СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ, ПРЕОБРАЗУЮЩИХ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВИНТА В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ГАЙКИ Российский патент 1998 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве стенда для испытания передач, преобразующих вращательное движение в поступательное, например для статических и динамических испытаний планетарной ролико-винтовой передачи (ПРВП) или передачи винт-гайка качения (ВГК).

Известен стенд для измерения момента холостого хода передачи ВГК (Наговицын В. А. Передачи винт-гайка качения производства ПО "Ижмаш" - "Станки и инструмент" N 12 за 1985, рис. 5, с. 25). Стенд смонтирован на базе токарно-винторезного станка и состоит из закрепленного на суппорте станка кронштейна с упругой балкой, датчика и самопишущего прибора. Передачу ВГК закрепляют в центрах станка, а гайку передачи соединяют с упругой балкой. Далее кинематическую цепь станка настраивают таким образом, чтобы за каждый оборот шпинделя суппорт перемещался на длину, близкую к шагу передачи. При движении гайки и суппорта упругая балка, воспринимая момент холостого хода, деформируется. Величину этой деформации измеряет датчик и передает сигнал на самопишущий прибор. Данный стенд имеет ограниченные функциональные возможности, так как позволяет измерить только момент холостого хода передачи. Если на других стендах измерять другие эксплуатационные параметры этой же передачи, то при их сопоставлении будут большие ошибки, так как они измерялись в различных условиях. Кроме того, измерение момента холостого хода производится с ошибками из-за несовпадения подачи суппорта с ходом гайки при вращении винта, а также из-за изгиба винта силой взаимодействия упругой балки на гайку. Указанная сила при приведении к оси винта дает крутящий момент холостого хода и такую же по величине силу, которая и изгибает винт.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому стенду (устройству) является стенд для измерения осевой жесткости передачи ВГК (1, рис. 4, с. 5). Он состоит из гидравлического нагружающего и измерительного устройств, которые устанавливаются на винт с различных торцов гайки, манометра для определения осевой силы нагружения и винта для предотвращения проворота гайки. Однако этот стенд также имеет ограниченные функциональные возможности, так как позволяет измерить только осевую жесткость передачи в статике, и низкую точность и достоверность при сопоставлении с другими эксплуатационными параметрами передачи.

Кроме того, точность измеряемого параметра снижена из-за:
- малой жесткости винта для предотвращения проворота гайки;
- перемещения винта для предотвращения проворота гайки, закрепленного на нагружающем устройстве, под действием реактивной осевой силы;
- внецентренного приложения осевой силы вследствие погрешностей формы и расположения контактирующих поверхностей нагружающего устройства и гайки;
- изгиба винта передачи силой взаимодействия винта для предотвращения проворота гайки на гайку;
- измерения осевой силы с помощью манометра.

Кроме того, на винте закрепляются нагружающее и измерительное устройство, что снижает функциональные возможности стенда, так как гайку можно установить не на всей длине резьбовой части винта.

Задачей изобретения является повышение функциональных возможностей стенда, повышение точности измеряемых параметров передачи, а также повышение достоверности и точности при сопоставлении основных эксплуатационных параметров передачи.

Поставленная задача достигается тем, то стенд снабжен корпусом с двумя базовыми узлами, в каждом из которых выполнено отверстие, предназначенное для установки передачи, и устройствами для измерения крутящего момента на винте, угла поворота винта и количества оборотов винта, а узел для предотвращения поворота гайки выполнен в виде балки, один конец которой шарнирно закреплен на основании, а второй конец выполнен в виде вилки и предназначен для шарнирного соединения с гайкой, причем устройство для измерения крутящего момента на винте закреплено в отверстии одного из базовых узлов и имеет поверхности для установки передачи, а устройство для измерения осевой силы шарнирно закреплено на основании и выполнено с Г-образным нажимным элементом, полка которого перпендикулярна стойке и предназначена для взаимодействия с другими деталями устройства, а стойка шарнирно закреплена на основании и шарнирно соединена с корпусом, при этом привод осевого перемещения гайки шарнирно закреплен на основании и шарнирно соединен с узлом для предотвращения поворота гайки на возможно меньшем расстоянии от его упомянутого второго конца, а ось, образованная отверстиями базовых узлов, параллельна с осью привода осевого перемещения гайки в положении, когда ось привода перпендикулярна к оси, соединяющей шарнир для крепления узла для предотвращения поворота гайки к основанию с шарниром указанного узла, предназначенного для соединения с гайкой.

Кроме того, ось шарнирного соединения Г-образного нажимного элемента с корпусом пересекает ось, образованную отверстиями базовых узлов; в корпусе выполнен направляющий паз, а базовые узлы установлены на корпусе с возможностью регулировочного перемещения по упомянутому пазу; стенд снабжен закрепленным на корпусе устройством для фиксации осевого положения гайки, прибором и информационными каналами, которые связывают последний с устройствами для измерения осевой силы, перемещения гайки, крутящего момента на винте, угла поворота винта и количества оборотов винта; ось привода осевого перемещения гайки наклонена к горизонтальной плоскости под углом 40 - 50^o.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:
на фиг. 1 показана принципиальная схема стенда, на которой тонкой линией изображена передача с двигателем;
на фиг. 2 показано сечение А - А на фиг. 1 (повернуто);
на фиг. 3 показано сечение по Б - Б на фиг. 1 (повернуто);
на фиг. 4 показан вид В на фиг. 1 на узел для предотвращения поворота гайки (повернут);
на фиг. 5 показано сечение по Г - Г на фиг. 1 (повернуто).

Стенд (фиг. 1) состоит из основания 1, на котором шарнирно закреплены привод осевого перемещения гайки 2, узел 3 для предотвращения поворота гайки, устройство 4 для измерения осевой силы и Г-образный нажимной элемент 5 последнего, а также корпуса 6, на котором установлены базовые узлы 7 и 8 и устройство для фиксации осевого положения гайки 9. На корпусе выполнен паз А (фиг. 2), вдоль которого могут перемещаться во время наладки стенда устройство для фиксации осевого положения гайки 9 и базовые узлы 7 и 8, имеющие соответственно отверстия Б и В (фиг. 3).

Узел для предотвращения поворота гайки 3 выполнен в виде балки, один конец которой шарнирно закреплен на основании 1, а второй конец выполнен в виде вилки и имеет отверстия Г (фиг. 4).

Привод осевого перемещения гайки 2 соединен шарниром 10 с узлом для предотвращения поворота гайки 3 на минимально возможном расстоянии L от отверстий Г. Г-образный нажимной элемент 5 соединен шарниром 11 с корпусом 6 таким образом, что ось Д-Д шарнира 11 пересекается с осью Е-Е, образованной отверстиями Б и В (фиг. 1 и 3).

В положении, когда ось Ж-Ж привода осевого перемещения гайки 2 перпендикулярна узлу для предотвращения поворота гайки 3, указанная ось параллельна оси Е-Е, образованной отверстиями Б и В, а угол наклона оси Е-Е, образованной отверстиями Б и В, а угол наклона оси Ж-Ж от горизонтального основания составляет 40 - 50^o, что соответствует наименьшим габаритам стенда (фиг. 1).

Устройство для измерения угла поворота и количества оборотов винта 12 закреплено на базовом узле 7, а устройство для измерения перемещения гайки 13 - на корпусе 6 (фиг. 1). Устройство для измерения крутящего момента на винте 14 (фиг. 1 и 3) состоит из базовой планшайбы 15, в которой с возможностью поворота установлена планшайба 16, и упругого элемента 17, препятствующего их относительному повороту. Деформация упругого элемента 17 пропорциональна крутящему моменту. Базовая планшайба 15 сцентрирована по отверстию В базового узла 8 и закреплена на нем, а планшайба 16 имеет отверстие И, для установки винта передачи и фланец К с центрирующим пояском Л для базирования и закрепления двигателя передачи.

Устройство для измерения осевой силы 4 с Г-образным нажимным элементом 5 предназначено для измерения осевой силы в двух направлениях и может иметь различную конструкцию, например с двумя динамометрами 18 (фиг. 5). Так как динамометры 18 жесткие и под действием реакции от осевой силы сжимаются на доли миллиметра, то нажимной элемент выполнен в виде Г-образной балки и его поворот компенсируется имеющимися зазорами.

Прибор 19 (фиг. 1) предназначен для регистрации и преобразования сигналов от измерительных устройств и соединен с ними информационными каналами 20 - 25.

Устройство для фиксации осевого положения гайки 9 (фиг. 1 и 3) представляет собой жесткий упор, который аналогично базовым узлам 7 и 8 может перемещаться по направляющему пазу А и фиксироваться в требуемом положении. Если это устройство не используется, то оно перемещается к одному из базовых узлов, чтобы не препятствовать перемещению гайки. При этом следует отметить, что винт передачи имеет участок для сборки гайки, на котором нет резьбы.

Стенд работает следующим образом. Двигатель передачи (фиг. 3) крепится к планшайбе 16 устройства для измерения крутящего момента на винте 14, а на его выходной конец устанавливается полумуфта. Базовые узлы 7 и 8, а также устройство для фиксации осевого положения гайки 9 перемещаются вдоль паза А (фиг. 1 и 3) и фиксируются в положениях, определяемых длиной винта передачи, габаритами двигателя и планируемыми измерениями. Винт передачи с гайкой, второй полумуфтой и опорными подшипниками устанавливается (фиг. 3) в отверстие Б базового узла 7 и отверстие И планшайбы 16 устройства для измерения крутящего момента на винте 14. При этом двигатель муфтой соединяется с винтом передачи. Гайка соединяется с узлом для предотвращения поворота гайки 3 (фиг. 1).

Далее работа стенда зависит от планируемых измерений. Если требуется определить важнейший параметр передачи - КПД, то привод осевого перемещения гайки 2 (фиг. 1), если он гидравлический, перестраивается для работы в режиме гидросопротивления. Механический привод должен быть снабжен тормозным устройством. Включается привод передачи и гайка, преодолевая силу сопротивления привода осевого перемещения гайки 2, перемещается вдоль винта. При этом все измерительные устройства стенки передают по информационным каналам сигналы на прибор 19, который их регистрирует или записывает в виде диаграмм или на магнитный носитель информации. После выключения привода передачи по полученной информации определяется КПД передачи.

Использование заявляемого стенда позволяет получить следующие преимущества по сравнению с прототипом.

Заявляемый стенд представляет собой рычажно-шарнирную систему, в которой корпус, привод осевого перемещения гайки и другие узлы и устройство шарнирно закреплены на основании или шарнирно связаны друг с другом. Благодаря этому удается расширить функциональные возможности стенда и избежать дополнительных нагрузок, снижающих точность измерения параметров передачи.

Заявляемый стенд позволяет испытывать передачи как в динамике, так и в статике. Для этого фиксируют осевое положение гайки с помощью специального устройства.

Заявляемый стенд позволяет испытывать передачи как без нагрузки - при холостом ходе, так и с осевой нагрузкой на гайке - в реальных условиях работающей передачи. При этом нагрузка создается приводом осевого перемещения гайки, а приводом передачи является двигатель, вращающий винт.

Наличие корпуса с направляющим пазом и базовыми узлами позволяет испытывать различные по конструкции и габаритам передачи, а также фиксировать положение гайки в любом месте вдоль оси винта.

В заявляемом стенде узел для предотвращения проворота гайки выполнен в виде вилки. Это исключает изгиб винта передачи, так как крутящий момент проворота гайки воспринимается вилкой в виде пары сил, которые при приведении к оси винта самоуравновешиваются. При этом шарнирная связь указанного узла с гайкой позволяет прикладывать центральную осевую силу.

Конструкция заявляемого стенда, оснащенного измерительными устройствами, прибором и информационными каналами, позволяет одновременно измерять, а затем рассчитывать по измеренным значениям все основные эксплуатационные параметры передачи, например КПД.

Устройство для измерения осевой силы оснащено Г-образным нажимным элементом, полка которого перпендикулярна стойке для того, чтобы измерять осевую силу, а не ее проекцию.

Ось шарнирного соединения Г-образного нажимного элемента с корпусом должна пересекать ось, образованную отверстиями базовых узлов для того, чтобы осевая сила передавалась на измерительное устройство без дополнительных нагрузок.

Для того чтобы габариты устройства были минимальными, а рабочий ход гайки наибольшим (расширение функциональных возможностей стенда):
- ось привода осевого перемещения гайки наклонена к горизонтальной плоскости под углом 40 - 50^o;
- ось, образованная отверстиями базовых узлов, параллельна с осью привода осевого перемещения гайки в положении, когда ось привода перпендикулярна к оси, соединяющей шарнир для крепления узла для предотвращения поворота гайки к основанию с шарниром указанного узла, предназначенного для соединения с гайкой;
- привод осевого перемещения гайки шарнирно соединен с узлом для предотвращения поворота гайки на возможно меньшем расстоянии от его конца, выполненного в виде вилки.

Все перечисленное выше позволяет по сравнению с прототипом повысить функциональные возможности стенда, повысить точность измеряемых параметров передачи и их достоверность.

Стенд предназначен для измерений основных эксплуатационных параметров передач, преобразующих вращательное движение в поступательное. На основании (1) стенда шарнирно закреплены привод осевого перемещения гайки (2), узел 3 предотвращения поворота гайки, устройство 4 для измерения осевой силы с Г-образным нажимным элементом (5).Передачу устанавливают в корпусе (6), шарнирно соединенном с устройством 4 измерения осевой силы, между базовыми узлами (7 и 8). Также шарнирно соединены привод осевого перемещения гайки (2) с узлом 3 для предотвращения поворота гайки. С помощью стенда можно испытывать передачи различных габаритов. Для этого на корпусе (6) выполнен паз, вдоль которого при наладке перемещают базовые узлы (7 и 8), устройство 9 фиксации осевого положения гайки. Стенд позволяет проводить испытания как в движении, так и в статике, повысить точность измеряемых параметров. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Стенд для испытаний механических передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, содержащий основание, привод осевого перемещения гайки, устройства для измерения осевой силы, создаваемой указанным приводом, и перемещения гайки и узел для предотвращения поворота гайки, отличающийся тем, что стенд снабжен корпусом с двумя базовыми узлами, в каждом из которых выполнено отверстие, предназначенное для установки передачи, и устройствами для измерения крутящего момента на винте, угла поворота винта и количества оборотов винта, а узел для предотвращения поворота гайки выполнен в виде балки, один конец которой шарнирно закреплен на основании, а второй конец выполнен в виде вилки и предназначен для шарнирного соединения с гайкой, причем устройство для измерения крутящего момента на винте закреплено в отверстии одного из базовых узлов и имеет поверхности для установки передачи, а устройство для измерения осевой силы шарнирно закреплено на основании и выполнено с Г-образным нажимным элементом, полка которого перпендикулярна стойке и предназначена для взаимодействия с другими деталями устройства, а стойка шарнирно закреплена на основании и шарнирно соединена с корпусом, при этом привод осевого перемещения гайки шарнирно закреплен на основании и шарнирно соединен с узлом для предотвращения поворота гайки на возможно меньшем расстоянии от его упомянутого второго конца, а ось, образованная отверстиями базовых узлов, параллельна с осью привода осевого перемещения гайки в положении, когда ось привода перпендикулярна к оси, соединяющей шарнир для крепления узла для предотвращения поворота гайки к основанию с шарниром указанного узла, предназначенного для соединения с гайкой. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что ось шарнирного соединения Г-образного нажимного элемента с корпусом пересекает ось, образованную отверстиями базовых узлов. 3. Стенд по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в корпусе выполнен направляющий паз, а базовые узлы установлены на корпусе с возможностью регулировочного перемещения по упомянутому пазу. 4. Стенд по пп.1 - 3, отличающийся тем, что стенд снабжен закрепленным на корпусе устройством для фиксации осевого положения гайки. 5. Стенд по пп.1 - 4, отличающийся тем, что стенд снабжен прибором и информационными каналами, которые связывают последний с устройствами для измерения осевой силы, перемещения гайки, крутящего момента на винте, угла поворота винта и количества оборотов винта. 6. Стенд по пп.1 - 5, отличающийся тем, что ось привода осевого перемещения гайки наклонена к горизонтальной плоскости под углом 40 - 50^o.