RU1774196C - Устройство дл измерени крут щего момента - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дл  измерени  крут щего момента. Сущность изобретени : устройство дл  измерени  крут щего момента содержит механическую передачу с закрепленными на валах пр мозубыми цилиндрическими колесами и опорами качени , силоизмерительный датчик , при этом одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упор- ных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качени , а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом опора выполнена с возможностью осевого перемещени  5 ил.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, а именно к устройствам дл  измерени  крут щего момента.

Известны способы и устройства дл  измерени  сил, деформаций и перемещений, возникающих под действием нагрузок. Си- лоизмерительное устройство содержит си- ловоспринимающую и измерительную части. Силовоспринимающа  часть содержит элементы дл  воспри ти  реакций механической системы и ее передачи на динамометр. Известны также датчики силы: индукционный, емкостной, виброчастотный и др. Однако эти устройства сложны, требуют применени  специальных устройств при замерах крут щих моментов в механических передачах. Они не надежны и недолговечны и примен ютс  только в исследовательских цеп х

Дл  контрол  момента нагружени  во врем  испытаний механических передач они оборудуютс  тензометрическими устройствами а при исследовани х нагруженное™ вращающихс  деталей используют тензорезисторы, соединенные по мостовой схеме, изолированные от попадани  смазки и от механических повреждений слоем эпоксидной смолы с последующей передачей информации Однако такие устройства дл  замера крут щего момента не могут длительно работать в механических перемачах при значительных колебани х температур, наличии запыленности, при вибрационной нагрузке, и требуют посто нного ухода и контрол . Поэтому современные механические приводы не имеют надежных систем управлени  скоростными режимами.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности, долговечности, расширение диапазона измерени  крут щего момента.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном устройстве замера крут щего момента, содержащем механическую пере (Л

С

х| XI

Ь

ю о

дачу с закрепленными на валах пр мозубыми цилиндрическими колесами и опорами качени , и силоизмерительный датчик, одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качени , а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с сило- измерительным датчиком, при этом опора выполнена с возможностью осевого перемещени .

Использование одной из опор механической передачи в качестве силовосприни- мающего элемента без нарушени  функциональной работы передачи позвол ет отказатьс  от сложных датчиков и повысить надежность и долговечность системы.

Применение одной из опор в виде установленных в парной зеркальной последова- тельности двух радиально-упорных шариковых, либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качени  позвол ет регулировать величину замер емой осевой силы. Выполнение этой опоры с возможностью осевого перемещени  дает воз- можность передать осевое усилие, пропорциональное крут щему моменту, регистрирующему устройству.

На фиг. 1 показаны действующие в зубчатой передаче силы; на фиг.2 - нагрузки на опоры вала; на фиг.З - опоры промежуточного вала; на фиг.4 - кинематическа  схема редуктора с цилиндрическими колесами; на фиг.5 - схема действи  сил на шариковый радиально-упорный подшипник.

Известно, что крут щий момент на валу механической передачи (редуктора, мультипликатора ) различен и св зан дл  пр мозубых цилиндрических колес соотношением

Ml TL;Fr (1)

где Ft - окружна  сила; Fr - радиальна  сила; o,j-угол зацеплени .

Действующие в зубчатой передаче силы в зависимости от конструкции вала и опор привод тс  к оси вала (см. фиг.1).

Нагрузка на первую и вторую опору ведущего вала от окружной Ри радиальной Т сил составит соответственно

Результирующа  с учетом угла трени  между зубь ми

рfi2

cos (а +рТ Ц + 2

Frl VPl+T t

-)

г2

+ W

(

р -.

cos () Н +J2 где Н, 12 - рассто ни  колеса до опор. Отсюда

РП cos( +/3)(h +I2) 11

т -„, Р di

Тогда крут щий момент Mi

Fricos(g.i+p)(li +I2) di

h 2

Аналогично через результирующуюрцию второй опоры:

Fr2cos(«j,-l-/o)(li +I2) di

Таким образом крут щий момент пр мо пропорционален величине результирующих реакций опор.

В зависимости от кинематической схемы передачи можно всегда определить величину крут щего момента через значение результирующей реакции одной из опор. Значени  нагрузки на опоры вала промежуточного колеса (фиг.З) пр мозубой цилиндрической передачи

а а +Ь

или

0 5

°

5

0

5

О)

Известно, что в качестве опор редукторов широко примен ют шариковые радиальное упорные и роликовые конические подшипники. Также известно, что у шариковых радиально-упорных и роликовых конических подшипников под действием радиальной нагрузки А возникает внутренн   осева  составл юща  S, разгружающа  их в осевом направлении

S 1 ,3 Atg/5(10)

где угол контакта тел качени .

Приведенна  радиальна  нагрузка Rn дл  двух подшипников с осевыми составл ющими нагрузок Si и $2

R п А +m (Q -Si +S2)(11)

где А - радиальна  нагрузка на подшипник;

т коэффициент приведени , учитывающий неодинаковое вли ние на долговечность подшипника радиальной и осевой нагрузок;

Q - осева  нагрузка на подшипник.

При отсутствии осевой нагрузки

+ m(S2-Si).(12)

Радиальна  нагрузка А при известной внутренней осевой Si равна Si

Ai

(13)

Один подшипник (радиалыно-упорный) примен ть нельз , так как с увеличением радиальной нагрузки он будет разгружатьс  под действием осевой составл ющей. Поэтому дл  опоры из двух подшипников примен ют парную зеркальную установку с об зательной осевой зат жкой и расположением подшипников , когда оси качени  шариков или роликов скрещиваютс  между подшипниками (схема X) или располагаютс  вне подшипников .

Дл  правильной работы радизльно- упорных подшипников главное значение имеет осевой предварительный нат г. Правильно выбранный нзт г обеспечивает плотное прилегание шариков к беговым дорожкам , уменьшает износ поверхностей ка- чени , повышает нагружаемость и долговечность подшипников, предупреждает вращение шариков под действием гироскопических моментов и снижает коэффициент трени .

Необходимый нат г зависит от формы поверхностей качени , частоты вращени , температуры узла, коэффициента трени , величины рабочей нагрузки (радиальной и осевой).

При пружинном предварительном нат ге в систему ввод т спиральные или тарельчатые пружины, обеспечивающие нат г практически посто нной величины, почти независимо от износа поверхностей качени , колебаний линейных размеров и тепловых деформаций.

При установке парных подшипников с одинаковым углом контакта тел качени  / и равномерной нагрузке подшипников радиальной силой суммарна  составл юща  сил равна нулю.

S Si-S2 0;(14)

Дл  получени  разности осевой составл ющей опоры необходимо устанавливать подшипники с различными углами контакта тел качени  /3. Тогда

Sg Si-S2 1,3A1tg ft- 1,3A2tg$z (15)

Если прин ть, что радиальна  нагрузка

A Ai + A2 f+Ј

70 ЬЧ -irAi09/ i-tg/32) 0,65A(tg# -tg#0)

отсюда

(16)

1 гдем 0.65( -tg#)

Радиальна  нагрузка в опоре А равна результирующей реакции, РП .тогда

- 008(0,,+

0,65 (tgft

J1 + 2

tgflz

di 2

(П)

0

5

0

5

0

5

0

5

т.е. Mi KiK2Sfel ;.

где К2 cos(gJ+/)(ti+l2)dL

Крут щий момент пр мо пропорционален величине разности осевых составл ющих опоры из 2-х подшипников.

Этой формулой можно воспользоватьс  если замер етс  разность осевых составл ющих подшипника. Если замер етс  сумма осевых составл ющих, то формула (16) имеет вид --,

SЈ 2 Si + 82 1,3Aitg ft + 1 .SAatg ft

11 A A Если A Ai + Aa .

то$;2 (tg/Si +tg#) Отсюда

gx 2

0,65 ( + tgf32 ) K2Si2 где

K2

0

5

1

Mi

0,65(tg0i+tg/fe)

M K2 K2IIS.(18)

Крут щий момент пр мо пропорционален величине суммы осевых составл ющих опоры из 2-х подшипников. Крут щий момент может быть замерен при установке 2-х подшипников с одинаковыми углами контакта тел качени  ft путем замера сжимающих или раст гивающих сил на втулках, где устанавливаютс  внутренние или наружные кольца парных подшипников.

В этом случае AI определ етс  по формуле (13), а момент равен

Si cos ()(-| +I2 ) di 1,3tg#l22

Механическа  передача с пр мозубыми цилиндрическими колесами представлена двухступенчатым редуктором, кинематическа  схема которого представлена на фиг.4. Здесь 1 - ведущий вал, 2, 3 - соответственно промежуточный и выходной вал. На валах жестко закреплены шестерни 4 и 6 и зубчатые колеса 5,7. Валы устанавливают на опорах 8,9,10,11,12,13. Предложенное устройстоо позвол ет замерить крут щий момент на любом из валов 1,2,3. В качестве силовоспринимающего элемента может быть использована одна из опор 8,9,10,11,12,13. Дл  этого одна из опор, например 8, должна быть выполнена с возможностью передачи радиальной нагрузки и перемещени  опоры в осевом направлении . При приложении нагрузки втора  опора этого вала 7 должна исключать осевое перемещение вала.

Дл  возможности замера крут щего момента в подвижной опоре устанавливаем передаточную систему с преобразованием радиальной нагрузки в осевую составл ющую . Если рассмотреть схему действи  сил на.шариковый радиально-упорный подшипник (фиг.5), то на внутренние 14 и наружные 15 кольца и тело качени  16 действуют соответственно Qrb, QrM, Qz радиальные силы и осевые силы Qab, QaM, Qa.

На фиг.З представлена одна из опор вала дл  преобразовани  радиальной силы в разность осевых составл ющих двух ради- ально-упорных подшипников. Здесь 17-левый подшипник, 18 - правый подшипник, имеющий соответственно внутренние и наружные кольца 19, 20, 21, 22, 24 имеет специальный рабочий участок N дл  наклейки незодатчиков с целью замера усилий сжати  или раст жени  между подшипниками 17 и 18 устанавливаетс  распорна  упруга  вгулка 25, а подшипники ст гиваютс  гайкой 26,

На фиг.4 представлена схема действи  сил в опоре, состо щей из 2-х радиально- упорных подшипников. Здесь Si-осевые составл ющие , Fri-радиальные составл ющие. Сумма осевых составл ющих опоры из 2-х подшипников может быть в зависимости от схемы установки дл  внутренних или наружных колец равна сумме или разности этих сил:

S Ј 1 SH + Siz ;

S Ј 2 Si { + 812 ;

Нз фиг.5 представлена конструкци  ведущего вала редуктора с подвижной опорой 8, состо щей из подшипников 17, 18. Втулка 24 имеет наружный шлицевой участок с целью осевого перемещени  без ее проворачивани  в корпусе. Второй конец втулки - плавающий, опираетс  на шип 27, устанавливаемый в крышке подшипникового узла 28. С технологических соображений и возможности ремонта в корпусе установлена шлицевал втулка 29. На крышке 28 зацепл етс  индикатор, .замер ющий осевое перемещение втулки 24, При небольших нагрузках осевое усилие воспринимаетс  пружиной индикатора, a npt значительных нагрузках устанавливаютс  тарельчатые

пружины между торцами втулки 24 и шипа 27.

При работе редуктора под действием передаваемого крут щего момента будет

возникать в опоре 8 суммарна  реакци  радиальных сил определ ема  пол формулам 5,8.

Так как под действием радиальной нагрузки в шариковых радиально-упорных

подшипниках 17, 18 будут возникать внутренние осевые составл ющие, то внутренн   втулка 23 (или правый конец вала 1) будут раст гиватьс , а в наружном кольце 24 кроме радиальных сил воспринимаемых

втулкой 29 и шипом 27 будут возникать осевые составл ющие, направленные навстречу друг другу. Под действием осевой составл ющей рабочий упругий участок втулки 24 будет сжиматьс , и его правый

конец переместитс  влево, а вместе с ним и чувствительный элемент индикатора.

В формулу дл  замера крут щего момента 17, 18 нужно ввести масштабный коэффициент/л , учитывающий

чувствительность индикатора

М IJL Ki K2 Ti,

где Ti - показани  индикатора (регистрирующего устройства).

По величине показаний индикатора суд т о величине крут щего момента, Преимущество данного устройства заключаетс  в том, что наружное кольцо не вращаетс . Возможны и другие схемы, когда неподвижно внутреннее кольцо.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  крут щего момента, содержащее механическую передачу с закрепленными на валах пр мозубыми цилиндрическими колесами и опорами

   качени , и силоизмерительный датчик, о т- ли чающеес  тем, что, с целью повышени  надежности и долговечности одна из опор выполнена в виде установленных в парной зеркальной последовательности двух радиально-упорных шариковых либо роликовых подшипников с неравными углами контакта тел качени , а наружное или внутреннее кольцо опоры соединено с силоизмерительным датчиком, при этом

   опора выполнена с возможностью осевого перемещени .

   Фие. i

   Qn - JB /

   гз

   фг/г. З

   cpue.2.

   21

   22

   Т Li

   Siг

   фигЛ