UA23358U - Method for measuring torque - Google Patents

Abstract

The proposed method for measuring torque implies using torque transducer with a pulse output signal. The torque transducer is installed between the driving shaft and the shaft of the working mechanism. The torque transducer contains two disks and an elastic element arranged between the disks. The shift of the output pulses relative to the initial position is proportional to the angular distortion pf the elastic element of the transducer under the action of the torque that is transmitted fro the driving shaft to the shaft of the working mechanism.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до машинобудування, до двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), може бути 2 використаною в інших областях - у способах і пристроях загального призначення для виміру моментів приводного двигуна і виконавчого органа (робочої машини). Переважна область використання автомобілебудування.A useful model applies to mechanical engineering, to internal combustion engines (ICE), it can be used in other areas - in methods and devices of general purpose for measuring moments of the drive engine and the executive body (working machine). The predominant field of use is automotive.

Відомий спосіб виміру крутного моменту (патент України на винахід Мо21636, (3011 3/10, 1997р. "Спосіб визначення пускового моменту електродвигуна"| шляхом реєстрації поточного значення крутного моменту на 710 роторі, включеного випробуваного електродвигуна (робочої машини), що обертається, з заданою швидкістю за допомогою зовнішнього приводу, де одночасно з обертанням ротора реєструють поточний кут його повороту, при чому перед живленням випробовуваного електродвигуна протягом обороту реєструють поточне значення на роторі крутного моменту Мс, а значення пускового моменту Мп у заданому кутовому положенні ротора знаходять як різницю значень зазначених моментів Мр і Мс, зареєстрованих згідно заданого кутового положення ротора, 19 при цьому приводний електродвигун обертають протягом одного обороту без його з'єднання з валом випробовуваного електродвигуна, у процесі обертання реєструють поточне значення крутного моменту Мапд, значення пускового моменту М, в даному кутовому положенні ротора знаходять за формулою: ММ -Мад.A known method of torque measurement (Ukrainian patent for the invention Mo21636, (3011 3/10, 1997. "Method of determining the starting torque of an electric motor" | by registering the current value of the torque on the 710 rotor of the tested electric motor (working machine) that is rotating, with at a specified speed with the help of an external drive, where simultaneously with the rotation of the rotor, the current angle of its rotation is recorded, while before powering the electric motor under test during the revolution, the current value of the torque Ms is recorded on the rotor, and the value of the starting moment Mp in the specified angular position of the rotor is found as the difference between the values of the specified moments Mr and Ms, registered according to the given angular position of the rotor, 19 while the drive electric motor is rotated for one revolution without its connection to the shaft of the electric motor under test, in the process of rotation, the current value of the torque Mapd, the value of the starting moment M, in the given angular position is recorded rotor found by the formula: MM -Mad.

Основним недоліком описаного аналога є ускладнений процес виміру, великий час ведення вимірів, під час якого потрібно проводити кілька етапів реєстрації значень крутного моменту - необхідно зупиняти систему для з'єднання приводного електродвигуна (після його обертання протягом одного холостого обертання) з валом випробовуваного електродвигуна. Велика погрішність виміру, викликана залежністю вихідного сигналу від частоти обертання вала і від його кутового положення.The main disadvantage of the described analogue is the complicated measurement process, a long measurement time, during which several stages of torque value registration must be carried out - it is necessary to stop the system to connect the drive electric motor (after its rotation for one idle rotation) with the shaft of the electric motor under test. A large measurement error caused by the dependence of the output signal on the frequency of rotation of the shaft and on its angular position.

Відомий спосіб виміру крутного моменту (а.с. СРСР Мо1796311, 5011 3/10, 1990р.), що полягає у вимірі пружного деформування механічного елемента за заданим законом моменту щодо утворення зсуву. Кратний 22 Момент визначають за різницею значень частот коливань елемента, які відповідають недеформованому і -о деформованому положенню. При цьому вимірюють датчиком віброшвидкості зсув пружного елемента під дією перемінної складової вимірюваного крутного моменту.There is a well-known method of torque measurement (USSR Mo1796311, 5011 3/10, 1990), which consists in measuring the elastic deformation of a mechanical element according to a given moment law regarding the formation of shear. Multiple 22 The moment is determined by the difference in the values of the element's vibration frequencies, which correspond to the undeformed and -o deformed position. At the same time, the displacement of the elastic element under the influence of the variable component of the measured torque is measured by the vibration speed sensor.

Основним недоліком аналога є те, що одержання достовірної інформації про крутний момент не представляється можливим через необхідність обліку великої кількості параметрів. Процес виміру трудомісткий, со 30 ускладнений (наприклад, додатково до операції порушення коливань механічного елемента роблять додаткову ою операцію - пружне деформування його в площині чутливості пропорційно швидкості зсуву механічного елемента). Крім цього, негативно на точність виміру впливають коливальні процеси, на основі яких побудований о спосіб виміру крутного моменту. соThe main drawback of the analog is that it is not possible to obtain reliable information about the torque due to the need to account for a large number of parameters. The measurement process is time-consuming and complicated (for example, in addition to the operation of disturbing the vibrations of the mechanical element, an additional operation is performed - elastic deformation of it in the plane of sensitivity in proportion to the speed of displacement of the mechanical element). In addition, the oscillating processes, on the basis of which the torque measurement method is built, negatively affect the measurement accuracy. co

Відомий також спосіб виміру крутного моменту (ас. СРСР Мо1778561, (3011 3/10, 1990р., прототипі|, що 35 полягає у вимірі, за заданим законом моменту щодо створювання зсуву, інформаційних імпульсів вимірювачами сч крутного моменту з використанням деформації пружного елемента, і в наступній обробці імпульсів. При цьому за різницею зсуву середнього перерізу пружного елемента типу "білячого колеса" щодо його торців визначають крутний момент. Для чого роздільно вимірюють зсув середнього перерізу пружного елемента щодо кожного з «4, його торців, обчислюють суму обмірюваних зсувів і по ній знаходять осьове навантаження. З 50 Основним недоліком прототипу є низька точність виміру, обумовлена тим, що через роздільний вимір с пружного зсуву середнього перерізу щодо кожного з торців "білячого колеса" збільшуються погрішностіThere is also a known method of torque measurement (Association of the USSR Mo1778561, (3011 3/10, 1990, prototype), which consists in the measurement, according to the given law of the moment in relation to the creation of a shift, of information pulses by torque meters using the deformation of an elastic element, and in the subsequent processing of pulses. At the same time, the torque is determined by the difference in the displacement of the average cross-section of the elastic element of the "whitening wheel" type with respect to its ends. For this, the displacement of the average cross-section of the elastic element is measured separately with respect to each of its "4, its ends, the sum of the measured displacements is calculated and the axial load is found on it. With 50 The main drawback of the prototype is the low accuracy of the measurement, due to the fact that due to the separate measurement of the elastic displacement of the middle section with respect to each of the ends of the "whitening wheel", the errors increase

Із» усереднення, по причині переміщеннями складових крутних моментів. Крім того, під час виміру лінійних розмірів (що характерно для прототипу) мають місце значні погрішності, що спотворюють одержуваний результат та коливальні процеси, що протікають у пружному елементі, збільшують погрішність виміру параметрів. 45 Для усунення зазначених недоліків удосконалено спосіб виміру крутного моменту. ді В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення зазначеного об'єкту з метою одержання оз інформації з високою точністю вірогідності про обертовий момент, за рахунок підвищення точності вимірів шляхом зменшення погрішності усереднення. о Поставлена задача досягається тим, що в удосконаленому способі виміру крутного моменту, який полягає у сл 20 вимірі за заданим законом моменту щодо створювання зсуву інформаційних імпульсів вимірювачами крутного моменту з використанням деформації пружного елемента, і наступній обробці імпульсів. В ньому зсув фази со інформаційних імпульсів під час обертання вала приводного двигуна і виконавчого механізму реєструють безконтактно імпульсними датчиками за допомогою вимірювальних дисків і пружним сендвичоподібним елементом, якими вони зв'язані між собою, та за різницею між силами обертання двигуна й опору обертанню виконавчого механізму визначають величину збільшення крутного моменту за заданим законом моменту щодо с утворення зсуву пропорційно навантаженню, яке зростає.From" averaging, due to the displacement of the component torques. In addition, during the measurement of linear dimensions (which is characteristic of the prototype), significant errors occur, which distort the obtained result, and the oscillatory processes occurring in the elastic element increase the measurement error of the parameters. 45 To eliminate the mentioned shortcomings, the method of torque measurement was improved. The useful model is based on the task of improving the specified object with the aim of obtaining high-accuracy information about the torque by increasing the accuracy of measurements by reducing the error of averaging. o The set task is achieved by the fact that in the improved method of torque measurement, which consists in step 20 measurement according to the specified law of the moment regarding the creation of a shift of information pulses by torque meters using the deformation of an elastic element, and the subsequent processing of pulses. In it, the phase shift of the information pulses during the rotation of the shaft of the drive motor and the executive mechanism is registered by non-contact pulse sensors with the help of measuring discs and an elastic sandwich-like element that connects them to each other, and the difference between the engine rotation forces and the resistance to the rotation of the executive mechanism is determined the amount of torque increase according to the given moment law with respect to the formation of a shift in proportion to the increasing load.

У способі, що заявляється, підвищують точність виміру за рахунок зниження контролюючих параметрів. У такому способі погрішності зведені практично до нуля.In the proposed method, the measurement accuracy is increased by reducing the control parameters. In this way, errors are reduced to almost zero.

Коливання пружного елемента практично відсутні. 60 Крім того, одержана інформація має високу точність вірогідності про обертовий момент за рахунок підвищення точності вимірів шляхом спрощення процесу виміру: під час виміру відсутні проміжні сигнали і знижений час ведення вимірів, кількість залежних величин, відсутній часовий поріг під час реєстрації каскаду імпульсів.Oscillations of the elastic element are practically absent. 60 In addition, the obtained information has a high accuracy of the probability of the torque due to the increase in the accuracy of the measurements by simplifying the measurement process: during the measurement, there are no intermediate signals and reduced measurement time, the number of dependent values, there is no time threshold during the registration of the pulse cascade.

Одержання достовірних інформаційних даних з використанням способу, що заявляється, не залежить від бо тимчасових і температурних змін у зв'язку з використанням у ній цифрової обробки даних.Obtaining reliable information data using the claimed method does not depend on temporal and temperature changes due to the use of digital data processing.

Пошук, здійснений за джерелами науково-технічної і патентної інформації, показав, що сукупність істотних ознак технічного рішення, яке заявляється, невідома. Таким чином, воно відповідає вимогам новизни.The search carried out by sources of scientific and technical and patent information showed that the set of essential features of the claimed technical solution is unknown. Thus, it meets the requirements of novelty.

Корисна модель пояснюється графічними матеріалами.A useful model is explained with graphic materials.

На кресленні зображена система виміру крутного моменту призначена для демонстрації способу.The torque measurement system shown in the drawing is intended to demonstrate the method.

У систему виміру крутного моменту входить двигун 1 і виконавчий механізм 2, у яких є співвісні (обертові в одному напрямку) вали відповідно З і 4. Імпульсні датчики 5, 6 безконтактно зв'язані з валами (відповідно З і 4 виконавчого механізму 2, вони зв'язані між собою пружним елементом сендвичоподібної форми 7. Сигнали (імпульси) з датчиків 5 і б формуються за допомогою спеціальних схем перед подачею їх у пристрої для 7/о реєстрації й обробки сигналів 8. Аналогові сигнали з датчиків 5 і б перетворяться в цифрову форму за допомогою пристроїв 8.The torque measurement system includes engine 1 and actuator 2, which have coaxial (rotating in the same direction) shafts C and 4, respectively. Pulse sensors 5, 6 are non-contact connected to the shafts (respectively C and 4 of actuator 2, they interconnected by an elastic sandwich-shaped element 7. Signals (pulses) from sensors 5 and b are formed using special circuits before being fed to the device for 7/o registration and signal processing 8. Analog signals from sensors 5 and b will be converted into digital form using devices 8.

Імпульсні датчики 5 і б, а також пружний елемент 7 і вимірювальні, наприклад зубцюваті, диски 9 і 10 утворюють вимірник крутного моменту. Вимірник являє собою сигнальне колесо, у якого вимірювальні (зубцюваті) диски 9 і 10 жорстко закріплені на співвісних валах З і 4 двигуна 1 і виконавчого механізму 2. /5 Диски 9 ї 10 встановлені з можливістю пружного взаємного радіального зсуву на величину пропорційну зростаючому навантаженню на валах З і 4 в межах пружних властивостей елемента 7. Кожен диск 9 і 10 безконтактно зв'язаний з відповідним імпульсним датчиком 5 і 6 для реєстрації частоти обертання валів З |і4 під час постійного навантаження і під час перемінного, що викликає зсув фази інформаційних імпульсів, що надходять.Pulse sensors 5 and b, as well as elastic element 7 and measuring, for example toothed, disks 9 and 10 form a torque meter. The meter is a signal wheel, in which the measuring (toothed) discs 9 and 10 are rigidly fixed on the coaxial shafts Z and 4 of the engine 1 and the executive mechanism 2. /5 Discs 9 and 10 are installed with the possibility of elastic mutual radial displacement by an amount proportional to the increasing load on shafts C and 4 within the elastic properties of element 7. Each disc 9 and 10 is contactless connected to the corresponding pulse sensor 5 and 6 to record the frequency of rotation of shafts C and 4 during constant load and during variable load, which causes a phase shift of information pulses , which are received

Спосіб реалізується так. Під час обертання валів З і 4 без навантаження, імпульси з обох датчиків 5 і 6 мають однакову частоту і фазу (відставання або випередження інформаційних імпульсів - зсув фаз - відсутній).The method is implemented as follows. During rotation of shafts C and 4 without load, pulses from both sensors 5 and 6 have the same frequency and phase (lagging or leading informational pulses - phase shift - absent).

Під час зростання навантаження вали З і 4 зміщаються радіально відносно один одного в межах пружних властивостей елемента 7, при цьому зсув фази інформаційних імпульсів збільшується пропорційно зростаючому навантаженню. Далі проводять цифрову або аналогову обробку на пристроях для обробки сигналів 8, після чого одержують величину контрольованого крутного моменту.As the load increases, shafts C and 4 move radially relative to each other within the elastic properties of element 7, while the phase shift of the information pulses increases in proportion to the increasing load. Next, digital or analog processing is carried out on signal processing devices 8, after which the value of the controlled torque is obtained.

За допомогою заявленого об'єкту можна одержувати інформацію з високою точністю достовірності про т обертовий момент за рахунок підвищення точності вимірів шляхом спрощення процесу виміру: при вимірі відсутні проміжні сигнали (імпульси) і знижений час ведення вимірів, максимально зменшена кількість залежних одна від одної величин, відсутній часовий поріг під час реєстрації зсуву фази між імпульсами. У зв'язку з цим со зо спосіб, що заявляється, найбільше повно відповідають сучасним умовам.With the help of the declared object, it is possible to obtain information with high accuracy of reliability about the torque by increasing the accuracy of measurements by simplifying the measurement process: during measurement, there are no intermediate signals (pulses) and reduced measurement time, the maximally reduced number of dependent values, there is no time threshold when registering the phase shift between pulses. In this regard, the proposed method most fully corresponds to modern conditions.

Датчики крутного моменту 2 можна ефективно використовувати в системах гідромеханічної автоматичної о коробки передач, антиблокувальній системі гальм, у системі перерозподілу крутного моменту по осях, якщо їх со встановити у відповідні точки трансмісії. соTorque sensors 2 can be effectively used in hydromechanical automatic gearbox systems, anti-lock braking system, in the torque redistribution system along the axes, if they are installed at the appropriate points of the transmission. co

ЗоZo

Claims (1)

Формула винаходу с Спосіб виміру крутного моменту, що полягає у вимірі, за заданим законом моменту щодо створювання зсуву інформаційних імпульсів вимірювачем крутного моменту з використанням деформації пружного елемента, та « подальшій обробці імпульсів, який відрізняється тим, що зсув фази інформаційних імпульсів під часобертання у с вала привідного двигуна і виконавчого механізму реєструють безконтактно імпульсними датчиками за допомогою вимірювальних дисків і пружним сендвичоподібним елементом, якими вони зв'язані між собою, та за різницею :з» між силами обертання двигуна й опору обертанню виконавчого механізму визначають величину збільшення крутного моменту за заданим законом моменту щодо утворення зсуву пропорційно навантаженню, яке зростає.The formula of the invention c. The method of measuring the torque, which consists in the measurement, according to the given law of the moment, regarding the creation of the shift of information pulses by the torque meter using the deformation of the elastic element, and "the further processing of the pulses, which is distinguished by the fact that the phase shift of the information pulses during rotation in the shafts of the drive motor and the executive mechanism are registered non-contactly by pulse sensors with the help of measuring disks and an elastic sandwich-like element, which connect them together, and by the difference "z" between the forces of rotation of the engine and the resistance to the rotation of the executive mechanism, the amount of torque increase is determined according to the given law moment in relation to the formation of a shift in proportion to the load, which increases. іме) (95) (95) с 50 ІЧ е)name) (95) (95) c 50 IR e) сwith 60 б560 b5