UA79434C2 - Device for measuring load on a rotating machine part - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до вимірювального пристрою для реєстрації навантажень, зокрема крутного моменту, 2 згинального моменту і осьового зусилля, на обертових деталях, таких як вали, шпинделі або цапфи, за допомогою якого вимірюють і безконтактно реєструють виникаючу під навантаженням зміну довжини за допомогою щонайменше одного закріпленого на деталі тензодатчика, причому для безконтактного підведення живлення до тензодатчика і також безконтактної передачі даних вимірювань в блок обробки передбачений роторний електронний блок, розташований в одному або декількох, оточуючих тензодатчик кільцях, при цьому 70 одне або декілька захисних кілець розташовані на деталі з можливістю спирання однією стороною або виконані деформаційно-м'якими відносно деталі.

Виникаюча внаслідок навантаження пружна деформація деталі виявляється в зміні довжини одного або декількох, закріплених на деталі тензодатчиків. Навантаження вимірюють виходячи з пропорційної їй зміни опору за допомогою обертового разом з кільцями роторного електронного блока, причому передбачені безконтактна 19 передача даних вимірювань в нерухомий блок обробки і також безконтактне підведення живлення в роторний електронний блок. Роторний електронний блок, приймально-передавальна антена, що відноситься до нього, а також провідне з'єднання, розташовані в одному або декількох, оточуючих тензодатчик кільцях. Кільце або кільця виконують як функцію носія системи, так і захисну функцію.

Вимірювальний пристрій даного типу використовують на обертових деталях таких як вали, шпинделі або шийки, коли інші способи вимірювань не можуть бути використані через погані навколишні умови. У вимірювальній техніці прийнято реєструвати виникаючі внаслідок діючих зусиль в деталі пружні зміни форми за допомогою тензодатчиків шляхом вимірювання електричного опору в ньому. Зміна довжини сполученого з деталлю (наприклад, приклеєного, затиснутого або привареного) тензодатчика приводить при пружних змінах форми деталі до зміни електричного опору, величина якого є мірою діючого навантаження і пружної деформації с

Детаді. Пропорційну навантаженню зміну опору вимірюють за допомогою мостової схеми. Ге)

Цей відомий метод застосовують також для вимірювання крутних моментів за рахунок того, що тензодатчик приклеюють до поверхні деталі і зміну довжини, виникаючу внаслідок зсувних напружень під кутом 459 до радіального напряму, реєструють за допомогою пропорційних навантаженню змін опору. Згинальні моменти і осьові зусилля реєструють аналогічним чином, однак зі зміною положення тензодатчиків і відповідним М з'єднанням вимірювального моста. Співвідношення між навантаженням на деталь і зареєстрованою зміною со опору на тензодатчиках обчислюють за допомогою розрахунку деформації на основі геометрії і матеріалу деталі, або його можна визначити за допомогою калібрування, тобто додатки певного навантаження і рег стадії т реєстрації результату вимінювань. Як розрахунок деформації при простій геометрії деталі використовують відомі Ф3 рівняння з опору матеріалів або при іншій геометрії деталі - розрахунки за методом кінцевих елементів.

Звичайно тензодатчики з'єднують проводами з роторним електронним блоком, розташованим в одному або - декількох кільцях, які оточують тензодатчики і одночасно захищають їх від впливів навколишнього середовища.

Для того щоб забезпечити вимірювальній системі достатній механічний захист, кільця виготовлені масивними з пластика, композиційного матеріалу або металу, а в особливо важких умовах - зі сталі або алюмінію, причому, « щонайменше, кільце, несуче антену, повинно складатися з непровідного матеріалу. Посаджене на деталь кільце З7З 70 повинно закрити тензодатчик і, тим самим, захищати його. Крім того, воно несе електронні компоненти с вимірювального пристрою. Однак відповідно до конструктивних або експлуатаційних вимог електронні "з компоненти можуть бути вбудовані в одне або декілька додаткових кілець. Останні можуть концентрично оточувати перше, закриваюче тензодатчик кільце або можуть бути зі зміщенням в осьовому напрямі змонтовані прямо на деталі. Точно так само в залежності від вимірювальної задачі тензодатчики, що входять в одну мостову -І 15 схему, можуть бути розподілені по декількох кільцях. Як захист від проникнення рідин, таких як мастило або вода, кільце або кільця мають з боку деталі ущільнювальну поверхню. При монтажі кільця укладають навколо (Се) деталі і стискають таким чином, щоб ущільнювальна поверхня була притиснута до поверхні деталі. При цьому прийнято розташовувати між ущільнювальною поверхнею і деталлю ущільнювальний матеріал, такий як те в'язкотекучий і, який твердне, силікон або еластомерну прокладку. Для досягнення достатнього ущільнення і (4) 20 запобігання зміщенню кільця або кілець при роботі установки ущільнювальну поверхню виконують досить великою, а при стисненні між ущільнювальною поверхнею і деталлю створюють значне контактне напруження. ї» Для стиснення кільце або кільця одно- або багаторазово розділені на сегменти. Стискаюче зусилля прикладають за рахунок того, що кільцеві сегменти стискають між собою, наприклад згвинчують.

Виявилося, що у використовуваних досі кілець і деталі виникає силове замикання через стиснення 59 оточуючого тензометри кільця або кілець, що спричиняє додаткове посилення деталі. Це посилення в

ГФ) залежності від геометрії деталі може складати понад 10095 первинної жорсткості деталі. Відповідно до т посилення змінюється пружна деформація деталі всередині оточуючого кільця і виміряна зміна опору на тензодатчику, тобто результат вимірювань, спотворюється кільцем або кільцями. Посилюючий вплив кілець точно визначити не можна, оскільки встановлюваний силовий потік через кільце або кільця не можна кількісно 60 оцінити, оскільки силовий потік змінюється від збирання до збирання і варіюється в часі через умови, що змінюються в з'єднувальному зазорі, наприклад за рахунок старіння ущільнювальних матеріалів, повзучості матеріалів, контактної корозії або процесів усадки.

ІЗ документу ОЕ 19857770 Ат1| відомий вимірювальний пристрій для реєстрації крутного моменту на обертових деталях, таких як вали або цапфи, за допомогою якого вимірюють і безконтактно реєструють бо виникаючу під навантаженням пропорційну зміну довжини за допомогою одного закріпленого на деталі тензодатчика, причому для безконтактного підведення живлення до тензодатчика та безконтактної передачі даних вимірювань в блок обробки передбачений роторний електронний блок, розташований в одному оточуючому тензодатчик захисному кільці. При цьому тензодатчик для його захисту з обох сторін оточений стійким у порівнянні з матеріалом деталі металевим захисним кільцем, на якому по периферії коаксіально розташоване пластикове захисне кільце, в якому розташований роторний електронний блок. Подібна конструкція забезпечує підвищення міцності деталі, на новому місці, веде до великих помилок при вимірюванні.

ІЗ документу ЕР 0291334 АЗ2І| відомий пристрій для вимірювання крутного моменту на обертовій деталі, з кільцем, оточуючим тензодатчик і ротаційний електронний блок. Кільце однією стороною закріплене на деталі за 7/0 допомогою силового замикання. Інша сторона кільця не закріплена і утворюється зазор між кільцем та деталлю.

Наявність такого зазору здійснює вплив на надійність та точність результатів вимірювань.

Виходячи з викладеної проблеми і існуючих недоліків рівня техніки, задача даного винаходу складається в удосконаленні вимірювального пристрою даного тину так, щоб на результат вимірювань не впливав вимірювальний пристрій, зокрема захисні і несучі кільця.

Для вирішення цієї задачі, згідно з винаходом, запропоновано виконати формостійке захисне кільце або кільця таким чином, щоб воно або вони розташовувалися на деталі і з обох сторін оточували тензодатчик або тензодатчики, при цьому виконані з обох сторін від тензодатчиків ущільнювальні ребра захисного кільця виконують асиметричними, таким чином, що одне ребро забезпечує силове замикання і таким чином з'єднання з деталлю, а друге ребро забезпечує підтримку захисного кільця. Завдяки цьому не виникає силового потоку або потоку моментів крізь захисне кільце, а навантаження сприймається повністю і винятково від деталі.

Переважно виконання ущільнювальних поверхонь між кільцем (кільцями) і деталлю асиметричними, причому одна сторона ущільнювальної поверхні виконана широкою для забезпечення надійної посадки захисного кільця або кілець на деталі і одночасно ущільнювальної функції за допомогою вузького ущільнюючого зазору. Інша сторона захисного кільця або кілець виконана у вигляді вузького ребра, яке здійснює виключно підтримуючу дію, с ов однак через свої малі габарити не передає навантаження з деталі на кільце або кільця.

Згідно з винаходом, за вузьким ребром з внутрішньої сторони кільця передбачена більш широка і) ущільнювальна поверхня, яка за допомогою ущільнювального матеріалу достатньої товщини захищає тензодатчик від проникнення рідин, однак не має прямого контакту з деталлю і, тим самим, не може сприймати навантаження від деталі. Одностороннє спирання захисного кільця або кілець забезпечує те, що деталь в тому «г зо Місці, де розміщені тензодатчики, передає повне навантаження, і, тим самим, не відбувається спотворення результату вимірювань. о

Також може бути передбачено, щоб кільце або кільця, оточуючі тензодатчики, за рахунок конструктивних «г заходів або цілеспрямованого вибору матеріалу або повної або часткової інтеграції еластомерних вставок виконати з можливістю м'якої деформації таким чином, щоб вони для навантаження, що реєструється, в Ме

Зв Порівнянні з деталлю мали зневажно низьку міцність. Для цього, переважно, переріз захисного кільця або кілець М в одному місці істотно послаблюють, так що половини кільця обох ущільнювальних ребер є деформаційно-м'якими по відношенню один до одного. Як альтернатива конструктивному рішенню все кільце або його частини можуть бути виконані з деформаційно-м'якого пружного матеріалу. Ребра в обох випадках можуть бути виконані без змін в порівнянні з колишніми системами. В оптимальному випадку захисне кільце «

Виготовляють З деформаційно-м'якого, однак пружного матеріалу, такого як поліамід або алюміній. Винахід з с дозволяє зменшити вносиму захисним кільцем або кільцями частку навантаження до зневажно малої величини і, тим самим, отримати точний і відтворюваний результат вимірювань. ;з» У той час як у відомих з рівня техніки схемах монтажу захисних або несучих систему кілець через вплив на силовий потік, що передається деталлю, відбувається значне спотворення результату вимірювань, цей

Зумовлений принципом дії недолік усувається за допомогою вимірювального пристрою, виконаного згідно з -І винаходом. Виконання захисного кільця або кілець, згідно з винаходом, забезпечує те, що повне навантаження припадає на деталь і, тим самим, розширення матеріалу, що лежить в основі розрахунку вимірювальної системи, іс, в місці розташування тензодатчиків реєструється пропорційно навантаженню. Завдяки цьому, як вже сказано, їх помітно підвищується точність вимірювань і інформативність результатів вимірювань. са 50 Деякі приклади виконання винаходу зображені на схематичних кресленнях і описані нижче. На фігурах представлені: ї» на Фіг.Ла-со вимірювальний пристрій, згідно з винаходом, із захисним кільцем з асиметричними ущільнювальними ребрами для монтажу на деталі; на Фіг.2а-п: вимірювальний пристрій, згідно з винаходом, із захисним кільцем з асиметричними

Ущільнювальними ребрами для монтажу на деталі і окремим, концентрично посадженим несучим кільцем; на Фіг.За-с: вимірювальний пристрій, згідно з винаходом, із зменшеним, деформаційно-м'яким перерізом

Ф) кільця і звичайними ущільнювальними ребрами. ка На Фіг.1а-1с зображене захисне кільце 1, яке для стиснення на привідному валу (не показаний) розділено на дві частини. Для монтажу служать гвинти, що вставляються в передбачені для цього отвору Та, 16, 1с, 14. Ці бо Гвинти створюють зусилля, необхідні для стиснення обох половин 2а, 25 кільця на привідному валу. При стисненні обидві широкі ущільнювальні поверхні За і вузькі ущільнювальні поверхні Зб ущільнювальних ребер 4а, 4р прилягають до окружності вала. Широке ущільнювальне ребро 4а при цьому досить міцно сидить на валу, щоб запобігати зміщенню захисного кільця Захисне кільце 1 спирається на вал також ущільнювальним ребром 46, не викликаючи, однак, силового замикання. Поверхня 5 кільця, з внутрішньої сторони поруч з вузьким 65 ущільнювальним ребром 46, віддалена на певну відстань від поверхні вала. Утворювану вузьку порожнину при монтажі заповнюють ущільнювальною масою. Захисне кільце має, крім того, затиловану огинальну канавку 6 для розміщення приймально-передавальної антени, наприклад мідної стрічки, роторного електронного блока. Для введення антени передбачена додаткова виїмка 7 на поверхні кільця, де до антени приєднують антенні проводи, які йдуть від роторного електронного блока. Роторний електронний блок захищають металевим корпусом, Закріпляють на передбаченій для цього поверхні 8 всередині кільця і з'єднують приводами з тензодатчиком.

На Фіг.2а-2п як приклад зображена двокільцева конструкція, причому кільця 9, 10 концентрично посаджені одне на одне. Для монтажу служать гвинти, що вставляються в передбачені для цього отвору 11а8-114 внутрішнього кільця 9 і отвору 12а2-124 зовнішнього кільця 10. Ці гвинти створюють зусилля, необхідні для стиснення частин За, 96 внутрішнього кільця 9 на привідному валу і частин 10а, 106 зовнішнього кільця 10 на 7/0 внутрішньому кільці 9. При стисненні внутрішнього кільця на валу широкі ущільнювальні поверхні За і вузькі ущільнювальні поверхні 136 ущільнювальних ребер 14а, 146 внутрішнього кільця 9 прилягають до вала. Широке ущільнювальне ребро 14а при цьому досить міцно сидить на валу для запобігання зміщенню кільця 9. Кільце 9 також спирається на вал вузьким ущільнювальним ребром 145, не викликаючи силового замикання. Поверхня 15 кільця, з внутрішньої сторони між ребрами, віддалена на певну відстань від поверхні вала. Вузьку порожнину, 7/5 що утворюється, при монтажі заповнюють ущільнювальною масою.

Зовнішнє кільце, що складається з частин 10а, 106 має затиловану огинальну канавку 16 для розміщення приймально-передавальної антени, наприклад, мідної стрічки, роторного електронного блока. Для вводу антени передбачена додаткова виїмка 17 на поверхні кільця, де до антени приєднують проводи антени, які йдуть від роторного електронного блока. Роторний електронний блок захищають металевим корпусом, закріпляють на передбаченій для цього поверхні 18 із зовнішньої сторони внутрішнього кільця і з'єднують приводами з тензодатчиками, що знаходяться у виїмках 17. Як альтернатива роторний електронний блок може бути закріплений також на внутрішній стороні зовнішнього кільця. Огинаюча внутрішнє кільце канавка 20 служить для прокладки проводів. Внутрішнє кільце має до того ж на зовнішній стороні з обох сторін приєднувальні ребра 21.

Зовнішнє кільце має відповідні до них виточки 22. Крім того, на зовнішньому кільці передбачений запобіжник 23 сч від провертання, що входить у виїмку 24 внутрішнього кільця.

На Фіг.За-Зс зображене окреме кільце, яке для стиснення на привідному валу (не показаний) розділено на і) дві частини. Для монтажу служать гвинти, що вставляються в передбачені для цього отвори Та, 16, 1с, 14. Ці гвинти створюють зусилля, необхідні для стиснення обох частин 2а, 205 кільця на валу. При стисненні обидві ущільнювальні поверхні За, Зб ущільнювальних ребер 4а, 46 прилягають до вала. Обидва ущільнювальних «Е зо ребра 4а, 46 при цьому досить міцно сидять на валу, перешкоджаючи зміщенню кільця. З внутрішньої сторони захисне кільце за допомогою виконаної канавки 25 цілеспрямовано послаблене таким чином, що несучий переріз ме) кільця в середині 26 вала малий в порівнянні з перерізом вала. Кільце має, крім того, затиловану огинальну «Е канавку 6 для розміщення приймально-передавальної антени, наприклад, мідної стрічки, роторного електронного блока. Для введення антени передбачена додаткова виїмка 7 на поверхні кільця, де до антени приєднують б» зв антенні проводи, які йдуть від роторного електронного блока. Роторний електронний блок захищають металевим М корпусом, закріплюють на передбаченій для цього поверхні 8 всередині кільця і з'єднують приводами з тензометром.

Перелік посилальний позицій: 1 - захисне кільце; «

За, 165, 1с, 14 - отвори для гвинтів; з с 2а, 25 - частини кільця;

За - широка ущільнювальна поверхня; ;» ЗЬ - широка ущільнювальна поверхня; 4а - широке ущільнювальне ребро; 46 - вузьке ущільнювальне ребро; -І 5 - внутрішня поверхня кільця; 6 - затилована канавка; ісе) 7 - виїмка для антени; ї5» 8 - поверхня для роторного електронного блока;

За, 96 - частини внутрішнього кільця; і 1ба, 106 - частини зовнішнього кільця; ї» 11а8-114 - отвори для гвинтів; 12а-12а - отвори для гвинтів; 1За - широка ущільнювальна поверхня; 135 - вузька ущільнювальна поверхня; 14а - широке ущільнювальне ребро;

Ф) 146 - вузьке ущільнювальне ребро; ка 15 - поверхня кільця; 16 - затилована канавка; во 17 - виїмка; 18 - поверхня для роторного електронного блока; 19 - виїмка для тензодатчика; 20 - огинальна канавка для прокладки проводів; 21 - з'єднувальні ребра; 65 22 - виточка; 23 - запобіжник від провертання;

24 - виїмка для запобіжника від провертання;

- послаблювальна канавка;

26 - середина вала.

Claims (5)

Формула винаходу

1. Вимірювальний пристрій для реєстрації навантажень, зокрема крутного моменту, згинального моменту і /о0 осьового зусилля, на обертових деталях, таких як вали, шпинделі або цапфи, за допомогою якого вимірюють і безконтактно реєструють виникаючу під навантаженням зміну довжини за допомогою щонайменше одного закріпленого на деталі тензодатчика, причому для безконтактного підведення живлення до тензодатчика і безконтактної передачі даних вимірювань в блок обробки містить роторний електронний блок, розташований в одному або декількох оточуючих тензодатчик захисних кільцях (1), при цьому захисне кільце або кільця (1) розташовані на деталі з можливістю опирання однією стороною або виконані деформаційно-м'якими відносно деталі, який відрізняється тим, що тензодатчик або тензодатчики оточені формостійким захисним кільцем (1) з ущільненням з обох сторін тензодатчика відносно деталі, причому розташовані з обох сторін тензодатчиків ущільнювальні ребра (4а, 45) захисного кільця виконані асиметричними таким чином, що одне ребро (4а) утворює силове замикання і надійне з'єднання з деталлю, а іншим ребром (4Б) захисне кільце спирається на деталь з мінімальною поверхнею (ЗБ) прилягання.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що переріз захисного кільця або кілець в заданому місці значно послаблений з можливістю м'якої деформації частин кільця з ущільнювальними ребрами по відношенню один до одного.

З. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що захисне кільце, яке охоплює тензодатчики, виконано так, що сч ов за рахунок локального зменшення (25) перерізу або за рахунок вибору матеріалів, або за рахунок повної або часткової інтеграції еластомерних вставок виконано деформаційно-м'яким і пружним, для забезпечення (о) сприйняття навантаження захисним кільцем (1), яке мізерно мале в порівнянні з деталлю.

4. Пристрій за пп. 1-3, який відрізняється тим, що роторний електронний блок розташований всередині захисних кілець для захисту від впливів навколишнього середовища. « зо

5. Пристрій за пп. 1-3, який відрізняється тим, що в захисному кільці виконана обвідна затилована канавка (6), в якій встановлена, з можливістю виймання її з канавки (6) при демонтажі, приймально-передавальнаантена СО роторного електронного блока. « (о) і -

-

І.Й и? -і се) щ» (95) с» іме) 60 б5