Устройство для определения момента сопротивления вращению валов работающих механизмов

Устройство для определения момента сопротивления вращению валов работающих механизмов относится к средствам диагностики в системах контроля работы механизмов, передающих крутящий момент, и позволяет найти возникающее в них усилия, посредством бесконтактного определения угла скручивания вала. Устройство состоит из механизма вращения (электродвигателя) и измерительного комплекса, включающего: блок питания, два постоянных магнита колоколообразной формы на валу, образующих магнитную систему с двумя датчиками Холла, устанавливаемых на неподвижной опоре, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность диагностирования в системах контроля работы механизмов, передающих крутящий момент, и дает возможность эксплуатации устройства пользователями, не имеющими специальной подготовки.

Предполагаемая полезная модель относится к средствам диагностики в системах контроля работы механизмов, передающих крутящий момент, и может быть использована для бесконтактного определения момента сопротивления вращению валов.

Известно устройство, основанное на эффекте Холла, предназначенное для бесконтактного определения угловой скорости вращения вала и применяющее магнитопровод в составе магниточувствительного элемента для получения скважности, близкой к двум. Принцип его работы заключается в том, что детектирование угла поворота вращающейся части вычисляется по сигналам массива планарных элементов Холла, чувствительных к перпендикулярным компонентам магнитного поля [Бесконтактный датчик скорости автомобиля, предназначенный для измерения угловой скорости зубчатого ротора. Патент РФ на ПМ 35441, 2004 г.].

Применение данного устройства, функциональным назначением которого является детектирование угловой скорости, не предоставляет возможность определения усилия, возникающего во вращающемся вале.

Известен бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360° [С.С.Сысоева и др. Бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360°. Патент на ПМ 2312363, 2006 г.], наиболее близкий по совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели. Сущность устройства, выбранного за прототип, заключается в том, что вышеуказанный датчик абсолютного углового положения состоит из двух механически не взаимосвязанных и изолированных друг от друга частей с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними, одной частью вышеуказанного датчика абсолютного углового положения является роторный узел, выполненный из материала, не проводящего магнитное поле, с магнитом, в процессе сборки по результатам выравнивания жестко установленным (запрессованным и вклеенным) в роторном узле, механически связанном с вращающимся валом детектируемого объекта (цели) посредством ориентирующей лыски или ориентирующего паза в установочной втулке ротора и имеющем возможность поворота с внешней стороны корпуса устройства на детектируемый в пределах полного механического диапазона устройства угол , другая часть вышеуказанного датчика абсолютного углового положения представляет собой статор - совокупность неподвижных механических и электронных частей, предоставляющих через контактный интерфейс информацию об угловом положении ротора с магнитом, ротор и статор вышеуказанного датчика абсолютного углового положения размещаются в пространстве таким образом, что легкая ось намагниченности и основание диаметрально намагниченного цилиндрического роторного магнита при его вращении параллельны лицевой поверхности статора.

Данный датчик содержит большое количество выполняемых операций, что существенно усложняет схему устройства, его реализующих, и снижает их надежностные характеристики.

Недостатком устройства, выбранного за прототип, является то, что в его магнитной системе ось вращения цилиндрического дипольного магнита, при программировании передаточной характеристики, должна быть центрирована с массивом измерительных элементов, являясь точкой отсчета полярной системы координат для определения угла поворота нулевого вектора, а, следовательно, и для достижения результата работы устройства в целом.

Кроме этого, применение данного устройства, функциональным назначением которого является бесконтактное определение угла поворота, не предоставляет возможность нахождения усилия, возникающего во вращающемся вале.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в сокращении числа выполняемых при реализации работы устройства операций, повышение надежности функционирования датчика, за счет исключения влияния положения между осью вращения магнита и массива измерительных элементов, а также, в возможности нахождения момента сопротивления вращению вала, передающему крутящий момент, посредством бесконтактного определения угла скручивания вала.

Решение указанной задачи достигается тем, что на валу устанавливаются два диаметрально намагниченных постоянных магнита колоколообразной формы, образующих магнитную систему с двумя датчиками Холла, устанавливаемых на неподвижной опоре и соединенных с аналого-цифровым преобразователем и ЭВМ.

Сущность полезной модели состоит в возможности бесконтактного определения угла скручивания и момента сопротивления вращению вала, с учетом его материла и геометрических характеристик, что позволяет разрабатывать систему текущего контроля передаваемого валом усилия.

На фигуре изображена структурная схема устройства, включающего в себя: привод вала (1), вал (2) с устанавливаемыми по его длине постоянными магнитами (3), и расположенными над ними датчиками Холла (4), аналого-цифровой преобразователь (5) и ЭВМ (6).

Устройство работает следующим образом:

При вращении вала без нагрузки от датчиков Холла (4) поступают два согласованных сигнала через АЦП (5) на ЭВМ (6). При приложении к валу (2) нагрузки (возникновение тормозящего момента) осуществляется скручивание вала (2) в упругой области, при этом происходит рассогласование сигналов, поступающих с датчиков Холла (4). Через АЦП (5) оцифрованные сигналы поступают на ЭВМ, где программно по степени их рассогласования определяется угол скручивания и соответствующий момент сопротивления кручению вала, с учетом его материала и геометрических характеристик.

Конструкционная схема модели характеризуется простотой, технологичностью, надежностью, минимальным набором механических и электрических компонентов. Она позволяет адаптировать устройство к конкретным условиям работы и увеличивать магнитную чувствительность датчика Холла и воздушный зазор между элементами магнитной системы, за счет использования более сильных магнитов. Это, в свою очередь, дает возможность повысить надежность работы устройства, благодаря сведению механического взаимодействия компонентов магнитной системы к минимуму.

Предлагаемое устройство обладает существенным положительным эффектом, заключающимся в повышении надежности работы устройства, за счет исключения необходимости предварительной ориентации легкой оси намагниченности магнита перед его жесткой установкой, а также, благодаря качеству сборки и однородности магнитных поверхностей. Помимо этого, устройство имеет простую конструкцию и точность передаточной характеристики в абсолютном цифровом формате, что обеспечивает высокоточный расчет момента сопротивления вращению вала.

Устройство для определения момента сопротивления вращению валов работающих механизмов, содержащее механизм вращения с тормозным устройством и магнитную систему, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей работы устройства, за счет повышения точности измерений малых перемещений испытуемого образца, в устройство введен измерительный комплекс, состоящий из двух постоянных магнитов, закрепленных на испытуемом образце, напротив которых на неподвижной опоре установлены два датчика Холла, выходы которых подключены ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу электронно-вычислительной машины.