Устройство для измерения моментов трения скольжения и радиальных усилий в силовых цилиндрических шарнирах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОМЕНТОВ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ И РАДИАЛЬНЫХ УСИЛИЙ в силовых ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ШАРНИРАХ, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими торцами , контактирующие с подвижным и неподвижными звеньями шарниру и соединенные болтовым соединением с датчиком )ормаций, выполненным в виде шпильки с гайками и полусферическими шайбами, размещенными в фигурных стаканах, закрепленных на крайних втулках, причем в местах совместного центрирования крайние втулки связаны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средняя втулка снабжена фиксатором положения, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности за счет раздельного измерения радиальных нагрузок в неподвижных звеньях шарнира, в него введена .пара дополнительных полусферических шайб, каждая из которых зар S креплена на торцах средней втулки, а ишилька выполнена составной в (Л виде двух втулок, торец каждой из которых соединен с соответствующим фигурным стаканом с помощью шлицевого вклсщыша, а между собой втулки соединены через игольчатый подшипник .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗШ G 01 Х

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3572097/18-10 (22) 04.04.83 (46) 07.03.84. Вюл. Р 9 (72) С.В.КовалевсКий, E.À.Ñòåïàíîâ и Н.М.Михин (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт соляной промышленности (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 198735, кл. G Ol L 1/04,09.12.65.

2. Авторское свидетельство СССР

9 838432, кл. 6 01 Х 1/04,10.05.-79 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МОМЕНТОВ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ И РАДИАЛЬНЫХ УСИЛИЙ В СИЛОВЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

Н)АРНИРАХ, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижным и неподвижными звеньями шарнира и соединенные болтовым соединением с

„.SU„„0 8252 A датчиком деформаций, выполненным в виде шпильки с гайками и полусферическими шайбами, размещенными в фигурных стаканах, закрепленных на крайних втулках, причем в местах совместного центрирования крайние втулки связаны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средняя .втулка снабжена фиксатором положения, о т л и ч а ю щ е ес.я тем, что, с целью повышения точности за счет раздельного измерения радиальных нагрузок в неподвижных звеньях шарнира, в него введена, пара дополнительных полусферичеСких.шайб, каждая иэ которых закреклена на торцах средней втулки, а шпилька выполнена составной в виде двух втулок, торец каждой из которых соединен с соответствующим фигурным стаканом с помощью шлицевого вкладыша, а между собой втулки соединены через игольчатый подшипник.

1078252

Изобретение относится к измерению сил и моментов, в частности к силоизмерительной технике для регистрации моментов трения скольжения и произвольно направленных радиальных усилий, преимущественно в силовых цилиндрических шарнирах, и может быть использовано для исследований режимов работы тяжело на груженных подшипников скольжения сцепных механизмов транспортных ма- 1р шин ..

Известен датчик для измерения усилий натяжения цилиндрических шарниров пластинчато-втулочной цепи, выполненный в виде полого вала, на наружной поверхности которого наклеены рабочие тензодатчики сопротивления, а на внутренней — компенсационные, причем наружная поверх-, ность вала выполнена бочкообразной со снятой лыской С1 3. 26

Недостатком этого датчика является невозможность измерения вращающейся радиальной нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения моментов трения скольжения и радиальных усилий в силовых цилиндрических шарнирах, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с ко- ническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижным и неподвижными звеньями шарнира и соединенные болтовым соединением с датчиком деформаций, выполненным в виде шпильки с гайками и полусферическими шайбами, размещенными в фигурных стаканах, закрепленных на крайних втулках, причем в местах совместного центрирования крайние втул- 40 ки связаны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средняя втулка снабжена фиксатором положения j2).

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения эа счет невозможности раздельного измерения радиальных нагрузок в неподвижных звеньях шарнира. 50

Цель изобретения — повышение точности эа счет раздельного измерения радиальных. нагрузок в неподвиж,ных звеньях шарнира.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения моментов трения скольжения и радиальных усилий в силовых цилиндрических шарнирах, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими б0 торцами, контактирующие с подвижным и неподвижными звеньями шарнира и соединенные болтовым соединением с датчиком деформаций, выполненным в виде шпильки с гайками и полусферическими шайбами, размещенными в фигурных стаканах, закрепленных на крайних втулках, причем в местах совместного центрирования крайние втулки связаны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средняя втулка снабжена фиксатором положения, введена пара дополнительных полусферических шайб, каждая из которых закреплена на торцах средней втулки, а шпилька выполнена составной в виде двух втулок, торец каждой из которых соединен с соответствующим фигурным стаканом с помощью шлицевого вкладыша, а между собой втулки соединены через игольчатый подшипник °

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит три полые соосные аксиальные измерительные втулки: крайние 1 и 2 и среднюю 3, которая размещена в подвижном звене шарнира 4, жестко закреплена в нем резьбовым .соединением 5.и состоит из двух фланцев б и 7, в гнездах которых установлены полусферические опорные шайбы 8 и 9 и подушки 10 и ll с помощью которых втулки 12 и 13 закреплены йа торцах втулки 3.

Коническая поверхность фланцев б и 7 втулки 3 соединена с втулками 1 и 2 с помощью шпонок 14 и 15 которые установлены в звеньях lб и 17 шарнира цапфы 18 на игольчатых подшипниках 19 и 20 и служат их внутренними обоймами. Втулки 1 и 2 центрируются по фланцам б и 7 торцов, образуемых выступами этих фланцев и впадинами втулок 1 и 2. B осевом направлении втулки 1 и 2 закреплены расположенными в их полости пустотелыми втулками 12 и 13 при помощи болтов 21 и 22, опирающихся на торец поверхности шлицевых вкладышей

23 и 24, которые сопрягаются по шли- . цевой поверхности между собой и упираются своими торцами в наружные центрирующие полусферические шайбы 25 и 26. Торец каждой иэ втулок

12 и 13 соединен шлицами соответственно с фигурными стаканами 27 и 28, имеющими в средней части поверхность с меньшим диаметром A и Б, представляющую собой упругий элемент, торцы которых связаны с фрикционными элементами 29 и 30 втулок 31 и 32 подшипника скольжения шарнира.

На цилиндрической поверхности фигурных стаканов 27 и 28 для защиты от повреждения тензодатчиков установлены защитные кожухи 33 и 34, поэтому упругий элемент фигурных стаканов 27 и 28 связан при помощи шлицевого вкладыша 23 и 24 своей внутренней поверхностью с соответствующей поверхностью втулок 12 и 13 и сопряжен с ними по наружной. Осе1078252

R = N case+ f N since ;

65 вая фиксация устройства в шарнире 4 обеспечивается шайбами 35 и Зб, закрепленными в цапфе 18 болтами 37.

Фигурные стаканы 27 и 28 имеют крышки 38 и 39 соответственно, на которых установлены разъединители токовыво- 5 дов .40 и 41. Втулки 12 и 13 в средней части имеют ..йку О, на которой расположены датчики деформаций, например тензометры 42 и 43 для измерения радиальных усилий ОА и 6>, действующих на шарнир. Токовыводы осуществляют через полую часть втулок 12 и 13 и осевое сверление в болтах 21 и 22 ° В фигурных стаканах

27 и 28 (в шейках) установлены датчики 44 и 45 деформаций для измерения величины момента трения скольжения в шарнире между наружными обоймами игольчатых подшипников 19 и 20 и опорными вкладышами неподвижных частей шарнира. Токовывод тензодатчиков 44 и 45 осуществляют путем присоединения их к разъему 40 и 41 ° Между собой опорные головки втулок 12 и 13 соединены в полости втулки 3 с помощью игольчатого подшипника 4б, обеспечивающего реактивную связь втулок и кинематическую независимость их упругих элементов.

Устройство устанавливается, например, в седельно-сцепном механиз- Зр ме тягача вместо рабочих пальцев, контактирующих с втулками 31 и 32 шарнира. Между серьгой и проушиной становится упорная шайба 47.

Устройство работает следующим об- 35 разом.

Внешняя радиальная нагрузка 8А через подвижное звено шарнира 4 и втулку 3 передается коническими торцами ее фланцев б и 7 на край- 40 ние втулки 1 и 2 в виде сил нормального давления Чс, и Ь, составляющие которых Бд и S> и соответ ственно Б и SSb, каждое из которых растягивает втулки 12 и 13 45 лах величины упругих деформаций:

Я =Р +R

А и Ь где 8д — радиальная нагрузка через подвижное звено; Р— радиальная нагрузка в шарширах.

Выражения 58ä и 5 определяют следующим образом.

Из статического равновесия концевых фланцев б и 7 втулки 3 следует, что реакции Р и РЬ от приложенной нагрузки 9<, вследствие погрешности изготовления, различной величины износа поверхностей трения, имеющихся перекосов и неровностей 60 дороги при движении механизма, отКлючаются друг от друга и Rol ф ЙЬ .

Тогда

=Н СоЗо(- и SlnoL..

Ь

Откуда

R R д . b

С1 COSOL+f Sin aL Ь ooS oL.+ f Sino(Из равновесия втулок 12 и 13 можно получить

5 =И SinoL-ЕN coSo(— f N

Cl 6 о а

Sb=N< sinЫ- f N cosoL f N

a . о Ь

S = N (sino(— f coS с(,) — f а а о

S = N (sin 0(-f cosoL)-Е

Введя обозначение К= (sino -fcoso(J-f получаем о где К вЂ” коэффициент пропорциональности (константа), зависящий от значения коэффициентов трения 1 по коническим поверхностям сопряжения втулок 12 и 13 с фланцами б и 7 втулки 3 и коэффициентов трения f в игольчатых подшипниках 19 и 20 и от угла aL скоса конических фланцев.

При проведении практических измерений величину К определяют экспериментальным путем,в процессе тарировки каждого регистрируемого параметра устройства.

Таким образом, величина радиальной нагрузки в каждом подшипнике

R и Rb измеряется по величине осевой деформации втулок 12 и 13 под

Действием УсилиЯ 5 и SЬ, напРимеР, с помощью тензодатчиков 42 и 43. Нагрузка R и ЯЬ в каждом шарнире через опорные втулки уравновешивается опорными реакциями R и R . За счет сил трения между наружнйми обоймами подшипников 19 (20) и фрикционными элементами 29 и 30 в шарнирах появляются моменты трения, определяемые выражениями: а С) тес, cl с 2 Pb Ь с 2 м где 8 — наружный диаметр наружных

Ц обойм игольчатых подшипников, равный диаметр) рабочих пальцев шарнира; коэффициент трения скольжения между наружными обоймами игольчатых подшипников и вкладьыами шарнира.

Очевидно, что игольчатые подшипники 19 и 20 введены для уменьшения влияния сил трения в опоре на точность измерения, так как коэффици1078252 ент трения подшипников значительно меньше коэффициента трения по вкладышам.

При работе рулевого устройства ягача подвижное звено 4 (серьга) вращается и через закрепленную в нем втулку 3, шпонки 14 и 15 вращает втулки 1 и 2, которые поворачивают втулки 12 и 13, вращающие через шлицевые вкладыши 23 H 24 фигурные стаканы 27 и 28, фрикционные .элементы 29 и 30 подшипников скольжения. Упругая часть фигурных стаканов 27 и 28 имеет уменьшение диаметра в средней части, на которой наклеены тензодатчики 44 и 45, и нагружается соответственно крутящими моментами И ИТР М ХИТР. Величину этих моментов измеряют по деформации кручения упругой части фигурных стаканов 27 и 28 с помощью тензодатчиков 44 и 45.

В процессе эксплуатации транспортных машин в подшипниках скольжения шарнирного сочленения происходит изменение по величине реакций в опорах, вследствие перекосов сос-. тавных частей рамы при движении по неровностям дороги, неравномерной загрузки механизма, наличия различных" по величине зазоров между поверхностями трения верхнего и нижнего сопряжений, поэтому .необходимо знать величину изменения нагрузочных †.араметров в каждом шарнире. Для

I этой цели введены дополнительные конструктивные элементы - измерительные втулки 12 и 13, работающие на растяжение и соединенные со средней втулкой 3 при помощи дополнительных

5 полусферических шайб 8 и 9, расположенных и закрепленных на фланцах 6 и 7 втулки 3, причем фланци 6 и 7 имеют полусферические подушки 10 и 11.

Подобная установка измерительных втулок 12 и 13 обеспечивает раз дельное измерение радиальных нагрузок в шарнирах подшипников скольжения сцепных устройств механизмов в производственных условиях, что позволяет своевременно предупредить выход из строя дорогостоящих деталей и исключить случаи аварийных ситуаций.

Таким образом, данная конструкция обеспечивает повышение точности измерений за счет исключения влияния силового воздействия радиальных усилий, возникающих из-за перекоса измерительного устройства в процессе его установки на машину в исследуемйй узел, и надежности, поскольку упругие элементы, регистрирующие момент трения скольжения, выполнены в виде упругих цилиндров, способствующих повышению чувствительности за счет возможности установки одновременно нескольких групп параллельно включенных тензометров.

1078252

2 2 ц у

11

Корректор Л. Пилийенко

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

И

1У

Л

1Ю

J2

Составитель О.Малеева

Редактор И.Николайчук Техред И,Метелева

Заказ 934/34 Тираж 823

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

М

У

77

И