Измерительный преобразователь вращающего момента

Полезная модель повышает точность измерения, надежность работы устройства, упрощает конструкцию измерительного преобразователя и может быть использована в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.

Измерительный преобразователь вращающего момента содержит механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой.

Механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал выполнен в виде упругой торцовой кулачковой муфты, у которой ведомое звено может перемещаться в осевом направлении и имеет фланец, постоянно контактирующий с поршнями гидравлической измерительной системы, поршни размещены в неподвижной втулке соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма измерительной системы.

Повышение точности измерения, надежности работы устройства и упрощение конструкции измерительного преобразователя достигается за счет упрощения схемы работы и сокращения числа взаимодействующих деталей и гидромеханических передач, формирующих и передающих выходной сигнал.

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля вращающего момента в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.

Известный измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий ведущее и ведомое звенья, упругие элементы, промежуточный механизм преобразования вращающего момента в осевое перемещение и гидравлический усилитель, сопла которого выполнены подвижными, расположены симметрично относительно диска механизма преобразования вращающего момента в осевое перемещение и пружинами поджаты к нему, а междроссельные камеры сопл сообщаются с полостями управления исполнительного механизма, не обеспечивает требуемую точность измерения, надежность работы устройства и имеет сложную конструкцию [1]. Кроме того, для работы преобразователя требуется постоянное питание гидравлического усилителя сопло-заслонка рабочей жидкостью от постороннего источника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой [2].

Недостатками такого преобразователя являются низкая точность измерения вращающего момента и надежность работы устройства, а также сложность конструкции, обусловленные большим числом взаимодействующих деталей и гидромеханических передач, формирующих и передающих выходной сигнал.

Целью полезной модели является повышение точности измерения, надежности работы устройства и упрощение конструкции измерительного преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал выполнен в виде упругой торцовой кулачковой муфты, у которой ведомое звено может перемещаться в осевом направлении, и имеет фланец, постоянно контактирующий с поршнями гидравлической измерительной системы, поршни размещены в неподвижной втулке соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма измерительной системы.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.

Новые детали: упругая торцовая кулачковая муфта в механизме преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал; подвижное в осевом направлении ведомое звено с фланцем; разнонаправленные поршни гидравлической измерительной системы, постоянно контактирующие с фланцем ведомого звена; исполнительный механизм измерительной системы, полости под торцами которого попарно соединены с полостями под торцами поршней.

Новые функциональные связи: превышение величины настроенного вращающего момента приводит к смещению в осевом направлении ведомого звена кулачковой муфты от ведущего звена; осевое смещение ведомого звена, пропорциональное по величине изменению вращающего момента, вызывает разнонаправленное смещение поршней в цилиндрических каналах неподвижной втулки; смещение поршней приводит к разному по знаку изменению давлений рабочей жидкости в полостях под торцами поршней и соединенных с ними попарно полостях под торцами исполнительного механизма измерительной системы; разность давлений под торцами исполнительного механизма создает силу, перемещающую его подвижный элемент на величину пропорциональную изменению вращающего момента или регистрируется по показаниям контрольного прибора измерительной системы.

В сравнении с прототипом применение кулачковой муфты с подвижным в осевом направлении ведомым звеном позволило отказаться от промежуточного гидромеханического механизма преобразования относительного поворотного движения ведущего и ведомого звеньев в осевое перемещение упорных дисков. Это дает возможность вместо двух замкнутых гидравлических систем использовать одну систему и сократить число поршней с шести до двух, что заметно упрощает конструкцию измерительного преобразователя и повышает надежность его работы, а сокращение пути преобразования входного воздействия в выходной сигнал и уменьшение возможных утечек жидкости из гидравлической системы повышает точность измерения вращающего момента.

Использование разнонаправленных поршней и двух независимых каналов управления исполнительным механизмом измерительной системы так же положительно сказывается на точности измерения и надежности срабатывания исполнительного механизма.

Исполнительный механизм измерительной системы может быть непосредственно использован в качестве автоматического регулятора привода промышленного оборудования.

На фиг.1 показан измерительный преобразователь, общий вид в разрезе.

Измерительный преобразователь вращающего момента (фиг.1) предназначен для установки на выходном валу привода машины (например, шпинделе станка) внутри коробки скоростей или шпиндельной бабки и содержит втулку 1, на которой на опоре 2 установлено ведущее звено 3 и подвижное в осевом направлении ведомое звено 4 с фланцем. Звено 3 получает вращение от входного или промежуточного вала привода и передает его звену 4 посредством зацепления кулачков трапецеидального профиля, выполненных на торцах ведущего и ведомого звеньев.

Кулачки звена 4 поджаты к кулачкам звена 3 пружиной 5, предварительный натяг которой можно регулировать гайкой 6, и образуют механизм преобразования вращающего момента в осевое перемещение в виде упругой кулачковой муфты.

Поршни 7 и 8, размещены в цилиндрических каналах неподвижной втулки 9 соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена и находятся в постоянном контакте с ним за счет пружин 10 и 11.

Полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма 12.

Давления p₁ и p₂ в каналах управления исполнительным механизмом 12 устанавливаются изменением положения втулки 9 относительно фланца ведомого звена. Оптимальной является настройка, при которой давление p₁ равно давлению p₂.

Номинальная величина передаваемого вращающего момента регулируется гайкой 6 путем настройки предварительного натяга пружины 5, прижимающей торцовые кулачки звена 4 к кулачкам звена 3.

Измерительный преобразователь работает следующим образом.

Вращающий момент от входного или промежуточного вала привода машины посредством зубчатого зацепления передается ведущему звену 3, затем через торцовые кулачки ведомому звену 4 и далее через втулку 1 выходному валу привода.

В случае, когда момент сил сопротивления превышает настроенную номинальную величину вращающего момента на выходном валу машины, происходит относительный поворот ведущего звена 3 измерительного преобразователя и ведомого звена 4, что приводит к осевому смещению последнего в сторону сжатия пружины 5, то есть влево.

Осевое смещение фланца звена 4 вызывает разнонаправленное смещение поршней 7 и 8 в цилиндрических каналах неподвижной втулки 9, что приводит к росту давления p ₁ и уменьшению давления p₂ в каналах управления исполнительного механизма 12.

Разность давлений p₁ и p₂ прямо пропорциональна величине изменения вращающего момента от номинального значения.

Сигнал в виде разности давлений в каналах управления исполнительным механизмом на выходе измерительного преобразователя можно использовать для приведения в действие управляющего элемента системы автоматического регулирования или зарегистрировать по показаниям контрольного прибора.

Работа измерительного преобразователя не требует питания рабочей жидкостью от постороннего источника.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент РФ на полезную модель 127460, Кл. G01L 3/20, 12.02.13.

2. Авторское свидетельство СССР 678353, Кл. G01L 3/24, 27.06.77, (прототип).

Измерительный преобразователь вращающего момента, содержащий механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал, выполненный в виде ведущего и ведомого звеньев с упругим элементом, допускающим их относительный поворот, и неподвижную втулку с цилиндрическими каналами, параллельными оси вала, в которых размещены поршни, а полости, образованные цилиндрическими каналами и поршнями, соединены с измерительной системой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, надежности работы устройства и упрощения конструкции измерительного преобразователя, механизм преобразования вращающего момента в гидравлический сигнал выполнен в виде упругой торцовой кулачковой муфты, у которой ведомое звено может перемещаться в осевом направлении и имеет фланец, постоянно контактирующий с поршнями гидравлической измерительной системы, поршни размещены в неподвижной втулке соосно, навстречу друг другу, по обе стороны фланца ведомого звена, а полости под торцами поршней попарно соединены с полостями под торцами исполнительного механизма измерительной системы.