Стенд для испытания муфт Советский патент 1992 года по МПК G01M13/00 

Предлагаемое изобретение относится к технике испытаний узлов и деталей машин и может быть использовано в машиностроении при экспериментальном определении эксплуатационных характеристик и доводки конструкций муфт, преимущественно муфт свободного хода (МСХ).

МСХ относятся к классу фрикционных передаточных механизмов одностороннего действия и предназначены для передачи крутящего момента от ведущего звена к ведомому только в заданном направлении.

Перечень экспериментальных работ по оценке уровня конструктивного совершенства и эксплуатационных характеристик МСХ обычно включает испытания на обгонных режимах по определению температурных условий работы и интенсивности изнашивания трущихся деталей; испытания на контактную выносливость и усталостную прочность деталей при нагружении муфты переменным крутящим моментом; испытания в условиях циклических включений-выключений при максимально допустимой частоте циклов с целью определения быстродействия муфты в импульсном режиме работы.

Для испытаний муфт обычно используют специальные стенды, спроектированные для конкретного типа муфты под конкретный вид испытания.

По принципу нагружения испытуемой муфты эти стенды делят на следующие группы: с нагружением вращающихся муфт фрикционным тормозом или нагрузочным генератором ; с замкнутым контуром, в которых крутящий момент замыкается внутри контура; с инерционной нагрузкой, в которых муфты испытываются в режиме пуска или торможения.

Известен стенд для испытания муфт, содержащий приводной двигатель, замкнутый контур, образованный параллельными валами и передачами зацепления, включающисо

с

VJ о со о ю ел

ми две пары эксцентричных зубчатых колес и нагружатель контура постоянным моментом, обеспечивающий возможность предварительной закрутки торсионов.

Недостаток прототипа, предназначен- ного для испытаний компенсирующих муфт, заключается в ограниченности функциональных возможностей и диапазона динамического нагружения испытываемых муфт (по частоте и амплитуде переменного крутя- щего момента, по угловым ускорениям звеньев, по амплитуде относительных угловых перемещений полумуфт).

Указанные недостатки прототипа определяют ограничения по типам конструкций и эксплуатационным нагрузочным характеристикам муфт, которые могут быть испытаны на данном стенде, и тем более по видам испытаний этих муфт. В частности, прототип не может быть применен для испытания МСХ на режимах циклических включений- выключений и свободного хода. Крайне ограничены возможности его применения для испытания муфт в заклиненном состоянии при наличии в контуре постоянной и пере- менной составляющих крутящего момента.

Цель изобретения - расширение функциональных воздействий и диапазона динамического нагружения муфт.

Указанная цель достигается за счет того, что стенд для испытания муфт, включающий двигатель, расположенные параллельно валы и зубчатые передачи, включающие две пары установленных на валах с эксцентриситетом зубчатых колес, образующих замк- нутый контур, нагружатель контура постоянным крутящим моментом и средство для крепления испытуемой муфты, содержит упругую муфту с регулируемой характеристикой жесткости, размещенную на одном из валов между парой зубчатых колес, зубчатые колеса выполнены составными со средством регулирования эксцентриситета и закреплены на валах с диаметрально противоположной ориента- цией их эксцентриситетов, при этом средство для крепления испытуемой муфты размещено между одним из зубчатых колес и упругой муфтой.

При этом предложены два варианта конструкций составных зубчатых колес с элементами регулирования эксцентричности венца относительно оси вращения.

В первом варианте составные зубчатые колеса содержат зубчатый венец с эксцент- рично расположенным шлицевым отверстием и сопряженную с ним цилиндрическую втулкус наружными шлицами, выполненными на поверхности втулки эксцентрично ее оси вращения.

Во втором варианте составные зубчатые колеса содержат зубчатый венец с гладким круглым отверстием, цилиндрическую ступицу с фланцем для торцевого зацепления с венцом посредством выступов и пазов, выполненных на сопряженных торцах венца и фланца параллельно одной диаметральной линии, и размещенную между ними сменную цилиндрическую втулку с эксцентричным отверстием.

На фиг. 1 показана кинематическая схема предлагаемого стенда в компоновке, предназначенной для обеспечения испытаний муфт, включая МСХ, в условиях нагружения переменным крутящим моментом (нагружатель контура постоянным моментом на схеме не показан); на фиг. 2 и 3 показаны предлагаемые варианты конструктивного выполнения составных зубчатых колес с элементами регулирования величины эксцентриситета зубчатого винта относительно оси вращения; на фиг. 4 приведена кинематическая схема стенда в компоновке, предназначенной для обеспечения испытания МСХ на режимах обгона.

Основными элементами предлагаемого стенда (фиг. 1) являются приводной электродвигатель 1 с закрепленным на его валу маховиком 2, замкнутый контур, включающий жесткий вал 3 с двумя ведущими эксцентричными зубчатыми колесами 4 и 5, которые закреплены на валу при полярно-противоположной ориентации их эксцентриситетов, ведомые эксцентричные колеса 6 и 7, сопряженные с ведущими колесами 4 и 5, установленные между ведущими колесами упругая муфта 8 с регулируемой характеристикой жесткости, испытуемая МСХ 9 и соединительные валы 10, 11, 12,

Конструкция колеса является сборной и в первом варианте (фиг. 2) включает следующие основные элементы: зубчатый венец 13 с эксцентричным посадочным отверстием и шлицами, выполненными в этом отверстии; эксцентричную шлицевую втулку 14 с наружными и внутренними шлицами, сопряженную по наружным шлицам с зубчатым венцом 13, а по внутренним - с валом 15.

Венец 13 и втулка 14 стянуты гайкой 16, а само сборное колесо закреплено на валу 15 гайкой 17. На колесе с помощью болтов 18 закреплены балансировочные грузы 18 и 20, центры масс которых расположены на минимальном радиусе эксцентричного колеса.

В рассматриваемой конструкции величина эксцентриситета зубчатого колеса относительно оси вращения определяется относительным угловым расположением венца 13 и втулки 14. В случае одинаковой

эксцентричности посадочных поверхностей втулки и зубчатого венца при пересопряжении этих деталей по шлицевому соединению эксцентриситет венца относительно оси вала может изменяться от 0 до макси- мального значения, равного сумме эксцентриситетов венца и втулки,

Угловая координата расположения центров масс балансировочных грузов 19 и 20 и масса грузов определяются при динами- ческой балансировке колеса в сборе для каждого значения отрегулированного эксцентриситета.

Эксцентричное зубчатое колесо, показанное на фиг. 3, содержит цилиндрический зубчатый венец 21 с круглым отверстием; цилиндрическую ступицу с фланцем 22; сменную эксцентричную втулку 23, помещенную в кольцевом пространстве между цилиндрическими поверхностями ступицы и отверстия в венце; болты 24 крепления венца на ступице и балансировочный груз 25.

На сопряженных торцах венца и фланца ступицы выполнены, соответственно, выступы и пазы 26, образующие при их сопря- жении кулачковое соединение (зацепление) для передачи вращений от венца к ступице, Пазы и выступы 26 выполнены параллельно одной диаметральной линии, совпадающей с плоскостью чертежа (фиг. 3), благодаря чему обеспечена возможность радиального смещения венца относительно ступицы по направляющим, образуемым элементами кулачкового соединения, при установке сменных втулок 23 с различной величиной эксцентриситета. При этом отверстия 27 во фланце выполнены овальными, что обеспечивает возможность установки болтов 24 при различных эксцентриситетах сменных втулок. Колесо в сборе соединено по шлицам с валом 28 и закреплено на нем с помощью гайки 29,

Перед испытанием МСХ величину эксцентриситета зубчатых колес и жесткость упругой муфты подбирают в зависимости от вида испытаний и предполагаемого характера нагружения испытываемой муфты. При этом подбор величины эксцентриситета колес осуществляют с учетом углов относительно смещения под нагрузкой ведущего и ведомого звеньев испытываемой муфты и полумуфт упругой муфты, закрутки валов, а также угла относительно поворота колес при выборе максимальных зазоров между их зубьями.

Наличие в кинематической цепи, выполненной по схеме замкнутого контура, передаточного механизма одностороннего действия (в рассматриваемом случае МСХ), обусловливает ряд особенностей работы

стенда. Главная особенность при этом заключается в том, что состояние замкнутости контура не является постоянным, поскольку условия размыкания и замыкания контура определяется направлением закрутки его ва/1ов и направлением относительно движения звеньев МСХ при заклинивании и свободном ходе (расклинивании). Поэтому при испытаниях МСХ необходимо соответствующим образом выбирать направление закрутки контура, обеспечиваемой нагружателем постоянным моментом.

Силовое замыкание и нагружение контура крутящим моментом происходит только в том случае, когда направление закрутки валов, соединенных с МСХ, совпадает с направлением ее заклинивания. В противном случае контур оказывается разомкнутым.

В варианте компоновки стенда, предназначенной для испытания МСХ на режимах обгона (фиг. 4), одна из пар эксцентричных колес с передаточным числом, равным единице, заменена на пару неэксцентричных колес 30 и 31 разного диаметра (и соответственно с различным числом зубьев). При такой компоновке стенда передаточные числа обеих передач не равны между собой, что обеспечивает различную угловую скорость звеньев МСХ при работе стенда от одного приводного двигателя. Однако необходимым условием нормальной работы стенда в рассматриваемой компоновке является выбор такого направления вращения вала приводного двигателя, при котором ведомое звено МСХ вращается быстрее ведущего и направление относительно движения звеньев муфты не совпадает с направлением ее заклинивания.

При испытании МСХ на режимах циклических включений-выключений с размыканием контура использование нагружателя контура постоянным моментом не требуется.

Предлагаемый стент в компоновке, показанный на фиг. 1, без включения нагружателя работает следующим образом.

До запуска двигателя 1 испытываемая муфта 9 не заклинена и контур не замкнут При запуске двигателя и начале вращения вала 3 в результате неравномерности вращения ведомых зубчатых колес 6 и 7 на каждый оборот вала происходит олин цикл заклинивания и один цикл расклинивания МСХ и, соответственно, замыкание и размыкание контура. При этом величина максимального крутящего момента (пик момента) в период заклиненного состояния МСХ зависит от величины удвоенной амплитуды изменения угла относительно поворота сопряженных эксцентричных колес (т.е. от величины их эксцентриситета), жесткости упругой муфты 8, жесткости МСХ, жесткости валов, а также моментов инерции вращающихся масс деталей контура.

Для уменьшения влияния пульсаций крутящего момента в контуре на равномерность вращения ведущего вала 3 служит маховик 2, закрепленный на валу двигателя.

При необходимости испытания МСХ в заклиненном состоянии под нагрузкой, имеющей переменную составляющую, с помощью нагружателя постоянным моментом обеспечивают предварительную закрутку упругих элементов контура до заданного значения статического момента. При этом направление закрутки элементов контура должно соответствовать направлению, при котором МСХ заклинивается. В противном случае нагружение контура крутящим моментом не произойдет.

В процессе работы стенда с предварительно нагруженным контуром за счет неравномерности вращения ведомых эксцентричных колес 6 и 7 в кинематической цепи возникает переменная составляющая крутящего момента.

Регулирование величины эксцентриситета зубчатых колес осуществляют путем перестановки венца 13 относительно втулки 14 с разворотом на один или несколько шлицев (фиг. 2), или заменой регулировочной втулки 23, размещенной между венцом 21 и ступицей 22 (фиг. 3) сборного колеса.

Плавность и широкий диапазон регулирования уровней нагружения испытываемых муфт обеспечиваются за счет того, что возможны различные комбинации сборок передач с равным и неравным эксцентриситетами колес. Возможна работа стенда при нулевом эксцентриситете одной из пар зубчатых колес.

В целом, за счет варьирования эксцентриситетами пар колес и характеристикой жесткости упругой муфты, обеспечивается существенное расширение функциональных возможностей стенда и диапазона изменяемых условий ее ко го нагружения испытываемых муфт. При этом на предлагаемом стенде могут проводиться испытания не только МСХ, но и муфт других типов (компенсирующих, упругих фрикционных и др.).

Предлагаемый стенд может быть перекомпонован для испытания МСХ на режимах обгона. Такая возможность достигается при установке в контуре передачи, выполняющей функции редуктора или мультипликатора, и обеспечивающей разную частоту

вращения ведущего и ведомого звеньев МСХ. На фиг. 4 показан простейший случай, когда в контуре установлена пара зубчатых колес 30 и 31 с нулевым эксцентриситетом,

образующих передачу с передаточным числом неравным 1. Вторая передача при этом имеет передаточное число равное 1, поскольку составлена из пары эксцентричных колес с равным числом зубьев.

0 В рассматриваемой компоновке стенд работает следующим образом (фиг, 4).

При вращении ведущего вала двигателя и ведущего вала 3 контура из-за разности передаточных отношений в зацеплениях

5 пар колес 30 и 31, 32 и 33, ведущие и ведомые звенья МСХ вращаются с различной частотой, соответствующей заданному режиму обгона. При этом частота вращения одного из звеньев МСХ равна частоте вращения

0 ведущего вала, а другого - меньшее или превышает частоту вращения вала 3.

Таким образом за счет часточных перекомпоновок отдельных элементов стенда обеспечивается возможность варьирования

5 в широких пределах режимами испытаний муфт, включая режимы обгона и режимы циклических включений и выключений МСХ. При этом достигается универсальность стенда, так как на нем могут проходить ис0 пытания муфт различных типов с целью определения их усталостной прочности, контактной выносливости и долговечности. Формула изобретения 1. Стенд для испытания муфт, содержа5 щий двигатель, расположенные параллельно валы и зубчатые передачи, включающие две пары установленных на валах с эксцентриситетом зубчатых колес, образующие замкнутый контур, нагружатель контура по0 стоянным крутящим моментом и средство для крепления испытуемой муфты, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и диапазона динамического нагружения, он снабжен

5 упругой муфтой с регулируемой характеристикой жесткости, размещенной на одном из валов между парой зубчатых колес, зубчатые колеса выполнены составными со средством регулирования эксцентриситета

0 и закреплены на валах с диаметрально про тивоположной ориентацией их эксцентриситетов, при этом средство для крепления испытуемой муфты размещено между одним из зубчатых колес и упругой муфтой.

5 2, Стенд по п. 1,отличающийся тем, что средство регулирования эксцентриситета выполнено в виде цилиндрической втулки со шлицами, расположенными на ее наружной поверхности с эксцентриситетом относительно ее оси вращения, зубчатое колесо выполнено со шлицевым расположенным с эксцентриситетом отверстием, поверхность которого сопряжена со шлицами втулки.

3. Стенд по п. 1,отличающийся тем, что средство регулирования эксцентриситета выполнено в виде цилиндрической ступицы с фланцем, связанным с зубчатым

колесом посредством выступов и пазов, выполненных на сопряженных торцах колеса и фланца в одном диаметральном направлении, и сменной цилиндрической втулки, внутренняя поверхность которой расположена с эксцентриситетом относительно ее оси и сопряжена с наружной поверхностью ступицы, а наружная поверхность втулки сопряжена с поверхностью отверстия колеса.

Использование: в машиностроении для определения эксплуатационных характеристик муфт, преимущественно муфт свободного хода. Сущность изобретения: стенд содержит двигатель, расположенные параллельно валы, установленные на валах с эксцентриситетом две пары зубчатых колес и средство для крепления испытуемой муфты. Между парой ведомых колес установлена упругая муфта с регулируемой характеристикой жесткости. Зубчатые колеса выполнены составными, со средством регулирования эксцентриситета и закреплены на валах с диаметральнопротивоположной ориентацией их эксцентриситетов. Средство для крепления испытуемой муфты размещено между одним из ведомых колес и упругой муфтой. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Hr-i „ г v-

Щиг.1

Щи г. 2

25

Я

4

Фиг.3