УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОМЕНТА СИЛ ТРЕНИЯ В ПОДШИПНИКЕ Российский патент 1997 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения момента трения шарикоподшипников при проверке их технического состояния в процессе производства и при ремонте различных видов техники во всех отраслях народного хозяйства.

Известно устройство [1] для измерения момента трения при горизонтальном положении оси подшипников, в котором внутреннее кольцо подшипника укрепляют на сменной втулке, соединенной с валом двигателя. На наружное кольцо подшипника надевают втулку с грузом и штырем. При вращении внутреннего кольца подшипника, например, от электродвигателя, наружное кольцо подшипника из-за наличия трения поворачивается на некоторый угол. Штырь давит на пластинку с наклеенными на нее тензометрами. Отсчет моментов трения производят по прибору, отградуированному в Нм. Данное устройство не обеспечивает высокой точности измерения трения подшипников из-за значительных погрешностей измерительной системы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для измерения момента сил трения в подшипниках [2] содержащее основание, установленные на нем переднюю и заднюю бабки, закрепленный в передней бабке шпиндель, связанный с ним двигатель, закрепленную на шпинделе оправку, предназначенную для размещения на ней испытуемого подшипника, втулку, установленную поворотно посредством вспомогательного шарико или роликоподшипника в задней бабке, связанную с измерительным средством и предназначенную для размещения в ней наружного кольца подшипника. На этом устройстве можно измерить момент трения шарикоподшипника без нагрузки, дающий информацию о качестве подшипника. Однако системе измерения моментов этого устройства присущи недостатки рассмотренного ранее устройства [1] Кроме того, из-за трения во вспомогательном подшипнике увеличивается погрешность измерения момента трения в исследуемом подшипнике.

Задачей изобретения является повышение точности, производительности измерений и функциональных возможностей устройства.

Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для определения момента сил трения в подшипнике содержит основание, установленные на нем переднюю и заднюю бабки, установленный в передней бабке шпиндель, связанный с ним двигатель, закрепленную на шпинделе оправку, предназначенную для размещения на ней испытуемого подшипника, втулку, установленную поворотно, связанную с измерительным средством и предназначенную для размещения в ней наружного кольца подшипника. Измерительное средство включает в себя два коаксиально установленных стакана, стенки которых связаны между собой по крайней мере шестью лентами из упругого материала, смещенными друг относительно друга по поверхности стаканов в направлении их продольной оси и расположенными попарно с равным угловым шагом в плоскости, перпендикулярной оси стаканов, элементы предварительного нагружения каждой ленты, торсион регулируемой длины, связывающий днища стаканов, регистрирующее средство, связанный с ним пульт управления и узел измерения момента сил трения, включающий в себя последовательно соединенный бесконтактный датчик угла поворота внутреннего стакана вокруг его продольной оси, усилитель-преобразователь и датчик момента, при этом указанная втулка установлена на внутреннем стакане, а наружный стакан жестко закреплен в задней бабке. С валом двигателя жестко связан вал тахогенератора, а выходы усилителя-преобразователя и тахогенератора связаны с пультом управления.

На фиг.1 показано устройство для измерения момента сил трения в подшипниках; на фиг.2. разрез A-A на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Устройство для измерения момента сил трения подшипников (фиг.1) содержит основание 1 с установленными на нем передней 2 и задней 3 бабками. В передней бабке 2 установлен шпиндель 4 со шкивом 5 на одном его конце и двигатель 6 со шкивом 7 на валу. Шпиндель 4 и вал двигателя 6 соединены клиноременной передачей, состоящей из шкивов 7, 5 и ремня 8. На другом конце шпинделя 4 винтом 9 коаксиально закреплена оправка 10 с коническим хвостиком. Выступающий конец оправки снабжен упорным бортом и цилиндрической посадочной поверхностью, на которой внутренним кольцом установлен испытуемый подшипник 11. Наружное кольцо подшипника 11 установлено во втулке 12, которая закреплена винтами 13 на внутреннем стакане 14 упругой опоры измерительного средства, установленного в задней бабке 3. Задняя бабка установлена на направляющей 15 основания 1 с возможностью перемещения и закрепления на ней зажимами 16 (фиг.2).

Упругая опора измерительного средства включает в себя два коаксиально установленных стакана, внутреннего 14 и наружного 17, стенки которых связаны по крайней мере шестью лентами 18 23 из упругого материала, смещенными относительно друг друга по поверхности стаканов в направлении их продольной оси и расположенными попарно с равным угловым шагом в плоскости, перпендикулярной оси стаканов. Лента 18 расположена в одной плоскости с лентой 23, лента 19 находится в одной плоскости с лентой 22, а лента 20 с лентой 21. Вдоль оси опоры, между внутренним 14 и наружным 17 стаканами установлен торсион 24 регулируемой длины. Один конец торсиона 24 жестко закреплен на внутреннем стакане 14, а второй имеет свободу перемещения в подвижной втулке 25 с цангой, которая может перемещаться в осевом направлении при помощи гайки 26. Гайка 27 цангового зажима предназначена для фиксации торсиона во втулке 25. В опоре установлены бесконтактные датчик угла 28 и датчик момента 29, роторы которых запрессованы на внутреннем стакане 14, а статоры на наружном стакане 17. Каждая лента снабжена элементом ее предварительного нагружения, выполненным в виде дифференциальной винтовой передачи, винт 30 которой жестко закреплен на заделке упругих лент 18 23 и ввинчен в гайку 31. Дифференциальная гайка 31 наружной резьбой ввинчена в корпус 32 элемента предварительного нагружения ленты, закрепленной на наружном стакане опоры 17. Все шесть лент имеют безлюфтовую направляющую 33 в наружном стакане 17. Направляющая не допускает поворота ленты вокруг ее продольной оси. Измерительное средство жестко крепится в корпусе задней бабки 3. Узел измерения момента трения выполнен в виде последовательно соединенных бесконтактного датчика 28 угла поворота внутреннего стакана 14 вокруг его продольной оси, усилителя-преобразователя 34 и датчика момента 29. Выход усилителя-преобразователя 34 связан с входом последовательно соединенных пульта управления 35 и регистрирующего устройства 36. С валом двигателя 6 жестко связан вал тахогенератора 37, выход которого связан с входом пульта управления 35.

Устройство работает следующим образом.

Вращением гаек 31 элементов предварительного нагружения лент 18 23 и регулировкой длины осевого торсиона 24 добиваются квазинулевой крутильной жесткости опоры измерительного средства. Освободив зажимы 16, перемещают заднюю бабку 3 в осевом направлении. Осуществляют посадку наружного кольца подшипника во втулку 12 и фиксируют заднюю бабку зажимами 16. С пульта 35 осуществляют включение двигателя 6, тахогенератора 37 и узла измерения момента. Втулка 12 увлекается в направлении вращения шпинделя 4 и внутреннего кольца подшипника 11 трением, возникающим при вращении на рабочих поверхностях испытуемого подшипника. Вместе со втулкой 12 поворачивается внутренний стакан 14 опоры средства измерения. Сигнал, пропорциональный углу поворота втулки 12 и стакана 14, снимается с бесконтактного датчика угла 28, поступает на вход усилителя-преобразователя 34, а с его выхода на обмотку управления магнитоэлектрического датчика момента 29. Датчик момента развивает момент, равный по величине моменту трения подшипника и направленный встречно ему. Величина тока, протекающего по обмотке управления датчика момента, пропорциональна величине момента трения подшипника 11. Сигнал, пропорциональный моменту трения, поступает на индикаторное устройство пульта 35 и регистрирующее устройство 36. Одновременно на регистрирующее устройство 36 поступает сигнал с тахогенератора 37, пропорциональный скорости вращения внутреннего кольца подшипника 11. При необходимости может быть построена зависимость момента трения от скорости вращения подшипника.

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность измерения за счет применения упругой опоры на скрещенных лентах. Эта опора при малой крутильной жесткости вокруг оси стаканов имеет высокую радиальную и осевую жесткость. Система измерения момента построена на принципе электрической пружины самом точном способе измерения момента (принцип силовой компенсации). Измерительное средство фиксирует также угловые вибрации подшипников. Процесс измерения может быть автоматизирован.

Устройство может быть использовано на выходном контроле шарикоподшипников на подшипниковых заводах, при входном контроле на приборостроительных предприятиях, на предприятиях автомобильной промышленности, при ремонте различных видов техники, в НИИ при проведении исследований в процессе разработки новых конструкций подшипников и технологий, в высших учебных заведениях.

Список использованных источников
1. Приборные и шариковые подшипники. Справочник. Под ред. К.Н. Явленского и др. М. Машиностроение, 1981 с.254-255.

2. Авт.св. СССР N 1386859, кл. G 01 M 13/04, 1988, БИ, N 13 прототип.

Сущность изобретения: устройство для измерения момента сил трения в подшипниках состоит из основания 1, передней 2 и задней 3 бабок. В передней бабке 2 установлен шпиндель 4 для монтажа и вращения оправки 10 с закрепленным на ней внутренним кольцом подшипника 11. В задней бабке 3 установлено измерительное средство, в упругой опоре которого поворотно закреплена втулка 12 для размещения наружного кольца исследуемого подшипника 11. Конструкция упругой опоры обеспечивает настройку ее на квазинулевую жесткость, благодаря чему обеспечивается высокая чувствительность и точность измерений. При этом опора имеет высокую радиальную и осевую жесткость. Система измерения момента, построенная на принципе силовой компенсации, позволяет определить угловые вибрации подшипника. Имеется возможность построения зависимости момента трения от скорости вращения 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения момента сил трения в подшипнике, содержащее основание, установленные на нем переднюю и заднюю бабки, закрепленный в передней бабке шпиндель, связанный с ним двигатель, закрепленную на шпинделе оправку, предназначенную для размещения на ней испытуемого подшипника, втулку, установленную поворотно, связанную с измерительным средством и предназначенную для размещения в ней наружного кольца подшипника, отличающееся тем, что измерительное средство включает в себя два коаксиально установленных стакана, стенки которых связаны между собой по крайней мере шестью лентами из упругого материала, смещенными одна относительно другой по поверхности стаканов в направлении их продольной оси и расположенными попарно с равным угловым шагом в плоскости, перпендикулярной оси стаканов, элементы предварительного нагружения каждой ленты, торсион регулируемой длины, связывающий днища стаканов, регистрирующее средство, связанный с ним пульт управления и узел измерения момента сил трения, включающий в себя последовательно соединенные бесконтактный датчик угла поворота внутреннего стакана вокруг его продольной оси, усилитель-преобразователь и датчик момента, при этом указанная втулка установлена на внутреннем стакане, а наружный стакан жестко закреплен в задней бабке. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с валом двигателя жестко связан вал тахогенератора, а выходы усилителя-преобразователя и тахогенератора связаны с пультом управления.