Пристрій для вимірювання навантажень на обертових деталях

1. Вимірювальний пристрій для реєстрації навантажень, зокрема крутного моменту, 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 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 відрізняє ться тим, що тензодатчик або тензодатчики оточені формостійким захисним кільцем (1) з ущільненням з обох сторін тензодатчика відносно C2 2 (11) 1 3 79434 4 ктної передачі даних вимірювань в блок обробки во важких умовах - зі сталі або алюмінію, причому, передбачений роторний електронний блок, розтащонайменше, кільце, несуче антену, повинно шований в одному або декількох, оточуючи х тенскладатися з непровідного матеріалу. Посаджене зодатчик кільцях, при цьому одне або декілька на деталь кільце повинно закрити тензодатчик і, захисних кілець розташовані на деталі з можливістим самим, захищати його. Крім того, воно несе тю спирання однією стороною або виконані дефоелектронні компоненти вимірювального пристрою. рмаційно-м'якими відносно деталі. Однак відповідно до конструктивних або експлуаВиникаюча внаслідок навантаження пружна таційних вимог електронні компоненти можуть деформація деталі виявляється в зміні довжини бути вбудо вані в одне або декілька додаткових одного або декількох, закріплених на деталі тенкілець. Останні можуть концентрично оточувати зодатчиків. Навантаження вимірюють виходячи з перше, закриваюче тензодатчик кільце або можуть пропорційної їй зміни опору за допомогою обертобути зі зміщенням в осьовому напрямі змонтовані вого разом з кільцями роторного електронного прямо на деталі. Точно так само в залежності від блока, причому передбачені безконтактна передавимірювальної задачі тензодатчики, що входять в ча даних вимірювань в нерухомий блок обробки і одну мостову схему, можуть бути розподілені по також безконтактне підведення живлення в ротордекількох кільцях. Як захист від проникнення ріний електронний блок. Роторний електронний дин, таких як мастило або вода, кільце або кільця блок, приймально-передавальна антена, що відмають з боку деталі ущільнювальну поверхню. носиться до нього, а також провідне з'єднання, При монтажі кільця укладають навколо деталі і розташовані в одному або декількох, оточуючих стискають таким чином, щоб ущільнювальна поветензодатчик кільцях. Кільце або кільця виконують рхня була притиснута до поверхні деталі. При як функцію носія системи, так і захисну функцію. цьому прийнято розташовувати між ущільнювальВимірювальний пристрій даного типу викорисною поверхнею і деталлю ущільнювальний матетовують на обертових деталях таких як вали, шпиріал, такий як в’язкотекучий і, який твердне, силінделі або шийки, коли інші способи вимірювань не кон або еластомерну прокладку. Для досягнення можуть бути використані через погані навколишні достатнього ущільнення і запобігання зміщенню умови. У вимірювальній техніці прийнято реєструкільця або кілець при роботі установки ущільнювати виникаючі внаслідок діючих зусиль в деталі вальну поверхню виконують досить великою, а пружні зміни форми за допомогою тензодатчиків при стисненні між ущільнювальною поверхнею і шляхом вимірювання електричного опору в ньому. деталлю створюють значне контактне напруження. Зміна довжини сполученого з деталлю (наприклад, Для стиснення кільце або кільця одно- або багатоприклеєного, затиснутого або привареного) тензоразово розділені на сегменти. Стискаюче зусилля датчика приводить при пружних змінах форми деприкладають за рахунок того, що кільцеві сегменти талі до зміни електричного опору, величина якого стискають між собою, наприклад згвинчують. є мірою діючого навантаження і пружної деформаВиявилося, що у використовуваних досі кілець ції деталі. Пропорційну навантаженню зміну опору і деталі виникає силове замикання через стисненвимірюють за допомогою мостової схеми. ня оточуючого тензометри кільця або кілець, що Цей відомий метод застосовують також для спричиняє додаткове посилення деталі. Це посивимірювання крутних моментів за рахунок того, що лення в залежності від геометрії деталі може тензодатчик приклеюють до поверхні деталі і зміну складати понад 100% первинної жорсткості деталі. довжини, виникаючу внаслідок зсувних напружень Відповідно до посилення змінюється пружна депід кутом 45° до радіального напряму, реєстр ують формація деталі всередині оточуючого кільця і за допомогою пропорційних навантаженню змін виміряна зміна опору на тензодатчику, тобто реопору. Згинальні моменти і осьові зусилля реєстзультат вимірювань, спотворюється кільцем або рують аналогічним чином, однак зі зміною полокільцями. Посилюючий вплив кілець точно визнаження тензодатчиків і відповідним з'єднанням вичити не можна, оскільки встановлюваний силовий мірювального моста. Співвідношення між потік через кільце або кільця не можна кількісно навантаженням на деталь і зареєстрованою зміоцінити, оскільки силовий потік змінюється від ною опору на тензодатчиках обчислюють за допозбирання до збирання і варіюється в часі через могою розрахунку де формації на основі геометрії і умови, що змінюються в з'єднувальному зазорі, матеріалу деталі, або його можна визначити за наприклад за рахунок старіння ущільнювальних допомогою калібрування, тобто додатки певного матеріалів, повзучості матеріалів, контактної коронавантаження і per стадії реєстрації результату зії або процесів усадки. вимінювань. Як розрахунок деформації при про[З документу DE 19857770 А1] відомий вимістій геометрії деталі використовують відомі ріврювальний пристрій для реєстрації крутного моняння з опору матеріалів або при іншій геометрії менту на обертових деталях, таких як вали або деталі - розрахунки за методом кінцевих елецапфи, за допомогою якого вимірюють і безконтакментів. тно реєструють виникаючу під навантаженням Звичайно тензодатчики з'єднують проводами з пропорційну зміну довжини за допомогою одного роторним електронним блоком, розташованим в закріпленого на деталі тензодатчика, причому для одному або декількох кільцях, які оточують тензобезконтактного підведення живлення до тензодатдатчики і одночасно захищають їх від впливів начика та безконтактної передачі даних вимірювань вколишнього середовища. Для того щоб забезпев блок обробки передбачений роторний електрочити вимірювальній системі достатній механічний нний блок, розташований в одному оточуючому захист, кільця виготовлені масивними з пластика, тензодатчик захисному кільці. При цьому тензодакомпозиційного матеріалу або металу, а в особлитчик для його захисту з обох сторін оточений стій 5 79434 6 ким у порівнянні з матеріалом деталі металевим ження, що реєструється, в порівнянні з деталлю захисним кільцем, на якому по периферії коаксіамали зневажно низьку міцність. Для цього, перельно розташоване пластикове захисне кільце, в важно, переріз захисного кільця або кілець в одякому розташований роторний електронний блок. ному місці істотно послаблюють, так що половини Подібна конструкція забезпечує підвищення міцкільця обох ущільнювальних ребер є деформаційності деталі, на новому місці, веде до великих поно-м’якими по відношенню один до одного. Як милок при вимірюванні. альтернатива конструктивному рішенню все кільце [З документу ЕР 0291334 А2] відомий пристрій або його частини можуть бути виконані з дефордля вимірювання крутного моменту на обертовій маційно-м'якого пружного матеріалу. Ребра в обох деталі, з кільцем, оточуючим тензодатчик і ротавипадках можуть бути виконані без змін в порівційний електронний блок. Кільце однією стороною нянні з колишніми системами. В оптимальному закріплене на деталі за допомогою силового замивипадку захисне кільце виготовляють з деформакання. Інша сторона кільця не закріплена і утворюційно-м'якого, однак пружного матеріалу, такого як ється зазор між кільцем та деталлю. Наявність поліамід або алюміній. Винахід дозволяє зменшитакого зазору здійснює вплив на надійність та точти вносиму захисним кільцем або кільцями частку ність результатів вимірювань. навантаження до зневажно малої величини і, тим Виходячи з викладеної проблеми і існуючих самим, отримати точний і відтворюваний резульнедоліків рівня техніки, задача даного винаходу тат вимірювань. складається в удосконаленні вимірювального приУ той час як у відомих з рівня техніки схемах строю даного тину так, щоб на результат вимірюмонтажу захисних або несучих систему кілець чевань не впливав вимірювальний пристрій, зокрема рез вплив на силовий потік, що передається дезахисні і несучі кільця. таллю, відбувається значне спотворення резульДля вирішення цієї задачі, згідно з винаходом, тату вимірювань, цей зумовлений принципом дії запропоновано виконати формостійке захисне недолік усувається за допомогою вимірювального кільце або кільця таким чином, щоб воно або вони пристрою, виконаного згідно з винаходом. Викорозташовувалися на деталі і з обох сторін оточунання захисного кільця або кілець, згідно з винавали тензодатчик або тензодатчики, при цьому ходом, забезпечує те, що повне навантаження виконані з обох сторін від тензодатчиків ущільнюприпадає на деталь і, тим самим, розширення мавальні ребра захисного кільця виконують асиметтеріалу, що лежить в основі розрахунку вимірюваричними, таким чином, що одне ребро забезпечує льної системи, в місці розташування тензодатчиків силове замикання і таким чином з'єднання з дереєструється пропорційно навантаженню. Завдяки таллю, а друге ребро забезпечує підтримку захисцьому, як вже сказано, помітно підвищується точного кільця. Завдяки цьому не виникає силового ність вимірювань і інформативність результатів потоку або потоку моментів крізь захисне кільце, а вимірювань. навантаження сприймається повністю і винятково Деякі приклади виконання винаходу зображені від деталі. на схематичних кресленнях і описані нижче. На Переважно виконання ущільнювальних поверфігурах представлені: хонь між кільцем (кільцями) і деталлю асиметрична Фіг.1а-с: вимірювальний пристрій, згідно з ними, причому одна сторона ущільнювальної повинаходом, із захисним кільцем з асиметричними верхні виконана широкою для забезпечення ущільнювальними ребрами для монтажу на денадійної посадки захисного кільця або кілець на талі; деталі і одночасно ущільнювальної функції за дона Фіг.2а-h: вимірювальний пристрій, згідно з помогою вузького ущільнюючого зазору. Інша стовинаходом, із захисним кільцем з асиметричними рона захисного кільця або кілець виконана у виущільнювальними ребрами для монтажу на деталі гляді вузького ребра, яке здійснює виключно і окремим, концентрично посадженим несучим підтримуючу дію, однак через свої малі габарити кільцем; не передає навантаження з деталі на кільце або на Фіг.3а-с: вимірювальний пристрій, згідно з кільця. винаходом, із зменшеним, деформаційно-м'яким Згідно з винаходом, за вузьким ребром з внутперерізом кільця і звичайними ущільнювальними рішньої сторони кільця передбачена більш широка ребрами. ущільнювальна поверхня, яка за допомогою ущіНа Фіг.1а-1с зображене захисне кільце 1, яке льнювального матеріалу достатньої товщини задля стиснення на привідному валу (не показаний) хи щає тензодатчик від проникнення рідин, однак розділено на дві частини. Для монтажу служать не має прямого контакту з деталлю і, тим самим, гвинти, що вставляються в передбачені для цього не може сприймати навантаження від деталі. Одотвору 1a, 1b, 1c, 1d. Ці гвинти створюють зусилностороннє спирання захисного кільця або кілець ля, необхідні для стиснення обох половин 2а, 2b забезпечує те, що деталь в тому місці, де розмікільця на привідному валу. При стисненні обидві щені тензодатчики, передає повне навантаження, широкі ущільнювальні поверхні 3а і вузькі ущільі, тим самим, не відбувається спотворення резульнювальні поверхні 3b ущільнювальних ребер 4а, тату вимірювань. 4b прилягають до окружності вала. Широке ущільТакож може бути передбачено, щоб кільце або нювальне ребро 4а при цьому досить міцно сидить кільця, оточуючі тензодатчики, за рахунок конструна валу, щоб запобігати зміщенню захисного кільктивних заходів або цілеспрямованого вибору маця Захисне кільце 1 спирається на вал також ущітеріалу або повної або часткової інтеграції еласльнювальним ребром 4b, не викликаючи, однак, томерних вставок виконати з можливістю м'якої силового замикання. Поверхня 5 кільця, з внутрідеформації таким чином, щоб вони для наванташньої сторони поруч з вузьким ущільнювальним 7 79434 8 ребром 4b, віддалена на певну відстань від поверділено на дві частини. Для монтажу служать гвинхні вала. Утворювану вузьку порожнину при монти, що вставляються в передбачені для цього тажі заповнюють ущільнювальною масою. Захисне отвори 1a, 1b, 1c, 1d. Ці гвинти створюють зусилкільце має, крім того, затиловану огинальну канавля, необхідні для стиснення обох частин 2а, 2b ку 6 для розміщення приймально-передавальної кільця на валу. При стисненні обидві ущільнюваантени, наприклад мідної стрічки, роторного елекльні поверхні 3а, 3b ущільнювальних ребер 4а, 4b тронного блока. Для введення антени передбачеприлягають до вала. Обидва ущільнювальних рена додаткова виїмка 7 на поверхні кільця, де до бра 4а, 4b при цьому досить міцно сидять на валу, антени приєднують антенні проводи, які йдуть від перешкоджаючи зміщенню кільця. З внутрішньої роторного електронного блока. Роторний електросторони захисне кільце за допомогою виконаної нний блок захищають металевим корпусом, закріканавки 25 цілеспрямовано послаблене таким чипляють на передбаченій для цього поверхні 8 всеном, що несучий переріз кільця в середині 26 вала редині кільця і з'єднують приводами з малий в порівнянні з перерізом вала. Кільце має, тензодатчиком. крім того, затиловану огинальну канавку 6 для На Фіг.2а-2h як приклад зображена двокільцерозміщення приймально-передавальної антени, ва конструкція, причому кільця 9, 10 концентрично наприклад, мідної стрічки, роторного електронного посаджені одне на одне. Для монтажу служать блока. Для введення антени передбачена додатгвинти, що вставляються в передбачені для цього кова виїмка 7 на поверхні кільця, де до антени отвору 11a-11d внутрішнього кільця 9 і отвору 12aприєднують антенні проводи, які йдуть від ротор12d зовнішнього кільця 10. Ці гвинти створюють ного електронного блока. Роторний електронний зусилля, необхідні для стиснення частин 9а, 9b блок захищають металевим корпусом, закріплювнутрішнього кільця 9 на привідному валу і частин ють на передбаченій для цього поверхні 8 всере10а, 10b зовнішнього кільця 10 на внутрішньому дині кільця і з'єднують приводами з тензометром. кільці 9. При стисненні внутрішнього кільця на ваПерелік посилальний позицій: лу широкі ущільнювальні поверхні 13а і вузькі ущі1 - захисне кільце; льнювальні поверхні 13b ущільнювальних ребер 1a, 1b, 1с, 1d - отвори для гвинтів; 14а, 14b внутрішнього кільця 9 прилягають до ва2а, 2b - частини кільця; ла. Широке ущільнювальне ребро 14а при цьому 3а - широка ущільнювальна поверхня; досить міцно сидить на валу для запобігання змі3b - широка ущільнювальна поверхня; щенню кільця 9. Кільце 9 також спирається на вал 4а - широке ущільнювальне ребро; вузьким ущільнювальним ребром 14b, не викли4b - вузьке ущільнювальне ребро; каючи силового замикання. Поверхня 15 кільця, з 5 - внутрішня поверхня кільця; внутрішньої сторони між ребрами, віддалена на 6 - затилована канавка; певну відстань від поверхні вала. Вузьку порожни7 - виїмка для антени; ну, що утворюється, при монтажі заповнюють ущі8 - поверхня для роторного електронного блольнювальною масою. ка; Зовнішнє кільце, що складається з частин 10а, 9а, 9b - частини внутрішнього кільця; 10b має затиловану огинальну канавку 16 для 10а, 10b - частини зовнішнього кільця; розміщення приймально-передавальної антени, 11а-11d - отвори для гвинтів; наприклад, мідної стрічки, роторного електронного 12a-12d - отвори для гвинтів; блока. Для вводу антени передбачена додаткова 13а - широка ущільнювальна поверхня; виїмка 17 на поверхні кільця, де до антени приєд13b - вузька ущільнювальна поверхня; нують проводи антени, які йдуть від роторного 14а - широке ущільнювальне ребро; електронного блока. Роторний електронний блок 14b - вузьке ущільнювальне ребро; захищають металевим корпусом, закріпляють на 15 - поверхня кільця; передбаченій для цього поверхні 18 із зовнішньої 16 - затилована канавка; сторони внутрішнього кільця і з'єднують привода17 - виїмка; ми з тензодатчиками, що знаходяться у виїмках 18 - поверхня для роторного електронного 17. Як альтернатива роторний електронний блок блока; може бути закріплений також на внутрішній сторо19 - виїмка для тензодатчика; ні зовнішнього кільця. Огинаюча внутрішнє кільце 20 - огинальна канавка для прокладки провоканавка 20 служить для прокладки проводів. Внутдів; рішнє кільце має до того ж на зовнішній стороні з 21 - з'єднувальні ребра; обох сторін приєднувальні ребра 21. Зовнішнє 22 - виточка; кільце має відповідні до них виточки 22. Крім того, 23 - запобіжник від провертання; на зовнішньому кільці передбачений запобіжник 23 24 - виїмка для запобіжника від провертання; від провертання, що входить у виїмку 24 внутріш25 - послаблювальна канавка; нього кільця. 26 - середина вала. На Фіг.3а-3с зображене окреме кільце, яке для стиснення на привідному валу (не показаний) роз 9 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 79434 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601