SK277849B6

SK277849B6 - Sensor of rotating moment

Info

Publication number: SK277849B6
Application number: SK232292A
Authority: SK
Inventors: Bohumil Pospisil
Original assignee: Bohumil Pospisil
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1995-04-12
Also published as: SK232292A3; CZ232292A3; DE4323960A1; CZ278479B6

Abstract

Consists of sensing mechanism of axial feed or axial power and/or kinematic mechanism of regulation of rotating moment, which functionaly fasten on axial feeds of middle part (3) of hollow torsional casing (1) which is located coaxial between two lateral parts (2 and 4), strong gripped on shaft (h). Middle part (3) is with lateral parts (2, 4) mechanical connected by partition walls (5) located on periphery of torsional casing (1) aslant backswept from lateral parts (2 and 4) to middle part (3), at which the longitudinal axis of partition walls (5) include with longitudinal axis (o) of torsional casing (1) angle (alpha) bigger than ± 70 degrees and smaller than ± 90 degrees. Sensing mechanism of axial feed can be fitted with two-sided sensors (10) of feed, or can be in reach of middle part (3) of torsional casing (1) of axialy located nozzle for liquid or gas medium.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka snímača krútiaceho momentu prenášaného stojacím alebo rotujúcim hriadeľom, alebo inou torznou pružinou. Veľkosť a zmysel krútiaceho momentu, ktorý sa prejavuje relatívnym radiálnym pootočením dvoch vzájomne v odstupe usporiadaných priečnych rezov zaťažovaného hriadeľa, sa prevádza skrotným plášťom na axiálny posuv, ktorý transformuje stojacu sústavu snímačov posuvu na zodpovedajúci analógový signál, alebo sa snímajú sily vyvodzované axiálne posuvnou časťou skrotného plášťa, prípadne sa na túto časť skrotného plášťa priamo napojí ovládanie regulácie.The present invention relates to a torque sensor transmitted by a stationary or rotating shaft or other torsion spring. The magnitude and sense of torque, which is manifested by the relative radial rotation of two spaced apart cross-sections of the loaded shaft, is converted into an axial displacement housing by means of a casing, which transforms the displacement transducer assembly into a corresponding analog signal or axial displacement forces. or the control control can be directly connected to this part of the cover.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pre snímanie a meranie krútiaceho momentu bol dosiaľ vyvinutý celý rad riešení na rôznych princípoch bez toho, že by bol tento problém vyriešený, najmä v oblasti prevádzkových meraní výkonov točivých strojov. Okrem iného jestvujú už aj snímače krútiaceho momentu využívajúce možnosti prevodu relatívneho uhlového pootočenia dvoch vzájomne v odstupe usporiadaných priečnych rezov hriadeľa prenášajúceho krútiaci moment na axiálnu zmenu dĺžky časti vlastného hriadeľa, ktoré sú na tento účel upravené, alebo na axiálnu zmenu vzájomnej polohy jednotlivých častí prevodníka, ktorý sa upevňuje koaxiálne na hriadeľ.Many torque solutions have been developed for torque sensing and measurement so far without solving this problem, particularly in the field of operational measurement of rotating machine power. Among other things, there are already torque sensors utilizing the possibility of converting the relative angular rotation of two mutually spaced transverse cross-sections of the torque transmitting shaft for axially changing the length of a portion of the shaft itself, or for axially changing the relative position of the individual which is fixed coaxially to the shaft.

Zariadenie využívajúce na meranie krútiaceho momentu axiálne posuvy upravených časti samotného hriadeľa je známe z nemeckej patentovej prihlášky zverejnenej v roku 1981. Podľa tohto riešenia je časť hriadeľa vytvorená ako dutá rúrka, ktorá má po obvode svojho plášťa aspoň jeden rad štrbín tak, že stojiny materiálu, ktoré medzi štrbinami zostávajú, zvierajú s osou uhol hriadeľa v rozsahu od ±20° do ±70°. Po oboch stranách rad štrbín je dutý hriadeľ opatrený prírubovými obvodovými prstencami. Jednému z týchto prstencov je priradený snímač axiálneho posuvu na meranie zmeny axiálnej dĺžky rúrky opatrenej štrbinami.Apparatus utilizing axial displacement of the modified portions of the shaft itself is known from the German patent application published in 1981. According to this solution, the portions of the shaft are formed as a hollow tube having at least one row of slits around the circumference of its housing such that which remain between the slots, clamp the shaft angle with the axis within a range of ± 20 ° to ± 70 °. On both sides of the row of slots, the hollow shaft is provided with flange circumferential rings. One of these rings is associated with an axial displacement sensor to measure the change in the axial length of the slotted tube.

V prípade, že má dutá časť hriadeľa dva rady štrbín, sú tieto štrbiny pripadne vzniknuté stojiny orientované vzhľadom na os hriadeľa opačne. Medzi radmi štrbín a po stranách sú potom uložené tri prírubové prstence a sú navrhnuté dva indukčné snímače dráhy, ktorými sa môžu kompenzovať celkové axiálne posuvy vplyvom zmeny axiálneho uloženia hriadeľa. Indukčný snímač dráhy je potom tvorený vždy dvoma cievkami v obvyklom jednostrannom usporiadaní, t. j. s jednostranne otvoreným magnetickým obvodom, kde je každá cievka schopná reagovať len na zmenu veľkosti jednej axiálnej medzery.If the hollow shaft part has two rows of slots, the slots or the resulting webs are oriented opposite the shaft axis. Three flange rings are then positioned between the rows of slots and the sides and two inductive displacement sensors are provided, which can compensate for the total axial displacements due to a change in the axial bearing of the shaft. The inductive travel sensor is then formed by two coils in a conventional one-sided configuration, i.e., a coil. j. with a one-sided open magnetic circuit, where each coil is able to respond only to a change in size of one axial gap.

Nedostatkom tohto meracieho zariadenia je okrem nízkej citlivosti, presnosti a stability merania tiež potreba opatriť každý meraný hriadeľ dutým úsekom s radom alebo radmi štrbín a stojín, ktoré sú z pevnostného hľadiska schopné preniesť celý meraný krútiaci moment. S tým sú spojené vysoké náklady a nepoužiteľnosť takéhoto zariadenia na meranie krútiaceho momentu na iných hriadeľoch.The disadvantage of this measuring device is, besides the low sensitivity, accuracy and stability of the measurement, also the need to provide each measured shaft with a hollow section with a row or rows of slots and columns which are capable of transmitting the entire measured torque in strength. This entails the high cost and inapplicability of such a torque measuring device on other shafts.

Ďalšie známe riešenie, ktoré využíva princíp prevodu relatívneho radiálneho uhlového pootočenia na axiálny posuv, zverejnené tiež v roku 1981, je opísané v československom autorskom osvedčení, ktoré bolo vydané v roku 1984. Podľa predmetu tohto autorského osvedčenia je však prevod relatívneho radiálneho uhlového natočenia na axiálny posuv uskutočnený prostredníctvom pre vodníka, ktorý sa pevne súsosovo uchytí na hriadeľ prenášajúci krútiaci moment.Another known solution, which uses the principle of converting relative radial angular rotation to axial displacement, also published in 1981, is described in the Czechoslovak author's certificate issued in 1984. However, according to the subject of this author's certificate, the conversion of relative radial angular rotation to axial a displacement by means of a water spreader which is rigidly axially mounted on the torque transmitting shaft.

Tento mechanický prevodník je tvorený dutým skrotným plášťom, ktorý pozostáva z dvoch krajných a jednej strednej časti, ktoré sú navzájom súosové a spojené radmi priečok. Priečky sú tuhé v radiálnom smere a poddajné v tangenciálnom smere a sú rozmiestnené po obvode skrotného plášťa tak, že smerom od krajných častí sa šípovite zbiehajú k jeho strednej časti. Obe krajné časti skrotného plášťa sú určené na jeho axiálne upevnenie na hriadeľ prenášajúci krútiaci moment, zatiaľ čo stredná časť sa môže axiálne posúvať vzhľadom na tento hriadeľ pri jeho zaťažení. Každá časť skrotného plášťa je na svojom vonkajšom povrchu výhodne opatrená obvodovým prstencom, takže na obvode skrotného plášťa vzniknú axiálne medzipriestory na umiestnenie snímačov axiálneho posuvu jeho častí. Za účelom merania veľkosti a zmyslu krútiaceho momentu je potrebné takto umiestniť v dosahu strednej časti najmenej jeden snímač jej axiálneho posuvu vzhľadom na krajnú časť.This mechanical transducer consists of a hollow sheath consisting of two extreme and one central parts which are coaxial to each other and connected by rows of crossbars. The partitions are rigid in the radial direction and pliable in the tangential direction and are spaced around the perimeter of the casing so that they converge arrow-like from the extreme portions to the middle part thereof. The two outer portions of the casing are intended to be axially mounted on the torque transmitting shaft, while the central portion can be moved axially relative to the shaft when it is loaded. Each portion of the cover is preferably provided with a peripheral ring on its outer surface so that axial interspaces are formed on the circumference of the cover to accommodate axial displacement sensors of its portions. In order to measure the magnitude and purpose of the torque, at least one sensor of its axial displacement relative to the extreme part must be positioned within the range of the central part.

Priečky sú pritom k jednotlivým častiam skrotného plášťa pripojené pevne alebo kĺbové tak, že osi otáčania sú v mieste pripojenia kolmé na jeho pozdĺžnu os, pričom v opise prilďadu konkrétneho vyhotovenia podľa tohto autorského osvedčenia sa rovnako ako v patentových nárokoch uvedenej nemeckej patentovej prihlášky uvádza, že priečky zvierajú s osou prevodníka uhol ±/-45°.The partitions are rigidly or articulated to the individual parts of the casing so that the axes of rotation are perpendicular to its longitudinal axis at the point of attachment, and the description of an embodiment of this copyright certificate states that, as in the claims of said German patent application, the rungs form an angle of ± / -45 ° with the converter axis.

V československom autorskom osvedčení sú vzhľadom na nemeckú zverejnenú patentovú prihlášku uvedené ešte možnosti, ako využiť účinky krútiaceho momentu prevedené na axiálny posuv. Ide hlavne o určenie veľkosti a zmyslu krútiaceho momentu meraním axiálnej sily vyvodzovanej strednou časťou vzhľadom na krajné časti a o možnosť priameho mechanického napojenia axiálne posuvnej strednej časti skrotného plášťa na ovládaciu časť regulačného systému.With regard to the German published patent application, the Czechoslovak author certificate also mentions the possibilities of utilizing the torque effects converted to axial displacement. This mainly involves determining the magnitude and purpose of the torque by measuring the axial force exerted by the central part with respect to the extreme portions and the possibility of directly mechanically connecting the axially movable middle portion of the casing to the control part of the control system.

Je jasné, že riešenie snímača krútiaceho momentu opísané v československom autorskom osvedčení nevyžaduje potrebu väčšej úpravy, alebo prípadné prerušenie meraného hriadeľa, nenarušuje torzné vlastnosti meraného zariadenia, je prenosné na iné hriadele a odstraňuje tak najzávažnejšie nedostatky riešenia snímača krútiaceho momentu známeho zo zverejnenej nemeckej patentovej prihlášky. Naďalej však vykazuje ešte nedostatočnú citlivosť, a tým presnosť merania, spôsobenú hlavne konštrukciou skrotného plášťa, a nie úplne vyhovujúcim vyhotovením elektrických snímačov axiálnych posuvov jeho strednej časti z hľadiska kompenzácie rušivých prevádzkových vplyvov.It is clear that the torque sensor solution described in the Czechoslovak author's certificate does not require the need for any major modification, or potential interruption of the measured shaft, does not interfere with the torsional properties of the measured device, is portable to other shafts and eliminates the most serious shortcomings of the torque sensor solution known . However, it still exhibits a lack of sensitivity, and hence measurement accuracy, mainly due to the design of the casing, and not a fully satisfactory embodiment of the electric transducers of the axial displacements of the central part thereof in terms of compensation for disturbing operating influences.

Úlohou predloženého vynálezu je odstrániť uvedené nedostatky opísaných riešení a vytvoriť snímač krútiaceho momentu pôsobiaceho tak v stojacich torzných pružinách, hlavne hriadeľoch, ako aj v rotujúcich hriadeľoch pri ich ľubovoľných otáčkach, vhodný svojím vyhotovením, presnosťou a spoľahlivosťou nielen na skúšobné, ale aj na trvalé prevádzkové merania.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to overcome these drawbacks of the described solutions and to provide a torque sensor operating in both torsion springs, especially shafts, and rotating shafts at any speed, suitable in design, accuracy and reliability not only for testing but also for continuous operation measurement.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky doterajších riešení odstraňuje a vytýčenú úlohu plní snímač krútiaceho momentu s mechanickým prevodom radiálneho uhlového potočenia na axiálny posuv, tvorený dutým skrotným plášťom pozostávajúcim z dvoch krajných častí na pevné uchytenie k hriadeľu prenášajúceho krútiaci moment, alebo ktoré na tento hriadeľ priamo nadväzujú a zo strednej časti, ktorá je s nimi súosová a mechanicky spojená s oboma krajnými časťami priečok usporiadanými po obvode skrotného plášťa šípovite od krajných častí k strednej časti, pričom v dosahu strednej časti je priradený najmenej jeden snímač jej axiálneho posuvu, alebo je stredná časť skrotného plášťa v styku so snímačom axiálnej sily vyvodzovanej strednou časťou vzhľadom na krajné časti, alebo je stredná časť skrotného plášťa mechanicky napojená na priame ovládanie regulácie.The above-mentioned shortcomings of the prior art are eliminated and the task is fulfilled by a torque sensor with mechanical conversion of radial angular rotation to axial displacement, consisting of a hollow casing consisting of two extreme parts for firm gripping to the torque transmitting shaft or directly from this shaft. a part coaxial to and mechanically connected to the two extremities of the crossbars arranged in an angular fashion from the peripheral parts to the central part, with at least one axial displacement sensor attached to the central part, or the central part of the protective casing in contact with an axial force transducer exerted by the central part with respect to the extremities, or the central part of the casing is mechanically connected for direct control of the control.

Podstata vynálezu spočáva v tom, že uhol sklonu priečok vzhľadom na pozdĺžnu os skrotného plášťa, to jest uhol, ktorý zvierajú pozdĺžne osi priečok s pozdĺžnou osou skrotného plášťa, je v rozsahu od ±70' do ±90“, pričom kladný alebo záporný zmysel uhlu sklonu priečok závisí na ich orientácii vzhľadom na strednú časť skrotného plášťa.The principle of the invention is that the angle of inclination of the crossbars relative to the longitudinal axis of the concealment, i.e. the angle which the longitudinal axes of the transverse with the longitudinal axis of the concealment, are within ± 70 'to ± 90 ", positive or negative the inclination of the crossbars depends on their orientation with respect to the central part of the sheath.

Podľa jednej výhodnej alternatívy snímača krútiaceho momentu, je snímač axiálneho posuvu strednej časti dvojstranný a opatrený jednou citlivou stranou v dosahu axiálnych posuvov strednej časti skrotného plášťa, zatiaľ čo jeho druhá strana, rovnako citlivá strana je v dosahu axiálnych posuvov príslušnej krajnej časti skrotného plášťa.According to one preferred alternative of the torque sensor, the axial displacement sensor of the central portion is double-sided and has one sensitive side within the axial displacements of the middle portion of the housing, while its other side, the same sensitive side is within the axial displacements of the respective outer portion of the housing.

Pri inom výhodnom tvare vyhotovenia snímača krútiaceho momentu je proti čelnej ploche strednej časti skrotného plášťa v dosahu ich axiálnych posuvov umiestnená aspoň jedna dýza na plynné alebo kvapalné médium, ktorá je súčasťou ovládania regulácie.In another preferred embodiment of the torque sensor, at least one nozzle for a gaseous or liquid medium, which is part of the control control, is disposed against the front face of the central portion of the casing within their axial displacements.

Výhodou snímača krútiaceho momentu s prevodom radiálneho uhlového pootočenia na axiálny posuv podľa vynálezu je vysoká citlivosť prevodu krútiaceho momentu na axiálny posuv, veľmi účinná kompenzácia vplyvu zmien axiálneho uloženia a vibrácii snímačov axiálnych posuvov a prípadná možnosť priameho ovládania regulácie neelektrický a bezdotykove.The advantage of the torque sensor with radial angular rotation to axial displacement according to the invention is the high sensitivity of the torque conversion to axial displacement, a very efficient compensation of the influence of changes in the axial bearing and the vibration of the axial displacement sensors and possible direct control.

Pre všetky alternatívy snímačov krútiaceho momentu podľa vynálezu má zásadný význam vytvorenie priečok v uhlom sklonu v rozsahu od ±70’ do ±90“. To totiž umožňuje dosiahnuť až niekoľkonásobné väčšie axiálne posuvy zodpovedajúce prenášaným krútiacim momentom vzhľadom na doterajšie priečky s uhlom sklonu pohybujúcim sa väčšinou okolo ±45°, čo má na rozšírenie a praktické využitie daného typu snímačov krútiaceho momentu rozhodujúci vplyv.For all the alternatives of the torque sensors according to the invention, it is essential to form the bars at an angle of inclination in the range of ± 70 'to ± 90'. This makes it possible to achieve up to several times greater axial displacements corresponding to the transmitted torques with respect to the existing partitions with an inclination angle of mostly about ± 45 [deg.], Which has a decisive influence on the expansion and practical application of the type of torque sensor.

Na dobrých vlastnostiach snímačov krútiaceho momentu vybavených jedným alebo viacerými snímačmi axiálneho posuvu sa výrazne podieľa podľa vynálezu uskutočnené usporiadanie snímačov posuvu. Použitie dvojstranných snímačov axiálneho posuvu sa na rozdiel od obvykle používaných snímačov s jednou citlivou stranou prejavuje samočinnou kompenzáciou vplyvu zmeny ich axiálneho uloženia, a tým aj vlastných axiálnych vibrácii.The arrangement of the displacement sensors according to the invention contributes significantly to the good properties of the torque sensors provided with one or more axial displacement sensors. The use of double-sided axial displacement transducers, in contrast to conventional one-sided side transducers, results in a self-compensating effect of the change in their axial bearing, and hence the actual axial vibration.

Priame napojenie regulácie na snímač krútiaceho momentu vedie k značnému zjednodušeniu regulačnej sústavy. V prípade rotujúceho hriadeľa dáva použitie dýzy na plynné alebo kvapalné médium možnosť previesť toto priame napojenie bezdotykove bez pomoci ložísk.The direct connection of the control unit to the torque sensor leads to a considerable simplification of the control system. In the case of a rotating shaft, the use of a nozzle on a gaseous or liquid medium gives the possibility of converting this direct connection without contact without the aid of bearings.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Vynález bude bližšie vysvetlený na jednom konkrétnom príklade vyhotovenia snímača krútiaceho momentu so snímacím ústrojenstvom axiálneho posuvu tvoreného elektrickými indukčnými snímačmi posuvu tvoreného elektrickými indukčnými snímačmi posuvu, ktorého celkové usporiadanie je schematicky znázornené v čiastočnom pozdĺžnom reze na pripojenom výkrese.The invention will be explained in more detail in an example of an embodiment of a torque sensor having an axial displacement transducer formed by electric inductive displacement transducers formed by electric inductive displacement transducers, the overall arrangement of which is schematically shown in partial longitudinal section in the attached drawing.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Z pripojeného obrázku je dobre zrejmé, že snímač krútiaceho momentu podľa vynálezu pozostáva zo skrotného plášťa 1, ktorý je tvorený dutým valcovým telesom upevneným súosovo, neotočne na hriadeľ h prenášajúci krútiaci moment Mk, a stacionárnou sústavou elektrických indukčných snímačov 10 posuvu, umiestnených v držiaku 9, ktorý je na skrotnom plášti 1 uložený otočné a axiálne neposuvne. Ďalšou možnosťou úpravy uchytenia nerotujúceho držiaka 9 pritom môže byť jeho otočné uloženie na meraný hriadeľ h, alebo pevné uloženie na statorovú časť meraného zariadenia.It is clearly apparent from the attached figure that the torque sensor according to the invention consists of a sleeve 1 which consists of a hollow cylindrical body mounted coaxially, non-rotatably on the shaft h transmitting torque Mk, and a stationary assembly of electric induction displacement sensors 10 disposed in the holder , which is mounted on the cover 1 in a rotatable and axially non-movable manner. Another possibility of adjusting the gripping of the non-rotating holder 9 can be rotatably mounted on the shaft to be measured h, or fixed mounting on the stator part of the measured device.

Skrotný plášť 1 pozostáva z dvoch krajných častí 2 a 4 a strednej časti 3 umiestnenej koaxiálne medzi nimi. Na hriadeľ h je skrotný plášť 1 pevne uchytený len ľavou krajnou časťou 2 a pravou krajnou časťou 4, a to v rovinách kolmých na jeho pozdĺžnu os o, ktorá je súčasne aj osou rotácie hriadeľa h. Stredná časť 3 je priechodná, axiálne posuvná a je s každou krajnou časťou 2 aj 4 mechanicky spojená priečkami 5 v tvare plochých rebier obdĺžnikového priečneho prierezu, ktoré sú tuhé v radiálnom a poddajné v tangenciálnom smere k pozdĺžnej osi o, a ktoré smerujú šikmo šípovite k strednej časti 3. Pri znázornenom vyhotovení tvoria priečky 5 integrálnu súčasť skrotného plášťa 1, sú usporiadané rovnomerne po jeho obvode a ich konce sú s príslušnými krajnými časťami 2 a 4 a so strednou časťou 3 pevne spojené.The scraper housing 1 consists of two outer parts 2 and 4 and a central part 3 located coaxially between them. On the shaft h, the casing 1 is fixedly fixed only by the left outer part 2 and the right outer part 4, in planes perpendicular to its longitudinal axis o, which is also the axis of rotation of the shaft h. The central portion 3 is continuous, axially displaceable and is mechanically connected to each of the outer portions 2 and 4 by means of rectangular cross-sectional ribs 5 which are rigid in radial and yielding tangentially to the longitudinal axis o and which point obliquely to In the embodiment shown, the partitions 5 form an integral part of the cover 1, are arranged uniformly around its periphery and their ends are rigidly connected to the respective end portions 2 and 4 and the center part 3.

Uhol sklonu a pozdĺžnej osi priečok 5 vzhľadom na pozdĺžnu os o skrotného plášťa 1 sa volí v rozsahu uhlov od ±70’ do ±90’ s ohľadom na požadovanú citlivosť prevodu vzájomného radiálneho uhlového pootočenia hriadeľa h v miestach pevného uchytenia skrotného plášťa 1 na zodpovedajúci axiálny posuv jeho strednej časti 3.The angle of inclination and the longitudinal axis of the crossbars 5 with respect to the longitudinal axis o of the shroud 1 is selected in the range of angles of ± 70 'to ± 90' with respect to the desired sensitivity of the mutual radial angular rotation. its central part 3.

Ako krajné časti 2 a 4, tak aj stredná časť 3 skrotného plášťa 1 sú na účely snímania ich axiálnych posuvov opatrené obvodovými prstencami 6, ktoré v axiálnom smere vymedzujú medzipriestory 7 s konštantnou šírkou po celom obvode skrotného plášťa 1. Do týchto medzipriestorov 7 sú umiestnené dvojstranné snímače 10 posuvu v axiálnom smere, v tomto prípade elektrické indukčné snímače tak, že medzi každou axiálne citlivou stranou snímača 10 posuvu a bližšou stranou obvodového prstenca 6 vznikne medzera 8. Okolo strednej časti 3 môžu snímače 10 posuvu výhodne vytvárať dvojicu, ktorá má spoločnú elektricky citlivú os rovnobežnú s pozdĺžnou osou o skrotného plášťa 1.For the purpose of sensing their axial displacements, both the outer portions 2 and 4 and the central portion 3 of the cover 1 are provided with circumferential rings 6 which define in the axial direction interspaces 7 with a constant width over the entire circumference of the cover 1. two-sided displacement transducers 10 in the axial direction, in this case electric inductive transducers such that a gap 8 is formed between each axially sensitive side of the transducer 10 and the proximal side of the circumferential ring 6. Around the central part 3 the transducers 10 can advantageously form a pair an electrically sensitive axis parallel to the longitudinal axis o of the shell 1.

Jednotlivé elektrické indukčné snímače 10 sú pritom tvorené elektrickými cievkami s kovovými jadrami a plášťami otvorenými na oboch stranách a vyrobenými z magneticky mäkkého materiálu, ktoré sa umiestňujú do medzipriestorov 7 tak, že sa ich magnetické obvody na oboch stranách uzatvárajú cez vzduchové medzery 8 a cez obvodové prstence 6, ktoré sú na tento účel vyrobené tak isto z magneticky mäkkého materiálu.The individual electric inductive sensors 10 are formed by electric coils with metal cores and shells open on both sides and made of soft magnetic material, which are placed in the interspaces 7 so that their magnetic circuits are closed on both sides through air gaps 8 and peripheral rings 6, which for this purpose are also made of a magnetically soft material.

Funkcia snímača krútiaceho momentu podľa vynálezu vyplýva z jeho konštrukcie a je nasledovná. Zaťaženie hriadeľa h prenášaným krútiacim momentom Mk vyvoláva vzájomné radiálne uhlové pootočenie rovnobežných priečnych rezov hriadeľa h, ktoré má za následok aj vzájomné radiálne uhlové pootočenie krajných časti 2 a 4 skrutného plášťa 1 bez toho, žeby sa menila ich vzájomná axiálna vzdialenosť. Vďaka usporiadaniu priečok 5 po obvode skrutného plášťa 1 sa takéto pootočenie krajných časti 2 a 4 prejaví zodpovedajúcim axiálnym posuvom strednej časti 3. Prichádza k tomu vplyvom navzájom opačného namáhania, ktoré pritom vzniká v priečkach S, ktoré spojujú strednú časť 3 s ľavou krajnou časťou 2, vzhľadom na namáhanie v priečkach spojujúcich strednú časť 3 a pravú krajnú časť 4. Je zjavné, že priečky 5 namáhané tlakom sa vzhľadom na priečnu rovinu pružne napriamujú, zatiaľ čo priečky 5 namáhané ťahom sa vzhľadom na tú istú rovinu pružne prikláňajú, čo je práve nutne sprevádzané axiálnym posuvom strednej časti 3. Zmysel a veľkosť tohto axiálneho posuvu sú pritom závislé od zmyslu a veľkosti prenášaného krútiaceho momentu Mk Ich vzájomná orientácia je vyznačená na priloženom nákrese a platí bez zmeny v pokoji aj rotácii hriadeľa h v oboch zmysloch otáčania.The function of the torque sensor according to the invention results from its construction and is as follows. The load on the shaft h by the transmitted torque Mk causes a mutual radial angular rotation of the parallel cross-sections of the shaft h, which also results in a mutual radial angular rotation of the outer housing portions 2 and 4 without changing their axial distance relative to each other. Due to the arrangement of the crossbars 5 along the circumference of the screw jacket 1, such a rotation of the outer portions 2 and 4 results in a corresponding axial displacement of the middle portion 3. This is due to mutually opposite stresses in the crossbars S connecting the center 3 with the left outer portion 2. It is evident that the compression bars 5 resiliently straight with respect to the transverse plane, while the tensile bars 5 resiliently incline with respect to the same plane, which is necessarily accompanied by an axial displacement of the central part 3. The sense and magnitude of this axial displacement are dependent on the sense and magnitude of the torque transmitted Mk. Their relative orientation is indicated in the enclosed drawing and applies without changing the idle and rotation of the shaft h in both sense of rotation.

Na uskutočnenie axiálneho posuvu strednej časti 3 skrutného plášťa 1 na elektrický výstupný signál slúžia elektrické indukčné snímače 10 posuvu, ktoré sú v súlade s podstatnou alternatívou vynálezu dvojstranné. Zmenou svojej impedancie reagujú súčasne a s rovnakou citlivosťou nielen na zmenu šírky medzery 8 vzhľadom na obvodový prstenec 6 na strednej časti 3, ale aj na zmenu šírky medzery 8 vzhľadom na obvodový prstene 6 na príslušnej krajnej časti 2 a 4. Výsledná zmena ich impedancie preto závisi od súhrnnej celkovej zmene širky medzier 8 na oboch aktívnych stranách 10 posuvu. Na výstupnom elektrickom signále sa potom môže v plnej miere prejaviť len meraný axiálny posuv strednej časti 3 skrotného plášťa 1, zatiaľ čo malé axiálne pohyby snímača 10 posuvu vo vnútri medzipriestoru 7 ich nemôžu ovplyvniť. Následkom toho dochádza k veľmi účinnému potlačeniu vplyvu nežiaducich zmien axiálneho uloženia snímačov 10 posuvu vzhľadom na sknitný plášť 1, ktoré bežne nastávajú pri prevádzke snímača krútiaceho momentu.To induce the axial displacement of the central portion 3 of the casing 1 to the electrical output signal, electric inductive displacement sensors 10 serve, in accordance with an essential alternative of the invention, on two sides. By changing their impedance, they react simultaneously and with the same sensitivity not only to change the width of the gap 8 relative to the circumferential ring 6 on the central part 3, but also to change the width of the gap 8 relative to the circumferential ring 6 at the respective extreme portions 2 and 4. from the cumulative overall change in the width of the gaps 8 on both active sides 10 of the shift. Only the measured axial displacement of the middle portion 3 of the shroud 1 can be fully reflected in the output electrical signal, while the small axial movements of the displacement sensor 10 within the interspace 7 cannot affect them. As a result, there is a very effective suppression of the effect of unwanted changes in the axial bearing of the displacement sensors 10 relative to the glass casing 1, which normally occur during operation of the torque sensor.

Pri použití viacerých snímačov posuvu a pri ich výhodnom zaradení do dvojíc na spoločnej elektricky citlivej osi je možné tieto snímače 10 posuvu elektricky pripojiť na príslušnú aparatúru tak, aby sa účinky vyvolané meraným axiálnym posuvom sčítali, a aby sa samočinne kompenzovali nežiaduce účinky od teplotných dilatácií a osových síl. Pri môstkovom elektrickom meraní výstupných signálov sú preto snímače 10 posuvu z jednej dvojice zapojené do susedných vetiev impendačného mostíka, a tvorí takzvané polomôstkové zapojenie, ktoré je možné v prípade párneho počtu dvojíc podľa potreby zmeniť na zapojenie celomôstkové s vyššou citlivosťou.If several displacement sensors are used and are conveniently paired on a common electrically sensitive axis, these displacement sensors 10 may be electrically coupled to the appropriate apparatus so that the effects caused by the measured axial displacement are added together to automatically compensate for adverse effects from thermal dilatations and axial forces. Thus, in a bridged electrical measurement of the output signals, the displacement transducers 10 of one pair are connected to adjacent branches of the impactor bridge, forming a so-called half-bridge connection, which can be changed to full-bridge connection with higher sensitivity.

V prípade dostatočne veľkých axiálnych posuvov strednej časti 3 skrutného plášťa 1 je možné pomocou nerotujúceho držiaka 9 umiestniť vo funkčnom dosahu obvodových prstencov 6 jednu alebo viacero axiálnych dýz na plynné alebo kvapalné médium. Tieto dýzy môžu byť súčasťou regulačných obvodov a môžu takto priamo a bezdotykove reagovať na zmeny krútiaceho momentu Mk zodpovedajúcimi zmenami prietočného množstva použitého média.In the case of sufficiently large axial displacements of the central part 3 of the casing 1, one or more axial nozzles can be placed on the gaseous or liquid medium within the operating range of the peripheral rings 6 by means of a non-rotating holder 9. These nozzles can be part of the control circuits and can thus react directly and without contact to the torque changes Mk by corresponding changes in the flow rate of the medium used.

V prípade opretia strednej časti 3 skrutného plášťa 1 v axiálnom smere o jeden alebo viac snímačov axiálnej sily, čo nie je na výkrese znázornené, je možné snímať pôsobením krútiaceho momentu Mk prostredníctvom zodpovedajúcich silových účinkov. Pri použití potrebných ložísk je možné tento prevod krútiaceho momentu Mk uskutočniť aj pri rotácii hriadeľa h.If the central part 3 of the screw housing 1 is supported in the axial direction by one or more axial force transducers, which is not shown in the drawing, it is possible to sense the torque Mk by means of corresponding force effects. If the necessary bearings are used, this torque transmission Mk can also be performed when the shaft is rotated h.

Ak sú axiálne posuvy strednej časti 3 skrutného plášťa 1 zodpovedajúce prenášaným krútiacim momentom Mk dostatočne veľké, umožňujú presné a stabilné priame prevedenie týchto posuvov na niektoré regulačné prvky prostredníctvom pomerne jednoduchých kinematických mechanizmov.If the axial displacements of the central part 3 of the casing 1 corresponding to the transmitted torques Mk are sufficiently large, they allow an accurate and stable direct conversion of these displacements to some control elements by means of relatively simple kinematic mechanisms.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Snímače krútiaceho momentu podľa vynálezu je možné prakticky využiť skoro pre všetky latxíratóme a prevádzkové merania rotujúcich a stacionárnych strojov a pohonov bez podstatného zásahu do ich konštrukcie a ovplyvnení ich mechanických parametrov.The torque sensors according to the invention can be practically used for almost all latxirome and operational measurements of rotating and stationary machines and drives without significant interference with their design and their mechanical parameters.

Veľmi široké uplatnenie môže dosiahnuť snímač krútiaceho momentu ako torzný silomer pre rôzne typy dynamometrov a váh vhodných aj do ťažkých prevádzkových podmienok.A very wide application can be achieved by a torque sensor as a torsion load cell for various types of dynamometers and scales suitable even under difficult operating conditions.

Významné je aj využitie jeho výborných dynamických vlastnosti na diagnostiku točivých strojov a na ich zabezpečenie proti náhlej poruche.It is also important to use its excellent dynamic properties to diagnose rotating machines and to secure them against sudden failure.

Claims

1. A torque sensor comprising a stationary axial displacement or axial force sensing device and / or a stationary kinematic torque control mechanism operatively connected to a central, axially displaceable portion of a hollow screw housing having two axially coaxially disposed portions. adjoining the shaft and / or fixedly attached to the torque transmitting shaft, the two outer portions being connected to the central portion by means of crossbars arranged obliquely from the peripheral portions to the central portion of the rotary casing, which form a mechanical transverse to each other points of its attachment to the shaft for a corresponding displacement of its central part, characterized in that the angle of inclination (a) of the longitudinal axis of the cross-members (5) relative to the longitudinal axis (o) of the helical casing (1) is angles ranging from ± 70 ° to ± 90 ®, the positive or negative sense of inclination angles (a) being dependent on the orientation of the crossbars (5) with respect to the central portion (3) of the screw housing (1).

The torque sensor according to claim 1, characterized in that at least one double-sided displacement sensor (10) is arranged between the central portion (3) and the extreme portion (2 or 4) of the torsion casing (1) so that it is within its functional range. one central side (3) lies on one of the sensitive sides, while the other side (2) or (4) lies within the functional range of its other, equally sensitive side.

Torque sensor according to claim 1, characterized in that at least one nozzle of liquid or gaseous medium is arranged in the effective range of the axial displacements of the central portion (3) against the end face on the central part (3) of the screw housing (1).