Способ измерения крутящего момента

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимися или неподвижными валами различных объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения влияния температуры. Способ измерения крутящего момента включает возбуждение в вале ультразвуковых колебаний с помощью одного возбуждающего преобразователя, измерения параметров прохождения ультразвуковых колебаний по валу с помощью двух приемных преобразователей, расположенных определенным образом относительно вала, и возбуждающего преобразователя, и суждение о величине крутящего момента по разности измеренных приемными преобразователями параметров. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5р 4 G 01 Ь 6/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4241394/24-10 (22) 04. 05. 87 (46) 07 ° 11 ° 89. Бюл. М 41 (71) Куйбышевский инженерно-строительный институт им. А.И. Микояна (72) И.Г. Абламунец, О.П. Прудников и В.Г. Сенькевич (53) 531.781 (088.8) (56) Гинзбург В.Б. Магнитоупругие датчики. — M.: Энергия, 1970.

Robert В. Bossier. Rotoshaf t

torguemeter. American Helicopter

Society, 1983, IV, Р 2, р. 3-8. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь; зовано для измерения крутящего моИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимися нли неподвижными валами различных объектов.

Целью изобретения является повышение точности измерения крутящего момента путем исключения влияния температуры.

Способ измерения крутящего момента заключается в том, что возбуждают в валу, передающем крутящий момент, ультразвуковые колебания и измеряют параметры прохождения этих колебаний по валу, а для возбужде- ния и приема ультразвуковых колебаний используют один возбудитель и

„„SU„„1520364 А 1 мента, передаваемого вращающимися или неподвижными валами различных объектов. Целью изобретейия является повышение точности измерений путем исключения влияния температуры.

Способ измерения крутящего момента включают возбуждение в вале ультразвуковых колебаний с,помощью одного возбуждающего преобразователя, измерения параметров прохождения ультразвуковых колебаний по валу с помощью двух приемных преобразователей,расположенных определенным образом относительно вала, и возбуждающего преобразователя, и суждение о величине крутящего момента по разности измеренных приемными преобразователями параметров. 3 ил. два приемника, расположенных на одинаковых расстояниях от возбудителя так, что направления на них от возбудителя составляют углы +45 с образующей вала, и по разности измеряемых этими приемниками параметров определяют величину крутящего момента.

В способе используется явление, при котором механические напряжения в вале, вызванные действием приложенного к валу крутящего момента, увеличиваются в направлении 45 .к обрао зующей вала и уменьшаются в перпендикулярном направлении. Поэтому параметр, измеряемый с помощью одного из приемников, например скорость рас пространения ультразвука, увеличива1520364 ется, а параметр, измеряемый с помощью второго приемника, уменьшается.

Разность этих показателей дает двойной. эффект. Кроме того, действие температуры одинаково проявляется как .на одном, так и на другом приемниках, т,е. измеряемые ими параметры под действием температуры либо одновременно увеличиваются, либо одновременно 1О уменьшаются, а разность этих величин остается постоянной и не зависящей от температуры..

В способе могут использоваться различные типы ультразвуковых волн.

Но поскольку наибольшие механические напряжения возникают на поверхности вала, то наиболее перспективно применение поверхностных акустических волн. Кроме того, для них существуют достаточно хорошо:"разработанные бесконтактные методы ввода и вывода ультразвука (электромагнитно-акустические методы), что имеет существенное значение при измерении крутящего момента на вращающихся валах.

В качестве параметров, измеряемых приемниками ультразвуковых колебаний, могут служить скорость распространения ультразвуковых колебаний,время распространения ультразвука от возбудителя до приемника, набег фазы, затухание амплитуды колебаний и др.

Способ измерения крутящего момента может быть реализован нри помощи

1 устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 — схематически работа устройства; на фиг.3 — пред- 4(, лагаемое устройство, вариант.

Устройство содержит вал 1, через который передается крутящий момент, возбуждающий акустический преобразователь 2, два приемных акустических преобразователя 3 и 4, возбуждающий генератор 5, к выходу которого подсоединен возбуждающий преобразователь

2, две схемы 6 и 7 измерений информационного параметра, к информационным входам которых подсоединены по одному из приемных преобразователей

3 и 4, а входы синхронизации соединены с выходом синхронизации возбуждающего генератора 5, и вычитающее

ы устройство 8, первый и второй входы которого подсоединены к выходам соответственно схем 6 и 7 измерений информационного параметра, Устройство (фиг.1) содержит акустические преобразователи 2-4„ устанавливаемые непосредственно на валу.

С их помощью в материале вала возбуждаются и принимаются объемные волны, прохождение которых по валу показано на фиг.2, В качестве преобразователей могут быть использованы обычные ультразвуковые преобразователи из ЦТС (цирконато-титаната свинца).

Устройство (фиг.3) содержит бесконтактные акустические преобразователи 2-4, основанные на электромагнито-акустическом методе ввода и приема ультразвуковых колебаний (необходимые для нормальной работы преобразователей источники постоянного магнитного поля на фиг.3 не показаны). Такие преобразователи устанавливаются с некоторым зазором над валом 1, что существенно в тех случаях, когда вал вращается с высокой скоростью. Еще одним достоинством электромагнитно-акустических преобразователей является то, что с их помощью легко возбуждаются поверхностные акустические ультразвуковые волны, а как известно, наибольшие механические напряжения в вале возникают именно в его приповерхностном слое, Возбуждающий преобразователь 2 (фиг,3) выполнен в виде накладной катушки, витки которой расположены концентрично с шагом, равным половине длины возбуждаемой ультразвуковой волны ()/2) .

Приемные акустические преобразователи 3 и 4 представляют собой катушки, но выполненные в виде меандра с шагом 71/2 и ориентированные длинными сторонами на возбуждающий преобразовательь.

Схемы 6 и 7 измерений информационного параметра строятся по известным в ультразвуковой технике способам в зависимости от выбранного информационного параметра, в качестве которого могут выступать скорость распространения ультразвуковых колебаний время распространения ультразвука от возбуждающего до приемного преобразователей, набег фазы на этом пути, затухание амплитуды колебаний и другие возможные параметры. Вычитающее устройство 8 может представлять собой аналоговое и цифровое вычитающее уст- ройство с индикацией результата.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

5 15203

При отсутствии крутящего момента вал представляет собой с точки зрения акустических свойств изотропный и однородный материал. Поэтому возбуждаемые генератором 5 с помощью преобразователя 2 ультразвуковые колебания одинаково распространяются как по направлению к приемному преобразователю 3, так и по направлению к прием- 1р ному преобразователю 4. Измеренные схемами 6 и 7 информационные параметры оказываются одинаковыми и на выходе вычитающего устройства 8 нулевое показание. 15

Если теперь приложить к валу крутящий момент, то в обычном изотропном однородном материале под действием появившихся механических напряжений возникает двойное лучепрелом- 20 ление, так как материал. вала становит ся акустически неоднородным (скорость ультразвука в различных направлениях неодинакова). Причем в вале и на поверхности вала имеются направления 25 механических напряжений сжатия и растяжения, которые перпендикулярны между собой и образуют угол + 45 с образующей вала. Эти направления совпадают с выбранными направлениями 30 от возбуждающего преобразователя 2 к приемным преобразователям 3 и 4.

Поэтому измеренный с помощью одной из схем 6 и 7 информационный параметр, например скорость ультразвука, увеличится, а информационный параметр, измеренный второй из схем 6 и

7, уменьшится. В результате на выходе вычитающего устройства 8 — ре" зультат, пропорциональный приложен ному крутящему моменту.

Если изменить направление приложения крутящего момента на противоположное, то направления растягивающих

I и сжимающих механических напряжений поменяются местами, и результат, получающийся на выходе вычитающего устройства 8, также сменит знак на противоположный.

В устройстве (фиг.3) эффект дости- 5О гается только за счет разности меха64 6 нических напряжений, действующих вдоль направлений от возбуждающего преобразователя 2 к приемным преобразователям 3 и 4. В устройстве (фиг.1) к этому эффекту добавляется эффект, вызванный изменением расстояний между возбуждающим 2 и приемными 3 и 4 преобразователями (преобразователи жестко закреплены на валу, а последний деформируется под действием приложенного крутящего момента) .

Пусть теперь произошло изменение температуры. Но в силу симметрии измерительной системы это приведет к одинаковому изменению информационных параметров, измеренных схемами 6 и 7: они одновременно или увеличатся на одну и ту же величину или уменьшатся.

Поэтому на выходе вычитающего устройства 8 показания не изменятся, Предлагаемый способ и устройство для измерения крутящего момента позволяют производить измерения с высокой точностью (теоретически достижима погрешность 0,001K), в то время каЙ известные устройства, использующие известные способы. имеют погрешность не менее 0,252.

Ф о р м у л а изобретения

Способ измерения крутящего момента путем возбуждения в материале вала, передающего крутящий момент, ультразвуковых колебаний и измерения параметров этих колебаний после прохождения по участку вала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, ульт" развуковые колебания возбуждают в ва" ле в двух вэаимоперпендикулярных на" правлениях, составляющих углы 45 с образующей вала, а величину крутящего момента определяют по разности измеряемых параметров ультразвуковых колебаний, прошедших в этих направлениях.

1 520364

Составитель Э. Шумилова

Редактор И. Шулла Техред A.Кравчук Корректор В. Гирняк

Заказ 6747/42 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r ° Ужгород, ул. Гагарина, 101