КРУТИТСЯ-ВЕРТИТСЯ

Крутится-вертится ВСЕ! Именно такое впечатление создается, когда смотришь на работающие машины, оборудование, механизмы, устройства... И это впечатление не обманчиво. В технике, действительно, все крутится и вертится. Все находится в беспрестанном движении. И в основе этого движения - крутящий момент! Можно себе представить, сколь вездесущи и всеобъемлющи измерения этой физической величины, характеризующей процессы и определяющей режимы работы машин и агрегатов, применяемых в самых различных  областях технической деятельности человека.

А если конкретизировать, то измерения крутящего момента силы  в целях    контроля эксплуатационных показателей качества изделий и материалов используют:
 

• при оценке мощности, КПД, удельного расхода топлива  дви­гателей внутреннего сгорания, дизелей, электромашин, комп­рессоров, гидромашин, пневмомашин, редукторов и др.;
• при оценке прочности материалов при статическом и динамическом нагружении;
• при оценке жесткости элементов конструкции машин и сооружений, а также их элементов ( спиральных и винтовых пружин, торсионных валов и т. д.);
• при оценке динамической вязкости и реологических  свойств материалов;
• при оценке усилия затяжки резьбовых соединений в автостроении, авиастроении, при сборке металлоконструкций и т. д.;
• при контроле режимов эксплуатации прокатных станов, буровых установок, вертолетов и множества других видов технологического оборудования и транспортных средств.;
• при контроле  работы главного двигателя судов, автотранспортных и сельскохозяйственных машин, разного рода энергетических установок.

Главным образом, измерения крутящего момента силы  осуществляются в диапазоне значений (10-4  - 106) Н∙м при частотах вращения от нуля до 2000 с-1 с относительной погрешностью (0,05-20)%.

Моментомеры

Широкое разнообразие сфер применения измерений крутящего момента силы  предопределило и  разнообразие используемых в этих целях средств этих измерений  Их называют моментомерами. И подразделяют на  стационарные и переносные.

Стационарными называются измерительные установки, содержащие источник энергии, поглотитель энергии и измеритель крутящего момента силы. 

Переносные устанавливают в цепь передачи крутящего момента силы между источником и поглотителем энергии.

Моментомеры предоставляют возможность  измерений крутящего момента силы, как  на неподвижном, так и  и вращающемся валу.
 
Стационарные моментомеры для измерений на вращающемся валу подразделяются на: балансирные; моментомеры, основанные на косвенных методах измерений;  механо-фрикционные.
 
Балансирные моментомеры основаны на преобразовании крутящего момента силы на вращающемся валу в реактивный момент не вращающегося статора моментомера, установленного на балансирную (поворачивающуюся) платформу. На балансирную платформу может быть установлен либо источник энергии (двигатель), либо поглотитель энергии, либо промежуточное звено (редуктор).
 
Реактивный момент измеряется по принятой классификации стационарными или переносными моментомерами для измерений на неподвижном валу.
 
В качестве поглотителей энергии используют гидравлические, аэродинамические, механические и электрические тормоза. К последним относятся порошковые тормоза, тормоза на базе электромашин постоянного и переменного тока, индукторные тормоза.
 
Основная область применения  -  при оценке механической мощности двигателей внутреннего сгорания, турбин, генераторов, электродвигателей, насосов, вентиляторов и т. д.
 
Стационарные моментомеры, основанные на косвенных измерениях, построены на следующих методах:

• метод измерений ускорения при известном моменте инерции вращающихся элементов, используемый при определении крутящего момента силы в переходных и неустановившихся режимах;
• метод измерений частоты вращения вала и электрических параметров электромашин, используемый при контроле крутящего момента силы и механической мощности в технологических процессах и аварийной сигнализации;
• метод измерений угла закручивания или напряжения металла штатных упругих элементов стационарных энергетических установок с передачей информации с вращающегося вала.

Основная область применения - контроль энергетических параметров процессов бурения, работы прокатных станов, судовых установок, сигнализация при возникновении аварийной ситуации и т. д.

Механофрикционные моментомеры используются для измерений параметров источников энергии.
 
Момент торможения определяется как произведение радиуса, на котором производится торможение двигателя, на показания силоизмерителя, установленного в тракте формирования момента трения.
 
Основная область применения - испытания маломощных тихоходных двигателей.
 
Стационарные моментомеры для измерений на неподвижном валу предназначены для нагружения изделий статическим крутящим моментом силы и применяются при градуировке, калибровке и поверке переносных моментомеров, исследованиях, испытаниях материалов и изделий на кручение, испытаниях пружин и т. д.
 
По  конструктивному исполнению  эти средства измерений подразделяются на устройства, содержащие плечо и меры массы; устройства, содержащие плечо и силоизмеритель; устройства, содержащие моментомер и нагружающее устройство.
 
Моментомеры выполняются с горизонтальным и вертикальным направлениями действия момента. Вертикальное расположение оси стационарного моментомера в основном встречается при малых моментах.
 
Переносные моментомеры для измерений на вращающемся валу подразделяются на два наиболее распространенных вида. Первый основан на измерении угла закручивания упругого тела. Второй -  на измерении напряжения в материале упругого тела.

Наибольшее распространение получили моментомеры, основанные на преобразовании угла закручивания и напряжения в материале упругого тела в электрический сигнал. В зависимости от конструкции, моментомеры могут иметь специальные устройства для передачи информации с вращающегося вала на неподвижную часть моментомера.
 
Различают четыре вида связи: гальваническую (с помощью контактных колец); индуктивную (с помощью вращающихся трансформаторов); емкостную (с помощью вращающихся конденсаторов); телеметрическую (посредством передатчиков и приемников).
 
Моментомеры, основанные на измерении угла закручивания упругого тела, в зависимости от типа первичного преобразователя моментомера, подразделяются на индуктивные, емкостные, фотоэлектрические, резонаторные, нониусные, разностные, временные и фазометрические.
 
Моментомеры, основанные на измерении напряжения в материале упругого тела, в зависимости от типа первичного преобразователя моментомера, подразделяются на тензометрические, фотоупругие и магнитоупругие. В связи с быстрым развитием электронной и компьютерной техники и программирования наибольшее распространение получили датчики крутящего момента силы на основе различных типов тензорезисторов.
 
Погрешность переносных моментомеров определяется несовершенством упругих свойств материала упругого элемента первичного преобразователя, зависимостью его характеристик от температуры, влиянием на первичный преобразователь силовых возмущающих воздействий (изгиб, перерезывающая сила и осевое усилие), погрешностями вторичной аппаратуры и системы передачи информации с вращающегося вала на неподвижную часть прибора.
 
Основная относительная погрешность переносных моментомеров колеблется от 0,03% до 2%.
 
Целый ряд  переносных моментомеров способен измерять крутящий момент силы  на неподвижном валу. За исключением некоторых конструкций нониусных, разностных, временных и фазометрических моментомеров