Стенд для исследования динамики редукторов Советский патент 1992 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при исследовании динамических процессов, протекающих в редукторах и различных зубчатых механизмах.

В основном изобретении описан стенд для исследования динамики редукторов, содержащий приводной электродвигатель, регулируемый тормоз, датчик момента, установленный на валу регулируемого тормоза и предназначенный для соединения со вторичным валом редуктора, второй датчик момента, установленный на валу приводного электродвигателя и предназначенный для соединения с первичным валом редуктора, два канала обработки информации, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных элемента выделения синусоидальной составляющей, вход которого соединен с соответствующим датчиком момента, преобразователя амплитудного значения и регистрирующего прибора постоянного тока, генератор синусоидальных сигналов, регулируемый источник постоянного тока, сумматор, первый вход которого соединен с генератором синусоидальных сигналов, а второй - с регулируемым источником постоянного тока, а в качестве регулируемого тормоза использован злектротормоз, электрическая обмотка управления которого подключена к выходу сумматора,

Недостатком известного стенда является недостаточная информативность,

Указанный недостаток обусловлен тем, что в известном стенде экспериментально можно определять только амплитудно-частотную характеристику редуктора, то есть зависимость амплитуды момента на первичном валу от частоты момента на вторичном валу при неизменной амплитуде момента на вторичном валу редуктора. Фазо-частотная же характеристика исследуемого редуктора, являющаяся зависимостью фазы момента на первичном валу редуктора от частоты момента на вторичном валу редуктора при неизменной амплитуде момента на вторичном валу редуктора, на известном стенде не определяется, По одной амплитудно-частотной характеристике невозможно определить амплитудно-фазовую частотную характеристику редуктора, а также его передаточную функцию, которые содержат информацию об амплитуде и фазе момента на первичном валу редуктора, и которые необходимы для экспериментального определения реальных эксплуатационных режимов, действующих на детали редуктора. Поэтому необходимо оперативно определять фазо- частотную характеристику редукторов.

Целью изобретения является расширение информативности за счет обеспечения возможности определения фазо-частотной характеристики редуктора,

Указанная цель достигается тем, что

стенд для исследования динамики редукторов (1) снабжен двумя формирователями прямоугольных импульсов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего

0 элемента выделения синусоидальной составляющей, сравнивающим элементом, входы которого соединены с соответствующими выходами формирователей прямоугольных импульсов, стабилизированным источником

5 постоянного напряжения с двумя идентичными выходами, каждый из которых соединен с соответствующим формирователем прямоугольных импульсов, и последовательно соединенными выпрямителем, вход которого

0 соединен с выходом сравнивающего зпе- мента, сглаживающим фильтром и дополнительным измерительным прибором.

На фиг. 1 приведена общая схема стенда; на фиг. 2 - сигналы в электрических

5 цепях стенда; на фиг 3 - амплитудно-частотная характеристика редуктора; на фиг. 4 - фазочастотная характеристика редуктора; на фиг. 5 - схема источника постоянного напряжения с двумя идентичными выхода0 ми стабилизированного.

Стенд содержит (фиг. 1) приводной электродвигатель 1, регулируемый тормоз, выполненный в виде электротормоза 2, первый датчик 3 момента, установленный на

5 валу электротормоза 2, и предназначенный для соединения со вторичным валом редуктора 4, второй датчик момента 5, установленный на валу приводного электродвигателя 1 и предназначенный для соединения с первич0 ным валом редуктора, два канала обработки информации, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных элемента 6 (7) выделения синусоидальной составляющей, преобразователя 8 (9

5 амплитудного значения и регистрирующего прибора 10(11) постоянного тока, генератор 12 синусоидальных сигналов, регулируемы / источник 13 постоянного тока, сумматор 14 первый вход которого соединен с генерато0 ром 12 синусоидальных сигналов, второй - с регулируемым источником 13 постоянногс тока, а выход - с обмоткой 15 управления электротормоза 2.

Датчики момента выполнены в виде

5 торсионного вала 16, на концах которогс закреплены металлические пластины 11 бесконтактных переключателей 18, в про емы которых входят при вращении пласти ны 17, резисторов 19, на которы суммируются равные противофазные им

пульсы, снимаемые с переключателей 18, выпрямителя 20 и фильтра 21 низших частот. Напряжение с датчиков момента пропорционально сдвигу фаз между импульсами, возникающему при скручивании торсионного вала, т.е. пропорционально моменту. Источник 13 регулируемого постоянного тока выполнен в виде автотрансформатора и выпрямителя. Сумматор 14 выполнен в виде магнитного усилителя и выпрямителя.

Дополнительно стенд снабжен двумя формирователями 22 и 23 прямоугольных импульсов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего элемента 6 (7) выделения синусоидальной составляющей, и включает в себя транзистор 25 и резистор нагрузки 26, стабилизированным источником 27 постоянного напряжения с двумя идентичными выходами, каждый из которых соединен с соответствующим формирователем прямоугольных импульсов, при этом положительный вывод выходов источника 27 постоянного напряжения соединен с коллектором 28 транзистора 25, первые выводы элемента 6 (7) выделения синусоидальной составляющей и резистора нагрузки 26 соединены между собой и с эмиттером 29 транзистора 25, второй вывод элемента 6(7) выделения синусоидальной составляющей подключен посредством резистора 30 к базе 31 транзистора 25, а отрицательный вывод выходов источника 27 постоянного напряжения соединен со вторым выводом резистора нагрузки 26, сравнивающим элементом 32, входы которого соединены с соответствующими выходами формирователей 22 и 23 прямоугольных импульсов и образованы резисторами нагрузки 26, отрицательные выводы 33 и 34 которых соединены между собой, а положительные выводы 35 и 36 соединены посредством резистора 37, являющегося выходом сравнивающего элемента 32, подключенным посредством диода 38 и сглаживающего фильтра 39 к измерительному прибору 40. Стабилизированный источник 27 постоянного напряжения (фиг. 5) с идентичными стабилизироваными выходами 41 и 42 имеет трансформатор 43 с одной первичной 44 и двумя вторичными 45 и 46 обмотками, выпрямители 47 и 48, сглаживающие конденсаторы 49 и 50, блоки стабилизации 51 и 52.

Стенд работает следующим образом.

После запуска приводной электродвигатель приводит во вращение валы редуктора 4 и вал электротормоза 2. На первый вход сумматора 14 от генератора 12 подается синусоидальное напряжение фиксированной частоты, например, 0,1 Гц, на второй - от регулируемого источника 13 постоянное

напряжение. В результате сложения на обмотку 15 электротормоза 2 подается напряжение, пропорциональное сумме указанных напряжений и электротормоз нагружает редуктор моментом, имеющим постоянную и переменную составляющие. Сигналы, снимаемые с датчиков моментов, несут информацию об этих составляющих на первичном и вторичном валах редуктора. Синусоидаль0 ные составляющие моментов выделяются элементами 6(7). По истечении времени, необходимого для затухания переходных процессов, на первичном валу редуктора устанавливается гармоническое колебание

5 той же частоты, что и приложенное ко вторичному валу со стороны электротормоза, но с другой амплитудой и фазой. Величина амплитуд синусоидальных составляющих определяется с помощью преобразовате0 лей 8(9) и регистрируется приборами 10(11). Фаза синусоидальных составляющих определяется двумя формирователями 22 и 23 прямоугольных импульсов, каждый из которых включает в себя транзистор 25 и ре5 зистор нагрузки 26, которые получают питание от стабилизированного источника 27 постоянного напряжения с двумя стабилизированными идентичными выходами 41 и 42, сравнивающим элементом 32 с выход0 ным резистором 37, диодом 38 и сглаживающим фильтром 39. На фиг. 2а показана синусоидальная составляющая момента, выделенная со вторичного вала, на фиг. 26

-синусоидальная составляющая момента 5 на первичном валу. При положительной полуволне этих синусоидальных составляющих транзисторов 25 открывается и на резисторе нагрузки 26 появляются прямоугольные импульсы одинаковой высоты, длительность

0 которых равна длительности положительной полуволны синусоидальной составляющей момента. На фиг. 2в показаны сигналы, преобразованные от вторичного вала, на фиг. 2г

-сигналы, преобразованные от первичного 5 вала, при этом импульсы, поступающие от

датчика момента вторичного вала (фиг. 2в) отстают от импульсов, поступающих от датчика момента первичного вала (фиг. 2г). Импульсы, поступающие с обоих валов, могут находит0 ся в полном совпадении (фиг. 2в, 2д) или импульсы первичного вала (фиг. 2е) могут отставать от импульсов вторичного вала (фиг. 2в). На выходе сравнивающего элемента (на резисторе 37) при отставании или опе5 режении импульсов первичного вала от импульсов вторичного вала образуется раз- нополярная последовательность прямоугольных импульсов, показанная на(фиг. 2ж) которая выпрямляется (фиг. 2з). На выходе сглаживающего фильтра 39 образуется сигнал (фиг. 2и), пропорциональный фазе сигнала, поступающего с первичного вала, относительно фазы сигнала, поступающего с вторичного вала, который регистрируется прибором 40.

Затем изменяем частоту напряжения, поступающего с генератора 12, сохраняя его амплитуду. Частоту устанавливаем, например, 0,2 Гц. Вновь регистрируем амплитуды синусоидальных колебаний моментов на первичном и вторичном валах и фазу одного сигнала относительно другого. Соотношения амплитуд колебаний моментов и значения фаз, снятые для 10-12 частот, позволяют построить амплитудно-час- тотную характеристику, фазочастотную характеристику и амплитудно-фазовую характеристику редуктора. Амплитудно-фазовую характеристику можно аппроксимировать и определить передаточную функцию редук- тора, используя которую можно определять режимы работы редуктора, оптимальные с точки зрения его динамических свойств. Амплитудно-частотная характеристика и фазо- частотная характеристика имеют вид, аналогичный показанным на фиг. 3 и фиг. 4 соответственно.

Таким образом, на стенде обеспечивается возможность определения фазочастот- ной характеристики редуктора, и тем самым происходит расширение информативности. Формула изобретения Стенд для исследования динамики редукторов по авт, св. № 1670471, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности за счет обеспечения возможности определения фазочастотной характеристики редуктора, он снабжен двумя формирователями прямоугольных импульсов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего элемента выделения синусоидальной составляющей, сравнивающим элементом, входы которого соединены с соответствующими выходами формирователей прямоугольных импульсов, стабилизированным источником постоянного напряжения с двумя идентичными выходами, каждый из которых соединен с соответствующим формирователем прямоугольных импульсов, и последовательно соединенными выпрямителем, вход которого соединен с выходом сравнивающего элемента, сглаживающим фильтром и дополнительным измерительным прибором.

Использование: машиностроение, средства для исследований и испытаний зубчатых передач. Сущность изобретения: приводной электродвигатель приводит во вращение валы редуктора 4 и электротормоза 2. На первый вход сумматора 14 от генератора 12 подается синусоидальное напряжение фиксированной частоты, на второй - постоянное напряжение от регулигг З 7 Г Е / . 1II If УJJo-TilPf r|r.0 jflljtfl #l±f|« руемого источника 13 . В результате электротормоз 2 нагружает редуктор 4 моментом, имеющим постоянную и переменную составляющие. Синусоидальные составляющие сигналов с датчиков 3 и 5 моментов выделяются элементами 6 и 7 выделения синусоидальной составляющей. После завершения переходных процессов на первичном валу редуктора 4 устанавливаются гармонические колебания той же частоты, что и приложенные к вторичному валу со стороны электротормоза 2 , но с другой амплитудой и фазой. Амплитуда определяется с помощью преобразователей 8 и 9 амплитудного значения и регистрируется приборами 10 и 11. Фаза определяется формирователями 22 и 23 прямоугольных импульсов, сравнивающим элементом 32, сглаживающим фильтром 39 и регистрируется дополнительным измерительным прибором 40.5 ил. Л (Л с -VI о со ю ю о ю

сд

иг

HL

ИГ

П

Ј,

ИМ

i

-s

I

л;

1I

-i-

Т

4

-