Устройство для измерения моментов трения скольжения и радиальных усилий в силовых цилиндрических шарнирах Советский патент 1984 года по МПК G01L1/04 

00

ю

ел ю

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 нагруженных подшипников скольжения сцепных механизмов транспортных машин..

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 Cl.

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 коническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижным и неподвижньши 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 соместного центрирования крайние втулки связаны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а среняя втулка снабжена фиксатором положения .

Недостаткомизвестного устройства является невысокая точность измерения за счет невозможности раздельного измерения радиальных нагрузок в неподвижных звеньях шарнира.

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

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения моментов трения скольжения и радиальных усилийв силовых цилиндрически шарнирах, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижнь9 и неподвижными звеньями шарнира и соединенные болтовым соединением датчиком деформаций, выполненным в виде шпильки с тайками 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 .соеди.нением 5.и состоит из двух фланцев б и 7, в гнездах которых установлены полусферические .опорные шайбы 8 и 9 и подушки 10 и 11, с помощью которых втулки 12 и 13 закреплены на 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 16 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. В 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 шлицевой поверхности между собой и упираются своими торцами в наружные центрирующие полусферические шайбы 25 и 26. Торец каждой из втулок 12 и 13 соединен шлицами соответственно с фигурными стаканами 27 и 28, имеющими в средней части поверхность с меньшим диаметром А и В, 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 к 2В связан при помощи шлицевЪго вкладыша 23 и 24 своей внутренней поверхностью с соответствующей поверхностью втулок 12 и 13 и сопряжем с ними по наружной. Осевая фиксация устройства в шарнире 4 обеспечивается шайбами 35 и 36, закрепленными в цапфе 18 болтами 37. Фигурные стаканы 27 и 28 имеют крыш ки 38 и 39 соответственно, накоторы установлены разъединители токовыводов -40 и 41. Втулки 12 и 13 в средней части имеют ь:.. йку О , на которой .расположены датчики деформаций, например тензометры 42 и 43 для измерения радиальных усилий Й и Qg, действующих на шарнир. Токовыводы осуществляют через полую часть втулок 12 и 13 и осевое сверление в болтах 21 к 22. В фигурных стаканах 27 и 28 (в шейках) установлены датчики 44 и 45 деформаций для измерения величины момента трения скольже ния в шарнире между наружными обоймами игольчатых подшипников 19 и 20 и опорными вкладышами неподвижных частей шарнира. Токовывод тензодатч ков 44 и 45 осуществляют путем прис единения их к разъему 40 и 41. Межд собой опорные головки втулок 12 и 1 соединены в полости втулки 3 с помощью игольчатого подшипника 46, обеспечивающего реактивную связь втулок и кинематическую независимос их упругих элементов. Устройство устанавливается, например, в седельно-сцепном механизме тягача вместо рабочих пальцев, контактирующих с втулками 31 и 3,2 шарнира. Между серьгой и проушиной становится упорная шайба 47. Устройство работает следующим об разом. Внешняя радиальная нагрузка 8д через подвижное звено шарнира 4 и втулку 3 передается коническими торцами ее фланцев 6 и 7 на крайние втулки 1 и 2 в виде сил нормаль ного давления N и )., г составляющие которых 5,, и 3 и соотввгственно SP ... и Sg. , каждое из которых растягч1вает втулки 12 и 13 в пределах величины упругих деформаций: а. йч-р , А а Ъ где А- радиальная нагрузка через подвижное звено; Rjji ( R - радиальная нагрузка в шар ширах. Выражения 5 и З, определяют следующим образом. Из статического равновесия концевых фланцев б и 7 втулки 3 еледует, что реакции R и ) от прило женной нагрузки Од, вследствие погрешности изготовления, различной величины износа поверхностей трени имеющихся перекосов инеровностей дороги при движении механизма, отК.шочаются друг от друга и R Rfc Тогда,COS04- N s;no6; R, N. cosoC N sinoC. DOb. ткуда о COSOi-+ SinoC CoScC + fSinot Из равновесия втулок 12 и 13 ожно получить 5 N S;nc -fN COSot- N ; S, ,-not-fN COsd- Nj,; S.N(sinoC-fco3oO) S N(sinot- cosd|-. . Введя обозначениеК (sino -fcosot|-f , получаем° So, где К - коэффициент пропорциональности (константа), зависящий от значения коэффициентов трения по крническим поверхностям сопряжения втулок 12 и 13 с фланцами 6 и 7 втулки 3 и коэффициентов трения д в игольчатых подшипниках 19 и 20 и от угла d- 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 fig и Rfc измеряется по величине осевой деформации втулок 12 и 13 под действием усилия 3., и 5, , например, с помощью тензодатчиков 42 и 43. Нагрузка RO, и R в каждом шарнире через опорные втулки уравновешивается опорными реакция: 1и R, и R. За счет сил трения между наружными обоймами подшипников 19 (20) и фрикционными элементами 29 и 30 в шарнирах появляются моменты трения, определяемые выражениями: ««c-f -р f Г ъ сТс1ц - наружный диаметр наружных обойм игольчатых под|ашпников, равный диаметру рабочих пальцев шарнира; fj - коэффициент трения скольжения между наружными обоймами игольчатых подшипников и вкладышами шарнира. Очевидно, что игольчатые подшипи 19 и 20 введены для уменьшения яния сил трения в опоре на точть измерения, так как коэффицивнт трения подшипников f значительно меньше коэффициента трения по вкладышам.

При работе рулевого устройства Аягача 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, вргицающие через шлицевые вкладыши 23 и 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 M «HTP; М.тсИТР.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 сосг тавных частей рамы при движении по неровностям дороги, неравномерной эагрузки механизма, наличия раэличныз по величине зазоров между, поверхностями трения верхнего и нижнего сопряжений, поэтому .необходимо знать величину изменения нагрузочных -араметров в каждом шарнире. Дл

этой цели введены дополнительные конст||уктивные элементы - измерительные втулки 12 и 13, работающие на растяжение и соединенные со средней втулкой 3 при помощи дополнительных полусферических шайб 8 и 9, расположенных и закрепленных на фланцах 6 и 7 втулки 3, причем фланцы 6 и 7 имеют полусферические подушки 10 и 11.

0 Подобная установка измерительных втулок 12 и 13 обеспечивает раэшельное измерение радиальных нагрузок в шарнирах подшипников скольжения сцепных устройств механизмов в

5 производственных условиях, что позволяет своевременно предупредить выход из строя дорогостоящих деталей и исключить случаи аварийных ситуаций.

Таким образом, данная конструкция обеспечивает повышение точности из, мерений за счет исключения влияния силового воздействия радиальных усилий, возникающих из-за перекоса измерительного устройства в процессе его установки на машину в исследуемый узел, и надежности, поскольку упругие элементы, регистрирующие момент трения скольжения, выполнены в виде упругих цилиндров, способству0 ющих повьааению чувствительности за счет возможности установки одновременно нескольких групп параллельно включенных тензометров.

38 27

41

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.