Способ измерения сил внутри вращающегося вала

присоединением заявки,% судврственный иомнт СССР по делам иэооретени и открытей) СПОС ЕРЕНИЯ СИЛ ВНУТРИ ВРАШАЮЩЕГОСЯ ВАЛА в Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть нспользова.но при измерении сил внутри вращающего ся вала таких, как, например, осевая си- ла (упор), развиваемая посаженным на вал винтом, крутящий момент на валу и мощность, развиваемая валом, в различных становках. УИзвестен способ измерения сил 111, вызванных крутящим моментом внутри вращающегося вала, заключающийся в том, что в многолопастный поворотный гидропилиндр, лопасти корпуса которого связаны с ведомым валом, а лопасти роторас ведущим валом, подают от источника1 смазки (часоса) жидкость под давлением в полости между лопастями гидроцилнндра и измеряют с помощью манометрического прибора перепад давлений, который устанавливается в противоположных полостях гидропилиндра при помощи золотннкоого устройства в завиммосж от приложенной нагрузки. Недостатком известного способа является невысокая точность измерения, обусловленная необходимостью измерения перепада давлений в полостях гндрошлиндра, расположенных внутри вала, что весьма затруднительно, поэтому замер двалення в этом способе сведен к измерению давления на входе в гпдроцнлиндр н на выхо де из негоНаиболее близким по технической сущности к изобретению является способ нзмерения снл внутри вращающегося вала 21, заключающийся в том, что перепад давлений в противоположных полостях гидроцнлиндра измеряют с помощью измери-. тельного прибора, связанного изолированными каналами непосредственно с полостями гидроцнлиндра.Недостатками этого способа являются также невысокая точность измерения, обусловленная влиянием нл измеренный пе репад давлений центробежных ил инерции в жидкости при ее вращательном движении, а также потерей даиения е местных со) (2) 45 зйративлениях,особенно в уплотнениях ипереходах из вращающегося вала в магистрали измерительного прибора, в такжеслонаость самого процесса измерения.Целью изобретения является повьпцение точности и упрощение процесса измерения.Это достигается за счет того, что попредлагаемому способу жидкость в противоположные камеры подают двумя отдель 10ными потоками постоянного расхода по,двум идентичным магистралям, в которыхподдерживают одинаковую скорость и режим течения жидкости, а о перепаде давлений в противоположных камерах судятпо перепаду давлений, измеренному в любых идентичных точках магистралей вневращающегося вала,физическая сущность описываемого20способа измерения сил заключается в следующем,Поворотный гидроцилиндр питают жидкостью под давлением от двух насосов постоянной производительности О = О= соиМ25цо двум отдельным изолированным магистрвлям,Проходные сечения этих магистралей выполняют одинаковой площади и геометрии,местные сойротивления и длины участковмагистралей выполняют идентичной формыи размеров, Каждую из этих магистралейподводят к. камере с одинаковым давлением, которые чередуются между собой, Водной из этих камеР устанавливается поддействием крутяшего момента давлениеР (, а в других, чередующихся с первымикамерами, - давление Р 2,Во всех идентичных точках этих двухмагистралей поддерживается одинаковая 40скорость потока жидкости, а это выполни мо при следуюших условиях,второй магистралям. В этой связи режимы течения, определяемые числом Рейнольдса , чдЧ,в обеих этих магистралях в идентичных точках будут также одинаковы, ибо диаметры Д сечений этих потоков и вязкость жидкости будут одинаковыми.На основании зависимости, определяемой формулой потерь давления 6,Р в элементах магистралей ЬР гЧ2 Ю и всех вышеизложенных соображений, можно сделать вывод, что потери давления нв одинаковых участках этих магистралей будут одинаковыми, т.е, ь Р = ЬРя где- местное сопротивление в магист рали, определяемое геометрией сопротивлений 5 и режимом течения жидкостийе.Отсюда следует, что нет необходимости измерять перепад давления непосредственно в полостях вращающегося многоло пастного гидроцилиндра, достаточно его померить в двух идентичных точках магистралей подвода давления.На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для измерения крутящего момента по предлагаемому способу, на фиг. 2 - разрез А-Л фиг. 1; на фиг, 3 и 4 продольные разрезы устройств для измерения осевой силы.Устройство для измерения крутящего момента содержит ведущий вал 1, который образует корпус поворотного гидроцилиндрв, а ведомый ввл 2 представляет собой ротор поворотного гидроцилиндра.Лопасти 3 жестко закреплены на элементе корпуса простввке 4, жестко прикрепляемой к валу 1. Лопасти 5 жестко закреплены на роторе ведомом валу 2 . Между лопастями 3 и 5 образованы гидравлические полости 6 и 7, чередующиеся между собой в окружном направлении со стороны ведомого вала 2. Корпус поворотного гидроцилиндра закрыт крышкой 8. На ведущем валу 1 установлена обойма 9, предназначенная для подачи масла от насосов под давлением внутри вала 1,50 где С, С - расход жидкости соответст2венно в первой и второй магистраляхх;ф . , . - площадь проходного сечения1 2потока в 1 ой точке подлине соответственно первойи второй магистралей,На основании соотношений (1) и (2) и зависимости О: Ч ц, получаемЧ .=Ч1 2где Ч - скорости потока жидкости в 1 -ой точке, соответственной первой и Масло от бака 10 очищают от посторонних примесей в фильтрах, охлаждают до нужной температуры в теплообменниках, подают на вход в однотипные насосы оди- наковой производительности 11 и 12. Привод этих насосов (например, плунжерного типа) осуществляют от одного двивтеля 13, например, через редуктор 14 с двумя выходами, имеющими одинаковое передаточное отношение шестерен 15 и 16.Возможно применение для тех же целей и шестеренчвтых или лопостных двух5 70 Г 2секционных насосов, в которых Ме секциикачающих узлов (например шестерен) выполнены на одном валу и имеют рабочие элементы одинаковой геометрии, Для уменьшенияпульсвлнй давления и расхода жидкостирабочие элементы ставят в одинаковоеокружное положение так, чтобы фазыпульсаций совпадали. Вход двухсекционного насоса может быть общим, а выходы отдельными, 1 ООт этих насосов 11 и 12 отводят двеидентичные магистрали 17 и 18, имеющие одинаковые сечения каналов и одинаковые длины участков таким образом,что при оавенстве расходов питающих насосов 01=6 =со 11 ев каждой идентичной магистрали поцдерживвют одинаковыескорости потока жидкости 3,1 =3 , в следовательно, и числа Рейнольдса,и подобные режимы течения жидкости. В веду 2 Пщем валу 1 выполнены каналы 19 и 20,сообщающиеся в обойме 9 соответственнос магистралями 17 и 18. Каналы .19 и20 подводят потоки смазки Ц,1 и О в25чередующиеся между собой полости 6 и 7.На ведомому валу 2 выполнены углубления 21, например, прямоугольной в плане формы, закрываемые внутренней поверхностью лопастей 3 вала 1. Углублезоние 21 вместе с кромками лопастей 3выполняют роль золотникового дросселяпотоков 6,1 и О В теле лопастей 3 выполнены радиальные каналы 22, по которым масло под действием центробежных35сил сливается в картер трансмиссии, откуда по магистрали 23 его отводят вбак 10,Перепад давлений, равный перепаду .давления в полостях 6 и 7, замеряют при 4помощи дифманометра 24, который устанввливают между идентичными точкамимагистралей 17 и 18.Устройство, реализующее предложенныйспособ для измерения осевой силы (фиг, 3),содержит ведущий вал 25, соединенный сведомым валом 26 при помощи шлицев27, которые могут быть выполнены в виде шариковых шпонок, обладающих малымтрением при осевом смещении валов 25и 26 относительно друг друга, На валу25 жестко закреплен корпус 28: в котором помещен плоский диск 29, жесткозакрепленный нв валу 26, который делитпространство внутри корпуса 28 на две.полости 30 и 31, В эти полости по каналам 32 и 33 от втулок 34 и 35 подводят от двух отдельных насосов масло поддавлением с расходами 61= О= СОИ 6 сиз 82 6этих полостей масло стрввливвется черезотверстия 36 в корпусе 28 на вход в питающие насосы,Замеренный перепад давления Р-Р дифманометром 24 пропорционален осевой силе, действующей на ввл 25. Коэффициентом пропорциональности служит эффективнвя площадь диска 29,Второй вариант измерителя осевой силы представлен на фиг. 4. Осевая сила с,вала 26 передается через измерительноеустройство на корпус трансмиссии,Ввл 26 опирается через подшипники37 и 38 на корпус 28, а осевую силу накорпус 28 передает диск 29 за счет перепада давления ЬР в полостях 32 и 31создаваемого двумя потоками масла 04и О, поступающих в эти полости от отдельных насосов.Измеренный перепад давления ЬР намагистралях подвода потоков 61 и Спропорционален воспринимаемой с вала26 на корпус трансмиссии измеряемойосевой силе.Работает устройство по настоящемуспособу следующим образом,Масло из бака 10 подают на вход внасосы 11 и 12. Включают привод 13питающих насосов 11 и 12 трансмиссии,в которой предстоит измерять крутящиймомент, Ст насосов масло под давлениемпопадает в магистрали 17 и 18, и далеепоступает в обойму 9,и по каналам 19и 20 поступает соответственно в полости 6 и 7. Из этих полостей масло стрввливается через золотниковые щели в углубления 21 и далее по радиальным кеналвм 22 отбрасывается центробежными силами в масляный картер трансмиссии, от-куда по магистрали 23 его сливают вбак 10,При отсутствии крутящего моментадавления Р 1 и Р в полостях 6 и 7 равны между собой, С появлением крутящего момента лопасти 3 смещаются относительно лопастей 5, Это смещение вызывает изменение положения стравливающихкромок золотниковой пары (лойастей 3 суглублений 21) относительно друг друга.Проходное сечение потока жидкости Яуменьшается, и давление Р 1 в камерах6 возрастает,Проходное сечение стравливающих окондля потока Яя,напротив, увеличивается,и давление Рв полостях 7 упадет, Новместе с тем произойдет изменение давления по всемутракту питания, в том числе,и в каналах 19 и 20,и в обойме 9,705282 7и в магистралях 17 и 18, Но так как по терн давления па тракту питания идентичны, то переиаддавления Р-Р можно за- фиксировать в любых идентичных точках от обоймы 9 до насосов 11 и 12, что и фиксируют дифманометром 24,Формула изобретения Способ измерения сил внутри вращающегося вала, заключающийся в. том, что в противоположные камеры мезц 1 у" подвижными элементами вала подают жидкость под давлением и измеряют возникающий и противоположных камерах перепад двалений, отл ич ающи йся тем,что,с целью новьпцения точности и упряенияпроцесса измерения, жидкость в противоположные камеры подают двумя отдельными потоками постоянного расхода подвум идентичным магистралям, в которыхподдерживают одинаковую скорость и режим течения жидкости, а о перепаде давлений в противоположных камерах судятпо перепаду давлений, измеренному в лю10 бых идентичных точках магистралей вневращающегося вала.ФИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США М 23 2 21 82,кл, 7 3 1 36, опублик, 1 943,2, Патент США М 2398167,кл. 73-136, опублик, 1946.