Преобразователь крутящего момента

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Пашкевич Михаил Федорович Пашкевич Виктор Михайлович Геращенко Василий Васильевич Пашкевич Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Преобразователь крутящего момента, содержащий фотодатчик, блок питания фотодатчика, два диска с радиальными прорезями, неподвижно закрепленные на двух полумуфтах, расположенных в непосредственной близости одна от другой так, что оба диска размещены в проеме фотодатчика, электрическую схему преобразования сигналов, отличающийся тем, что полумуфты связаны между собой в окружном направлении посредством упруго деформируемых элементов, а электрическая схема преобразования сигналов выполнена в виде параллельно подключенного к выходу фотодатчика сглаживающего конденсатора.(56) Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. - М. Машиностроение, 1965. С. 335.2151775 , 1985.59111029 , 1984.1793280 1, 1993.1383 1, 1996.1817928 3, 1993.2037795 1, 1995. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на промышленных установках, испытательных стендах, а также при исследовании различных конструкций и механизмов для измерения крутящего момента. Известны различные преобразователи крутящего момента, использующие разнообразные методы получения первичного сигнала тензорезисторные, индуктивные, магнитоупругие, струнные, пьезоэлектрические и другие 1-7. Все такие преобразователи содержат торсионный вал, диаметр которого и длина выбираются в зависимости от величины измеряемого момента. Недостаток преобразователей с торсионным валом - большая длина, требование неподвижного закрепления корпуса преобразователя на неподвижном основании, а также сложность регистрации, преобразования и обработки электрических сигналов. Это ограничивает использование таких преобразователей на промышленных установках. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому преобразователю крутящего момента является преобразователь, выполненный в соответствии с 5. Такой преобразователь содержит корпус, торсионный вал, выполненный в виде центрального стержня и набора концентрично установленных тонкостенных гильз, закрепленные на его концах и установленные в подшипниках две полумуфты, неподвижно закрепленные на полумуфтах диски с радиальными прорезями, два фотодатчика в щелевых проемах которых размещаются диски с радиальными прорезями, блок питания фотодатчиков и электрическую схему преобразования формируемых фотодатчиками сигналов. В этом преобразователе при вращении торсионного вала диски перемещаются в проемах фотодатчиков, в результате чего на выходах фотодатчиков формируются прямоугольные импульсы одинаковой высоты и длительности. Эти импульсы поступают на сумматор в противофазе, и если торсионный вал закручивается, то возникает фазовое смещение импульсов, и на выходе сумматора появляется последовательность разнонаправленных импульсов, длительность которых пропорциональна крутящему моменту. После выпрямления и сглаживания эти импульсы преобразуются в постоянный сигнал преобразователя,пропорциональный моменту. Этот преобразователь также имеет большую длину, требует неподвижного закрепления его корпуса на неподвижном основании и требует достаточно сложной электрической схемы преобразования электрических сигналов. Поэтому его использование на промышленных установках часто оказывается проблематичным и ведет к усложнению конструктивных решений. Таким образом, возникает задача уменьшения длины преобразователя, исключения его неподвижного корпуса с подшипниками для полумуфт торсионного вала и упрощения электрической схемы преобразования сигналов. Эта задача может быть решена в том случае, если полумуфты расположить в непосредственной близости одна к другой, связав их в окруженном направлении упругодеформируемыми элементами, выполненными, например, в виде пружин сжатия. 2 6710 1 Сущность изобретения состоит в том, что в преобразователе крутящего момента, содержащем фотодатчик, блок питания фотодатчика, два диска с радиальными прорезями,неподвижно закрепленные на двух полумуфтах, расположенных в непосредственной близости одна от другой так, что оба диска размещены в проеме фотодатчика, электрическую схему преобразования сигналов, согласно изобретению, полумуфты связаны между собой в окружном направлении посредством упруго деформируемых элементов, а электрическая схема преобразования сигналов выполнена в виде параллельно подключенного к выходу фотодатчика сглаживающего конденсатора. Таким образом, в предлагаемом преобразователе упразднен торсионный вал. Он заменен упругими элементами - пружинами, связывающими полумуфты в окружном направлении,в связи с чем полумуфты располагаются в непосредственной близости одна от другой и оба диска с радиальными прорезями размещаются в проеме фотодатчика. Это дает возможность не только уменьшить продольные размеры преобразователя, но исключить из преобразователя один из двух фотодатчиков, упростить электрическую схему получения,обработки и преобразования сигналов, исключив из нее сумматор и выпрямитель, а также исключить из конструкции преобразователя корпус и необходимость закрепления его на неподвижном основании. Предлагаемый преобразователь фактически представляет собой упругую муфту, позволяющую помимо своей основной функции также вести измерение передаваемого момента. Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 представлен общий вид преобразователя крутящего момента на фиг. 2 - поперечное сечение - общего вида преобразователя крутящего момента. На схемах представлен вариант преобразователя с упруго деформируемыми элементами в виде пружин сжатия. Преобразователь крутящего момента содержит полумуфты 1 и 2, неподвижно закрепленные на полумуфтах диски 3 и 4 с радиальными прорезями, упругие элементы 5 (в данном примере - пружины сжатия), размещенные между выступами-кулачками полумуфт,фотодатчик 6, в щелевом проеме которого размещены диски 3 и 4, и сглаживающий конденсатор 7. Диски 3 и 4 имеют возможность поворачиваться один относительно другого, и в исходном их положении радиальные прорези одного диска перекрыты выступами другого,т.е. эти диски не образуют радиальных щелей. Работает преобразователь крутящего момента следующим образом. При вращении вала, на котором измеряется момент, вращаются диски 3 и 4, размещенные в проеме фотодатчика 6. Если момент на валу отсутствует, то диски 3 и 4 перекрывают световой пучок фотодатчика, и на выходе этого фотодатчика сигнал отсутствует. С появлением крутящего момента пружины 5 деформируются, полумуфты 1 и 2 поворачиваются на некоторый угол одна относительно другой, получают также угловое смещение диски 3 и 4, в результате чего образуются радиальные щели. При перемещении дисков в проеме фотодатчика 6 последний генерирует импульсы, длительность которых пропорциональна ширине радиальных щелей, образованных дисками 3 и 4, и, следовательно, величине момента. При помощи сглаживающего конденсатора 7 последовательность импульсов преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное измеряемому моменту. При увеличении момента на валу ширина радиальных щелей, образованных дисками 3 и 4, увеличивается, а потому увеличивается длительность генерируемых фотодатчиком 6 импульсов, что приводит после сглаживания конденсатором 7 к возрастанию сигнала на выходе преобразователя. Таким образом, углы относительного поворота полумуфт 1 и 2, пропорциональные крутящему моменту, преобразуются в электрические сигналы преобразователя, которые регистрируются, и по их значениям определяются соответствующие величины измеряемых моментов. 3 6710 1 В данном преобразователе помимо его главного назначения - измерения крутящего момента, надежно решена также задача предохранения вала от перегрузок при возрастании момента больше предельного значения, преобразователь работает как жесткая муфта,а генерируемый им сигнал остается равным предельному значению. Если требуется измерять крутящие моменты при реверсивном вращении вала, упругие элементы следует располагать между всеми выступами полумуфт. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.