 11 в электрический сигнал осуществляется оптическим каналом. Для этого на дисках 7, 8 выполнены одинаковые зубцовые зоны 21, 22, между которыми размещен источник света 23, а снаружи - на общей осевой линии - два фотоприемника 24, 25, например фотодиоды. В процессе вращения при нулевом крутящем моменте(плоская пружина 11 не деформирована) на фотоприемниках 24, 25 формируются одинаковые последовательности прямоугольных электрических импульсов. При появлении крутящего момента плоская пружина 11 изгибается и появляется фазовый сдвиг зубцовых зон дисков, что приводит к временному сдвигу последовательностей импульсов фотоприемников. Измеряемый крутящий момент пропорционален величине относительного временного сдвига последовательностей импульсов фотоприемников
где D- жесткость плоской пружины 11 на кручение;
Т - период последовательностей импульсов фотоприемников;
ΔT - временной сдвиг.
Расчетные значения жесткости D при юстировке устройства получают шлифованием торцов плоской пружины, уменьшая ее ширину. Для статических измерений и марологической аттестации устройства для измерения крутящего момента предусмотрен модулятор светового потока источника света. На фиг. 2, 3 модулятор представлен зубчатым ротором 26, который приводится во вращение от независимого привода. В случае применения устройства для измерения крутящего момента, когда диссипативные потери энергии источника крутящего момента(двигателя) и потребителя(тормоза) малы, в системе могут возникнуть колебания на частоте резонанса
где I - обобщенный момент инерции.
здесь Iдв, Iт - соответственно момент инерции двигателя и тормоза.
В предлагаемом устройстве частично демпфирование колебаний осуществляется за счет потери энергии в подшипниках 2, 3, 6 вала. Дополнительное демпфирование можно увеличить увеличением натяга сопряжения концов плоской пружины 11 с внешними кольцами пар 14-15 и 16-17 подшипников качения.
Работает устройство для измерения крутящего момента следующим образом. При исследовании двигателя предлагаемое устройство устанавливает в разрыв кинематической цепи двигатель-тормоз. В процессе вращения, если крутящий момент двигателя не равен нулю, происходит деформация торсионной части вала (плоской пружины 11), что приводит к фазовому сдвигу зубцовых зон 21, 22 дисков 7, 8. Модулированный световой поток источника света 23 формирует на фотоприемниках 24, 25 последовательности электрических импульсов, сдвинутых одна относительно другой на величину AT. Вторичный прибор преобразует это в значение измеряемого параметра по формуле (2).
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения крутящего момента высокотехнологично за счет конструктивной простоты. Настройка устройства осуществляется уменьшением ширины плоской пружины путем шлифования кромки, что не предусматривает процессов термообработки. Съем и установка плоской пружины не требуют полной разборки устройства.
Claims (2)
1. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее вал со сменной торсионной частью, по разные стороны которой на валу закреплены зубчатые диски, между зубчатыми дисками размещен источник света, а с внешней стороны - два фотоприемника, зубчатые диски снабжены диаметрально расположенными встречными выступами, при этом выступы первого зубчатого диска с радиальным зазором входят в пазы выступов второго зубчатого диска, отличающееся тем, что съемная торсионная часть вала выполнена в виде плоской пружины.
2. Устройство для измерения крутящего момента по п. 1, отличающееся тем, что плоская пружина защемлена серединой на одной части вала, а ее концы расположены в зазорах наружных колец пар подшипников качения, закрепленных внутренними кольцами в плоскости плоской пружины на торцах зубчатого диска другой части вала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119580A RU2658142C1 (ru) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Устройство для измерения крутящего момента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119580A RU2658142C1 (ru) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Устройство для измерения крутящего момента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658142C1 true RU2658142C1 (ru) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119580A RU2658142C1 (ru) | 2017-06-05 | 2017-06-05 | Устройство для измерения крутящего момента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658142C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200984U1 (ru) * | 2020-05-07 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Установка для испытаний пружинных двигателей |
| RU213411U1 (ru) * | 2022-06-29 | 2022-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Датчик крутящего момента |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU546798A1 (ru) * | 1975-06-17 | 1977-02-15 | Предприятие П/Я В-8618 | Устройство дл измерени крут щего момента |
| US4173265A (en) * | 1976-12-23 | 1979-11-06 | Still Gmbh | Device for measuring the torque in a shaft |
| RU84550U1 (ru) * | 2009-03-16 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный гуманитарный университет" (ВГГУ) | Устройство для измерения крутящего момента |
| RU2585482C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Устройство для измерения крутящего момента, скорости вращения вала и мощности на валу |
-
2017
- 2017-06-05 RU RU2017119580A patent/RU2658142C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU546798A1 (ru) * | 1975-06-17 | 1977-02-15 | Предприятие П/Я В-8618 | Устройство дл измерени крут щего момента |
| US4173265A (en) * | 1976-12-23 | 1979-11-06 | Still Gmbh | Device for measuring the torque in a shaft |
| RU84550U1 (ru) * | 2009-03-16 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный гуманитарный университет" (ВГГУ) | Устройство для измерения крутящего момента |
| RU2585482C1 (ru) * | 2015-03-20 | 2016-05-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Устройство для измерения крутящего момента, скорости вращения вала и мощности на валу |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200984U1 (ru) * | 2020-05-07 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Установка для испытаний пружинных двигателей |
| RU213411U1 (ru) * | 2022-06-29 | 2022-09-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Датчик крутящего момента |
| RU2826840C1 (ru) * | 2023-05-11 | 2024-09-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" | Оптоэлектронное устройство для измерения крутящего момента, осевой силы и скорости вращения инструмента |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6274796B2 (ja) | 自動車用のトルク伝達装置 | |
| Wachel et al. | Analysis of torsional vibrations in rotating machinery. | |
| CN104931259B (zh) | 一种变速摩擦片摩滑过程热弹耦合振动特性测试方法 | |
| Janssens et al. | Comparison of torsional vibration measurement techniques | |
| RU2658142C1 (ru) | Устройство для измерения крутящего момента | |
| EP2307260B1 (en) | Rotational testing system | |
| US20050103556A1 (en) | Method and apparatus for applying dynamic loads to a locked gear train for testing power transmission components | |
| Barthod et al. | Experimental study of dynamic and noise produced by a gearing excited by a multi-harmonic excitation | |
| Wang et al. | Torsional natural frequencies: measurement vs. prediction | |
| Egorov et al. | A method for evaluation of the chain drive efficiency | |
| Lu et al. | Experimental study on vibration reduction characteristics of gear shafts based on ISFD installation position | |
| RU84550U1 (ru) | Устройство для измерения крутящего момента | |
| Plöger et al. | Experimental identification of high-frequency gear mesh vibrations in a planetary gearbox | |
| Dou et al. | Torsional vibration suppression of a spline-rotor system using a multi-stable nonlinear energy sink | |
| US11781618B2 (en) | Damper device | |
| CN104100649A (zh) | 对分抱紧式联轴器 | |
| Xia et al. | Effects of contact interfaces on rotor dynamic characteristics of heavy-duty gas turbine generator set | |
| Ligata | Impact of system-level factors on planetary gear set behavior | |
| Du | Dynamic modelling and simulation of gear transmission error for gearbox vibration analysis | |
| Kučera et al. | The vibrodiagnostics of gears | |
| JP2019157971A (ja) | 動吸振器 | |
| RU2567689C1 (ru) | Зубчатое колесо | |
| Eshleman | Torsional vibration of machine systems | |
| Ivanović et al. | Design of test rigs for a dry dual clutch and its electromechanical actuator | |
| Hong et al. | Vibration characteristics of rotor system considering gear meshing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190606 |