DE3302732A1

DE3302732A1 - Device for detecting the axial pressure loading of a shaft

Info

Publication number: DE3302732A1
Application number: DE19833302732
Authority: DE
Inventors: Yuji Nakanishi; Yoji Nakatsuka; Masayuki Kobe Sakamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1983-08-04
Also published as: JPS58131529A

Abstract

A shear loading detector device for a turning shaft in a rotating machine contains a pair of annular discs parallel to one another, which are coaxially arranged at a distance from one another. Between the annular discs, a number of circular column rods are arranged which by their ends are rigidly connected to the annular discs and in the peripheral direction have spaces between them, strain gauges being fitted on the circumferential surfaces of the column rods; the shear load detector device (11) is intended to be inserted between the lateral faces of a housing (12), in which a radial bearing (8) is held, which runs on the turning shaft (2), and an axial bearing (9), which is likewise fixed on the housing (12), which in turn absorbs the shear load of the turning shaft (2) by way of an axial thrust ring (10) on the shaft. <IMAGE>

Description

Vorrichtung zum Erfassen der Axial-Druckbelastung einerDevice for detecting the axial pressure load of a

Welle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Belastungen, insbesondere bei einer sich drehenden Welle in einer umlaufenden Maschine.Shaft The invention relates to a device for detecting loads, especially with a rotating shaft in a rotating machine.

Eine derartige Vorrichtung herkömmlicher Art ist in der Fig. 1 dargestellt. Eine umlaufende Welle 2 reicht mit einem Ende in ein Gehäuse 1 hinein, in dem sie berührungslos durch eine Seitenwand des Gehäuses hindurchtritt; am freien Ende der Welle 2 ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Kolben 3 befestigt, der von einem Dichtring 4 umgeben ist, welcher zwischen dem äußeren Umfang des Kolbens 3 und dem inneren Umfang einer kreisförmigen Öffnung in einer Trennwand angeordnet ist, die gemeinsam mit dem Kolben 3 das Innere des Gehäuses 1 in zwei Ölkammern 6 unterteilt, wobei eine Öffnung 5 in der Trennwand die beiden Ölkammern 6 miteinander verbindet und auf den Seitenwänden des Gehäuses 1 Ölmanometer 7 angebracht sind, die den jeweiligen öldruck in den Ölkammern 6 messen.Such a device of a conventional type is shown in FIG. One end of a rotating shaft 2 extends into a housing 1 in which it passes through a side wall of the housing without contact; at the free end of the Shaft 2 is fastened within the housing 1, a piston 3, which is supported by a sealing ring 4 is surrounded, which between the outer periphery of the piston 3 and the inner Perimeter of a circular opening is arranged in a partition that is common with the piston 3, the interior of the housing 1 is divided into two oil chambers 6, wherein an opening 5 in the partition wall connects the two oil chambers 6 to one another and on the side walls of the housing 1 oil manometer 7 are attached to the respective Measure the oil pressure in the oil chambers 6.

Nimmt man nun an, daß die Ölkammern 6 mit Öl gefüllt sind und der Kolben 3 sich in Fig.' 1 nach links verschiebt, dann steigt der öldruck in der Kammer 6 links von der Trennwand gegenüber dem in der rechts liegenden Kammer an.Assume now that the oil chambers 6 are filled with oil and the Piston 3 is shown in Fig. ' 1 shifts to the left, then the oil pressure in the chamber rises 6 to the left of the partition opposite that in the chamber on the right.

Bei einem Öldruck P und einem druckaufnehmenden Bereich des Kolbens 3 von der Größe S ist die Belastung, die auf die umlaufende Welle 1 wirkt, durch S x P gegeben. D.h., der öldruck ist relativ propvrtional zur Belastungskraft, so daß durch Messen des Öldrucks an den Manometern 7 die Belastung festgestellt werden kann.With an oil pressure P and a pressure-receiving area of Piston 3 of size S is the load that acts on the rotating shaft 1, given by S x P. That is, the oil pressure is relatively proportional to the load force, so that the load is determined by measuring the oil pressure on the manometers 7 can be.

Bei dem soeben beschriebenen Aufbau der herkömmlichen Vorrichtung ist jedoch die Reibung im Kontaktbereich zwischen dem äußeren Umfang des Kolbens 3 und dem inneren Umfang des Dichtringes 4 bei schnell-laufenden Maschinen sehr hoch, was den Einsatz einer derartigen Lastdetektorvorrichtung für schnell-laufende Maschinen erschwert. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß der öldruck bei besonders hohen Belastungskräften in Sättigung geht und damit der Meßbereich der Lastdetektorvorrichtung dieser Art begrenzt ist.With the structure of the conventional device just described however, is the friction in the contact area between the outer periphery of the piston 3 and the inner circumference of the sealing ring 4 in high-speed machines high, suggesting the use of such a load detection device for high-speed Machines difficult. Another difficulty arises from the fact that the oil pressure at particularly high loading forces goes into saturation and thus the measuring range the load detecting device of this type is limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lastdetektorvorrichtung für umlaufende Wellen zu schaffen, die frei von den Mängeln herkömmlicher Vorrichtungen ist, sich bei sehr schnell-laufenden Maschinen anwenden läßt und einen weiten Meßbereich hat. Ferner soll die erfindungsgemäße Lastdetektorvorrichtung einen relativ einfachen Aufbau und kleine Abmessungen haben und sich mit geringen Kosten herstellen lassen.The invention is based on the object of a load detector device for rotating shafts that are free from the shortcomings of conventional devices is, can be used in very fast-running machines and has a wide measuring range Has. Furthermore, the load detector device according to the invention should be relatively simple Have structure and small dimensions and can be manufactured at low cost.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Lastdetektorvorrichtung für umlaufende Wellen geschaffen, die ein Paar ringförmiger Scheiben besitzt, welche mit Abstand in Längsrichtung der Welle zueinander parallel angeordnet sind und zwischen denen eine linzahl von Säulenstäben von vorzugsweise Kreisquerschnitt-angeordnet ist, deren Ausrichtung parallel zur Achsrichtung der Scheiben verläuft und die mit bestimmten Abständen zueinander über den Umfang verteilt sind, wobei Meßstreifen auf der Oberfläche dieser Säulenstäbe befestigt sind.In order to achieve this object, a load detector device is provided according to the invention created for rotating shafts, which has a pair of annular discs, which are arranged parallel to each other at a distance in the longitudinal direction of the shaft and between which a number of pillar bars of preferably circular cross-section-arranged is, the alignment of which is parallel to the axial direction of the disks and with certain distances to each other are distributed over the circumference, with measuring strips are attached to the surface of these column bars.

Im einzelnen werden der Aufbau und die Funktionsweise der Erfindung anhand der nachfolgenden Erläuterung eines in Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels deutlich.In detail, the structure and mode of operation of the invention based on the following explanation of an embodiment shown in the drawing clear.

Im einzelnen zeigen: Fig. 1 ein Schemabild des Aufbaus einer herkömmlichen, mit Öldruck arbeitenden Belastungsdetektorvorrichtung für eine umlaufende Welle; Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Belastungsdetektorvorrichtung für eine umlaufende Welle; Fig. 3 die Belastungsdetektorvorrichtung aus der Fig. 2 in perspektivischer Ansicht; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Säulenstabes aus der Fig. 3, auf dem die Versetzung der auf seiner Mantelfläche angebrachten Meßstreifen erkennbar ist.In detail: FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of a conventional, oil pressure load detecting device for a rotating shaft; Fig. 2 shows an axial section through an embodiment of an inventive Load detecting device for a rotating shaft; Figure 3 shows the stress detector device from FIG. 2 in a perspective view; and FIG. 4 is a perspective view a pillar bar from FIG. 3, on which the displacement of the on its lateral surface attached measuring strips is recognizable.

Das in der Fig. 2 wiedergegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine umlaufende Welle 2, die in einem Radiallager 8 gehaltert ist und deren axiale Belastung durch ein Axiallager 9 aufgenommen wird, wozu nahe dem Axiallager 9 auf die Welle 2, dem Lager 8 gegenüber, ein Axialdruckring 10 befestigt ist. Eine Axialkraft-Detektorvorrichtung 11 gemäß der Erfindung ist zwischen Axiallager 9 und einer Seitenfläche des Radiallagergehäuses 12 eingefügt. Diese Axiallast-Detektorvorrichtung 11 ist genauer in Fig. 3 perspektivisch wiedergegeben und besteht aus zwei parallel liegenden Scheibenringen 11a und 11c, die in Richtung der Welle 2 durch Säulenstäbe 11b, die in Umfangsrichtung gegeneinander beabstandet sind, auf Abstand voneinander gehalten werden, wobei die Säulenstäbe 11b beispielsweise durch Verschweißen mit den Scheibenringen 11a, 11c verbunden sind. Die Säulenstäbe 11b tragen auf ihrer Mantelfläche (nicht gezeigte) Dehnungsmeßstreifen. Bevorzugt haben die Säulenstäbe 11b gleiche Ringform mit Kreisringquerschnitt jeweils gleicher Fläche.The illustrated in Fig. 2 embodiment of the invention shows a rotating shaft 2 which is held in a radial bearing 8 and its axial load is absorbed by an axial bearing 9, including close to the axial bearing 9 on the shaft 2, opposite the bearing 8, an axial pressure ring 10 is attached. One Axial force detector device 11 according to the invention is between axial bearings 9 and one side surface of the radial bearing housing 12 is inserted. This axial load detection device 11 is shown in more detail in Fig. 3 in perspective and consists of two parallel lying disc rings 11a and 11c, which in the direction of the shaft 2 by Column bars 11b, which are spaced apart from one another in the circumferential direction, at a distance are held from each other, the pillar bars 11b, for example, by welding are connected to the disk rings 11a, 11c. The column bars 11b carry on their Lateral surface (not shown) strain gauges. Preferably the column bars 11b the same ring shape with a circular ring cross-section in each case with the same area.

Die Dehnungsmeßstreifen auf den Mantelflächen der Säulenstäbe 11b sind typischerweise so angeordnet, daß (siehe Fig. 4) zwei Dehnungsmeßstreifen 151 in Achsrichtung verlaufen und einander diametral gegenüberstehen, während zwei weitere Dehnungsmeßstreifen 152 einander diametral gegenüberstehen und in Umfangsrichtung verlaufen, wobei jeweils die Dehnungsmeßstreifen 151 und 152 einer Gruppe einen Abstandsspalt zwischen sich haben.The strain gauges on the outer surfaces of the column bars 11b are typically arranged so that (see FIG. 4) two strain gauges 151 run in the axial direction and are diametrically opposed to each other, while two more Strain gauges 152 are diametrically opposed and circumferentially run, with each of the strain gauges 151 and 152 of a group one Have a gap between them.

Die Axiallast-Detektorvorrichtung 11 mit Aufbau und Anordnung gemäß Fig. 2 erhält von der Welle 2 über den Axialdruckring 10 die Axiallast mitgeteilt, welche mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen 151 und 152 auf den Mantelflächen der Säulenstäbe 11b, in denen Dehnungsbeanspruchungen auftreten, festgestellt werden kann.The axial load detector device 11 with the structure and arrangement according to Fig. 2 receives the axial load communicated by the shaft 2 via the axial pressure ring 10, which with the help of the strain gauges 151 and 152 on the lateral surfaces of the pillar bars 11b, in which elongation stresses occur, can be determined.

Die in den Dehnungsmeßstreifen 151, 152 aufgrund der von der Welle 2 übertragenen Belastungen auftretenden Denungsbeanspruchungen können auf Einrichtungen übertragen werden, die sie anzeigen und/oder ein Warnsignal abgeben, wodurch erreicht wird, daß die Maschine gegen übermäßige Axialbelastung geschützt wird.The in the strain gauges 151, 152 due to the wave 2 transferred loads can occur on facilities be transmitted, which they indicate and / or emit a warning signal, thereby achieved that the machine is protected against excessive axial load.

Versuche haben ergeben, daß der Meßbereich der Schubbelas-.Tests have shown that the measuring range of the Schubbelas-.

tung zwischen 0 und 200 Tonnen liegen kann, während mit herkömmlichen Vorrichtungen lediglich ein Bereich von 0 bis 50 Tonnen abgedeckt werden kann. Es zeigt sich daraus also, daß mit der Erfindung der Meßbereich auf das vierfache der bisherigen Vorrichtungen erweitert werden kann.tion can be between 0 and 200 tons, while with conventional Devices only range from 0 to 50 Tons covered can be. It thus shows that with the invention, the measuring range on four times the previous devices can be expanded.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Ausgangswerte der Meßstreifen direkt proportional zur Grösse der darin auftretenden Spannungsbelastung ist, so daß während ihrer Einsatzzeit keine Nacheichung erforderlich wird, wodurch die Schaltungen für das Erfassen der Belastung einfach werden.Another advantage of the invention is that the output values the measuring strip is directly proportional to the size of the voltage load occurring in it is, so that no recalibration is required during its service life, whereby the circuits for detecting the load become simple.

Claims

Device for detecting the axial pressure load on a shaft 9 Device for detecting the axial pressure load on a rotating machine shaft, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a pair of mutually parallel, spaced apart, coaxial disk rings (11a, 11c), between which several column bars (11b) are inserted are rigidly connected at their ends to the disk rings (11a, 11c) and have certain angular distances from one another in the circumferential direction as well as their outer surfaces wear strain gauges (151, 152), while the disk rings (via, 11c) between a fixed part (12) and one with the rotating shaft (2) connected element are inserted so that they are opposite to the fixed part are axially movable.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the column bars (body) all have the same cross-sectional shape with the same area and to each other keep the same angular distances.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the disc rings (11a, 11c) are provided between a side surface of a housing (12), in which a radial bearing is mounted which supports the rotating shaft, and an attached thrust bearing (9) to be inserted, creating the side surface of the housing (12) supports one of the disk rings (11a) and the axial bearing (9) presses on the other disc ring (11c) while it intercepts the axial pressure ring (10), while the axial bearing (9) to absorb the axial thrust from the rotating shaft (2) is provided via the axial pressure ring attached to it.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the column bars (11b) on their outer surfaces with strain gauges in an arrangement of two pairs (151, 152) are provided which are arranged diametrically opposite each other, and that each one of a pair of strain gauges (151) in the axial direction and the other (152) are circumferentially aligned.