Методы измерения крутящих моментов

При испытании машин возникает необходимость замерять крутящие моменты на валах трансмиссии, ступицах и других деталях, передающих крутящие моменты. Это делают с помощью тензорезисторов, наклеенных на вал, полуось или ступицу или включенных в измерительный мост. На вал, деформация которого измеряется, обычно наклеива­ются четыре тензорезистора, попарно на двух диаметрально про­тивоположных образующих вала под углом 45° к его оси. Тензорезисторы и , расположенные на двух параллель­ных винтовых линиях, смещенных друг относительно друга на угол 180°, при передаче валом крутящего момента растягиваются. Тензорезисторы и , расположенные перпендикулярно к и при скручивании вала сжимаются. Тензорезисторы, воспринимаю­щие деформацию одного знака, соединяются в рабочие плечи из­мерительного моста последовательно (схема II) или параллельно (схема I).

Рис. 3.23. Тензоэлемент для измерения крутящего момента:

I—схема параллельного соединения тензорезисторов; II—схема после­довательного соединения тензорезисторов

При таком способе наклеивания и соединения тензорезисторы, испытывающие при изгибе вала одинаковое деформирование, но противоположного знака, оказываются включенными в одно рабо­чее плечо измерительного моста. Суммарное сопротивление рабо­чего плеча поэтому остается постоянным независимо от изгибаю­щего момента и угла поворота вала.

Чтобы компенсировать погрешности от влияния деформации изгиба валов, особенно полуосей колесных тракторов, необходимо обеспечивать высокую точность расположения тензорезисторов относительно оси симметрии и по длине вала.

Для осуществления электрической связи тензорезисторов, на­клеенных на вал, с усилительной и регистрирующей аппарату­рой применяют токосъемные устройства. Основное требование, предъявляемое к ним,— стабильность переходного сопротивления в месте контакта вращающихся и неподвижных деталей.

При испытаниях машин широко используются токосъемни­ки ртутно-амольгамированные, которые бывают проходные (ТРАП) для установки, на валах различных диаметров и концевые (ТРАК) для установки на концах валов.

Проходной ртутно-амальгамированный токосъемник имеет непод­вижные 1 и вращающиеся 2 медные контактные кольца размеща­ются в корпусе с радиальным зазором 0,1 мм. Их контактные по­верхности амальгамированы, ртуть между ними удерживается за счет свойств капиллярности. Для заполнения контактного зазора вывертывают винты 9 и в отверстия заливают по несколько капель ртути.

Контактные кольца 2 и 1 собраны в блок с кольцами соответ­ственно 3 и 4 из органического стекла. Подвижную часть 7 корпу­са токосъемника надевают на вал с тензорезисторами. Неподвиж­ная часть 8 сопряжена с подвижной через подшипники. Проводни­ки 6 от вращающихся колец подключаются к тензорезисторам, проводники 5 от неподвижных колец — к прибору.

При эксплуатации токосъемников типа ТРАП и ТРАК часто нарушаются электрические контакты между кольцами (обрыв це­пи из-за недостатка ртути или ее загрязнения, замыкание между кольцами при избытке ртути). Для устранения неполадок прихо­дится систематически добавлять ртуть или разбирать токосъем­ник. Поэтому эти токосъемники пригодны только для установки в легко доступных местах.

В проходном токосъемнике с ртутной ванной на втулке 1, вращающейся вместе с деформируе­мым валом, установлены изолирующие втулки 8 с закрепленными на них медными контактными дисками 6 толщиной 4 мм. В непод­вижном корпусе против каждого диска размещаются наружные медные контактные кольца 4. Радиальный зазор между кольцом и диском принимается порядка 0,3 мм. Контактные диски устанав­ливаются на текстолитовых втулках. Для предохранения от про­ворачивания медного диска относительно втулки на посадочных поверхностях деталей имеются штифты. Все контактные диски удерживаются от проворачивания относительно втулки 1 силами трения, возникающими при затягивании гайки 9. Провода от ре­зисторов крепятся к контактным дискам винтами 5 или с помощью конусных штифтов.

При изготовлении токосъемника вращающиеся медные диски, сделанные с припуском по наружному диаметру и торцам, вместе с текстолитовыми втулками насаживают на втулку 1 и стягивают гайкой 9. В таком виде втулку помещают на специальную оправку или вал. Медные диски обрабатывают по наружному диаметру до нужного размера и по торцам до выбора биения.

Неподвижная часть токосъемника состоит из двух корпусов 2, в которых установлены подшипники, набора изолирующих колец 3 из текстолита и контактных колец 4 из высококачественной меди М-1. После сборки все детали неподвижного корпуса стягиваются четырьмя болтами.

Наружные контактные кольца имеют резьбовые отверстия, плотно закрываемые винтами 7 и предназначенные для заправки токосъемников ртутью и для подсоединения проходов.

Смежные поверхности контактных медных дисков и колец, а также торцовые поверхности дисков при сборке покрывают ртут­ной амальгамой. Кроме того, в каждый отсек, образованный коль­цом 4 и двумя изолирующими кольцами 3, заливают ртуть. Полученная при этом ртутная ванна позволяет осуществить надежную электрическую связь тензорезисторов с измерительной аппара­турой.

Опыт использования токосъемников с ртутной ванной показал, что они обеспечивают надежную и стабильную электрическую связь резисторов с измерительной аппаратурой.

Работа с ртутно-амальгамированными токосъемниками и их хранение требуют особой осторожности ввиду токсичности паров ртути. Амальгамирование должно производиться в закрытом вы­тяжном шкафу с помощью манипуляторов или рукавов-перчаток. Хранить токосъемники следует в герметичной таре. В закрытом помещении при наличии на тракторах ртутно-амальгамированных токосъемников зараженность воздуха парами ртути при отсутст­вии вентиляции может в несколько раз превысить допустимые нормы. В полевых условиях работа с ртутно-амальгамированными токосъемниками, установленными на внешних валах и осях, опас­ности не представляет.

В настоящее время все чаще находят применение токосъемни­ки с серебряными кольцами (толщиной менее 2 мм) и серебряно-графитовыми токосъемными щетками, безопасные с точки зрения санитарных требований, но более дорогие и с несколько худшими характеристиками.