Тема 16. Датчики крутящего момента
Измерение
крутящего момента MKP
необходимо для определения мощности
передаваемой валом от привода к нагрузке
, где ω
– круговая частота (скорость вращения
вала) в рад/с при исследовании, а в
некоторых случаях и при эксплуатации,
механизмов.
Измерение крутящего момента на валу основывается на том, что при передаче момента вал деформируется (скручивается). Угол закрутки вала
(92)
где
l
– длина вала, JP
– полярный момент сопротивления сечения
вала (для круглого вала диаметром d
,),
G
– модуль упругости при сдвиге (
)
/9/.
Фактически измерение крутящего момента сводится к измерению угла закрутки вала. Обычно валы проектируются достаточно жесткими и углы закрутки для реальных валов составляют единицы и доли угловой минуты. Измерение таких малых деформаций представляет собой сложную техническую задачу. Дополнительная существенная сложность состоит в том, что измерять необходимо деформацию вращающегося вала, а информация о ней должна быть передана на аппаратуру, установленную на корпусе машины.
Измерение малых деформаций может быть реализовано с помощью тензометрических датчиков (см. рис 143 д) наклеиваемых на вал. Остается сложная проблема подачи питания на вращающийся вал и, особенно, передачи измерительных сигналов с вращающегося вала на корпус машины. Для решения этой проблемы, используя возможности современной микроэлектронной базы, можно на вращающемся валу разместить предусилители информационного сигнала и средства передачи питания на вал и передачи сигнала на корпус машины (рис. 146).
Рис. 146.
Тензометрический датчик крутящего момента.
При достаточно большой доступной длине вала можно «свести» угол закрутки вала в одно место конструкции и использовать соответствующий датчик перемещения, желательно без электрических цепей на вращающейся части. Связь элементов датчика установленных на неподвижной части машины с элементами, установленными на вращающемся валу, осуществляется через магнитные, электрические или световые поля.
На рис. 147 показан датчик крутящего момента, в котором связь с элементами конструкции датчика размещенными на вращающемся валу осуществляется через магнитное поле. На валу 1 на расстоянии В (база измерения) закреплены гильзы 2, на которых размещены элементы магнитной цепи датчика – два статорных кольца 3, жестко связанные с помощью шпилек 4 и роторное кольцо 5. Поскольку гильзы не передают крутящего момента, они не скручиваются и угол взаимного поворота внутренних торцов гильз равен углу закрутки вала на длине В. При передаче крутящего момента роторное кольцо 5 перемещается относительно статорных колец 3. На статорных и роторном кольцах, выполненных из
Рис. 147.
Индуктивный датчик крутящего момента.
ферромагнитного материала, есть зубцы, расположенные в осевом направлении. При повороте роторного кольца воздушные зазоры между зубцами статорного и роторного колец изменяются, что приводит к дифференциальному изменению магнитного сопротивления между роторным кольцом и каждым из статорных колец.
На основании механизма соосно с валом установлен неподвижный магнитопровод 6, в кольцевых пазах которого размещены две обмотки 7 и 8. Магнитный поток, создаваемый обмоткой 7, проходит через левую часть неподвижного магнитопровода, через левый кольцевой воздушный зазор на левое статорное кольцо, через воздушные зазоры между зубцами статорного и роторного колец и замыкается через средний кольцевой воздушный зазор между роторным кольцом и неподвижным магнитопроводом. Магнитный поток, создаваемый обмоткой 8, проходит через правую часть неподвижного магнитопровода, через правый кольцевой воздушный зазор на правое статорное кольцо, через воздушные зазоры между зубцами статорного и роторного колец и замыкается через средний кольцевой воздушный зазор между роторным кольцом и неподвижным магнитопроводом.
По магнитной схеме этот датчик аналогичен двухтактному индуктивному датчику, рассмотренному в соответствующей главе.