Устройство для испытания манжетного уплотнения Советский патент 1979 года по МПК F16J15/32 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля рабочих характеристик зластомерных уплотнений, например манжетных, широко при меняемых в различных отраслях техники (машиностроении, автомобиле- и тракторостроении, авиации и т.д.), Известно устройство для определения износа выступа сальника по;дшипника, содержащее корпус, полый вал, во внутренней полости которого укреплен тензодатчик, соединённый со считывающим устройством и вольтметром. Измерение износа выступа сальни ka основано на измерении величины его радиального контактного давления на вал, уменьшающегося по мере износа уплотнения 1. Недостатком такого устройства является то, что оно не позволяет контролировать изменение ширины контакта уплот( с валом. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения 1гшрины контакта манжетного уплотнения с валом которое состоит из имитатора вала ВЕШолнённого Из непроводящего электрический ток материала, проводника электрического тока, укрепленного на цилиндрической части индататора вала, двух электродов, электролитической ванны и омметра. Проводник выполнен .в виде проволочной спирали, навитой с постоянным шагом на имитатор вала, и заглублен на половину диаметра проволоки, выступающая часть которой удалена заподлицо с поверхностью имитатора вала. Манжетное уплотнение разделяет электролитическую ванну на два самостоятельных объема, а в месте его контакта с имитатором вала изолирует часть проволоки от прямого контакта с жидким проводником. О ширине контакта манже гногр уплотнения с валом судят по показаниях омметра, пропорциональным длине проволоки, закрываемой уплотнением 2. Однако такое устройство не позволяет одновременно измерять величину продольного смещения зоны контакта по валу и ишрину этого контакта в за висимости от угла поворота относительно манжеты. Целью изобретения является обеспечение одновременного измерения величины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта

702204 в зависимости от угла поворота вала относительно манжеты. Эта цель достигается тем, что зон дирующие электроды расположены в теле вала,а уложены последовательно в ряд, выведены на поверхность вала по линии, примерно параллельной его образующей. Они могут быть соединены с источником питания и измеритель ной схемой через вращающиеся контакНа фиг, 1 показана схема предложенного устройства; на фиг. 2 - тоже для случая, когда вал неподвижен, а корпус устройства вместе с уплотнением . вращается , Устройство состоит из корпуса 1/ вспомогательного уплотнения 2, полог вала 3, в радиальном продольном пазу которого уложены плотно в ряд зондирующие электроды 4 из тонкой проволо ки, торцовые части которых срезаны заподлицо с наружной поверхностью полого вала и контактируют с исследуемым уплотнением 5 и жидким про-водником 6, залитым в корпус устройства и разделенным исследуемым уплот нением на два самостоятельных объема а противоположные концы их через огр ничительные резисторы, соединенные в четыре группы 7, 8, 9, 10, щеточные контакты 11, 12, 13, 14, 15 и обмотк управления магнитных усилителей 16, 17 соединены с источником питающего напряжения UH и выходным резистором 18. Последний через переменный резис тор 19 подключен к источнику смещения UCJKV входу интегратора 20, соединенному с фотореле 21, оптически свя занным с осветителем 22 и флажком 23, жестко укрепленным на наружной свободной поверхности вала, и входу многолучевого осциллографа 24. Выпр мители 25, 26 подключены к источникам напряжения звуковой частоты и к рабочим обмоткам магнитных усилителей и соединены с нагрузочны чи рези торами 27, 28, которые так же как и выходы интегратора и фотореле, под ключены ко входам многолучевого осц лографа. Работает устройство следующим об разом, i Ограничительные резисторы 7, 8, 9, 10, сгруппированные в самостоятельные четыре группа, соединены с зонд1 рую1цими электродами таким образом, что электроды, расположенные от-одного края паза до его сере дины, подключены к группам ограничи тельных резисторов 7, 10, а зондиру щие электроды, расположенные от середины до другого края паза, подклю 1ены к группам ограничительных резисторов В и 9. При отсутствии в ко пусе 1 жидкого проводника электрический ток от источника питающего Напряжения Uв. проходит по ограничиельным резисторам групп 7-10, щеточным контактам 12-15 и обмоткам упавления магнитных усилителей 16-17. ри наличии в корпусе 1 жидкого проводника резисторы групп 7 и 8 шунтируются цепями, возникающими за счет ротекания тока от торцов зондируюих электродов через жидкий проводник а корпус вала и далее через щеточный контакт 11 к источнику питающего наряжения и. В этом случае имеют место зависимости. , ,()X (1) 3-J -U ctK-ii1, -ток, протекающий по группам ограничительных резисторов 7 и 8; - ток, протекающий по источнику питающего напряжения U„ -коэффициенты, зависящие от параметров электрической схемы, к, -i R,, ) с- 2 -.. R - сопротивления ограничительных резисторов, составляющих группы 9 и 10; R - сопротивления ограничительных резисторов, входящих в . группы 7 и 8; RO - сопротивление участка цепи зондирующий электрод, жидкий проводник, вал; К - общее количество зондирующих электродов; п - количество зондирующих электродов, торцы которых находятся в зоне контакта с исследуемым манжетным уплотнением. В данном случае внутренним сопротивлением источника питающего напряженияи .сопротивлением выходного резистора 13 обмоток управления магнитных, усилителей и щеточных контактов 11-15 можно пренебречь, так как в предложенном устройстве эти сопротивления на нескол ко. п.орядков ниже сопротивлений Н, Rg, R. Как следует из выражения (1), для определения ширины контакта манжетного уплотнения с валом, т.е. количества зондирующих электродов, торцы которых находятся в зоне контакта с манжетным уплотнением, измеряют ток, протекающий по группам ограничительных резисторов 7 и 8. Для этого в схеме предусмотрен выходг ной резистор 18, падение напряжения на котором пропорционально току, протекающему по группам ограничительных резисторов 7 и 8. Для исклю чения из выходного сигнала составляющей, пропорциональной К-А, через выходной резистор пропускают ток истЪчника смещения UCM причем величину этого тока регулируют переменным резистором 19. Напряжение с выходного резистора 18, пропорциональ .ное ширине контакта манжетного упло нения с валом 0 поступает на вход многолучевого осциллографа 24 и на вход интегратора 20. Интегратор производит интегрирование сигнала 0 в течение времени, за которое вал совершает один оборот. Начально положение вала отмечается с помощью фотореле 21 в момент перекрытия луч осветителя 22 флажком 23, жестко связанным с валом. Сигнал Uj от фотореле 21 поступает на вход много лучевого осциллографа 24,а также на интегратор 20 для управления вре менем интегрирования сигнала U. Од новременно с этим на вход многолуче вого осциллографа 24 подается выходной сигнал и интегратора 20, пропор циональный площади контакта манжетного уплотнения с валом. Величина продольного смещения зон контакта определяется как расстояние от крайнего зондирующего электрода до кромки манжетного уплотнения, т.е количеством зондирующих электродов, расположенных с одной стороны манжет ного уплотнения и находящихся в контакте с жидким проводником. Согласно выражению (2) количество зондирующих электродов, находящихся в контакте с жидким проводником, определяют по ра ности полного тока источника U и то ка, протекгиощего по группам ограничи тельных резисторов 7 и 8. Для измере ния количества зондирующих электродов, контактирующих с жидким проводником и находящихся слева и справа от уплотняющей губы уплотнения, зондирующие электроды разделены на две группы, а ограничительные резисторы на четыре группы. Сигналы, пропорциональные разности токов, со1зда1с1Тёй с помощью магнитных усилителей 16 и 17 за счет различного направления протекания токов в их обмотках управления. По обмоткам каждого из магнитных усилителей протекают токи, обусловленные наличием половины зондирующих электродов. Сборка всего устройства производится таким образом, что середина ширины зоны контакта манжетного уплотнения с валом располагается на середине ряда зондирующих электродов. Зондирующие электроды, расположенные от середины ряда до его края с одной стороны губы уплотнения, показываются подключенными через ограничительные резисторы к обмоткам управления одного магнитного усилителя, а зондирующие электроды, расположенные от середины ряда до его края с другой стороны губы уплотнения,- к обмоткам управления другого магнитного усилителя. Напряжения на нагрузочных резисторах 27 и 28 пропорциональны разности токов, протекающих в обмотках управления магнитных усилителей 16 и 17, и согласно условия (2) пропорциональны количеству зондирующих электродов, находящихся в контакте с жидким проводником с каждой сФороны уплотнения, т.е. расстояниям от краеВ ряда зондирующих электродов до кромок губы уплотнения. Эти напряжения (U и U) подаются на входы многолучевого осциллографа. Благодаря наличию выпрямителей 25 и 26 на нагрузочные резисторы 27 и 28 подаются выпрямленные напряжения. Это необходимо для того, чтобы смещением соответствующих лучей осциллографа можно было скомпенсировать наличие тока холостого хода в рабочих обмотках магнитных усилителей. Настройка устройства производится путем регулирования тока смещения переменным резистором 19. Для этого из корпуса 1 удаляют манжетное уплотнение 5, в результате чего все зондирующие электроды контактируют с жидким проводником 6 и на выходном резисторе 18 появляется падение напряжения, вызвайное током протекаиощим по группс м резисторов 7 и 8. Добиваясь с помощью переменного резистора 19 величины тока смещения, протекающего по выходному резистору 18, равной току, текущему по rpynneiM ограничительных резисторов 7 и 8, обеспечивают полную компенсацию напряжения на выходном резисторе 18. Градуировку устройства осуществляют следующим образом. С помощью микроскопа (или другим способом) измеряют длину ряда Е зондирующих электродов, подключенных к группам ограничительных резисторов 7 и 10, и длину ряда Ej; подключенных к группам Ограничительных резисторов 8 и 9; Затем вал 3 со снятым манжетным уплотнением 5 помещают в жидкий проводник и измеряют напряжения Uj и U4 . После этого вал 3 извлекают из жидкого проводника, тщательно протирают и вновь измеряют напряжения из и . Вычитая из значений и полученных в первом опыте, значения, полученные во втором опыте, и деляих соответственно на В и Е 2 получают коэффициенты передачи устройства при измерении расстояния от края ряда зондирующих электродов до края зоны контакта манетного уплотнения с валом. Лучи осциллографа 18 при этом следует устанавливать на нулевую отметку шкалы. Для определения коэффициента переда устройства при измерении ширины эоhbJ контакта уплотнения с валом изме ряют значение напряжения U когда Вал Извлечен из жидкого проводника, и делят на сумму 1- и 6 2.. Чтобы опр делить коэффициент передачи устройс при измерении плсодади контакта упло нения с валом, измеряют амплитуду напряжения Uj при вращающемся вале и отсутствии жидкого проводника. Любым способом, например с помощью временных меток осциллографа, определяют время одного оборота вала, т.е. период следования импульсов от фотореле 21. Коэффициент передачи находят как частное от деления значения амплитуды напряжения U на время одного оборота вала и на произведение суммы С и ty на длину окружности вала, по большему диаметру. При измерении параметров контакта манжетного уплотнения с валом значения ширины контакта в исследуемой точке и величин продольного смещения зоны контакта значения напряжений и, Ug, и л делят на соответствующие коэффициенты передачи. Для определения площади контакта уплотнения с валом измеренное значение амплитуды напряжения U делят на Время одного оборота вала и на коэффициент передачи. При испытании уплотнений, работающих в условиях вращающегося корпуса 1 при неподвижном вале 3, применяют схему измерения, показанную на фиг.2. В этом случае работа уст. ройства заключается в следующем. Зрндирукадие электроды 4 через ограничительные резисторы.7, 8, 9, 10, 29, 30 подключают к одному полюсу источника питания U Нгшряжение на любсял из этих электродов относительно другого полюса источника питайия Ug равно напряжению питания, если торец этого электрода находится в зоне контакта манжетног уплотнения с валом, и равно нулю, если торец зондирующего электрода посредством жидкого проводника элек трически соединен с поверхностью не подвижного вала, к Которому подключен другой полюс источника питания Напрякения со всех зондирующих элек тродов 4 подаются на входы первого суммауора 31, выходной сигнал которого пропорционален сумме входных н пряжений. Таким образом, выходное напряжен сумматора 31 пропорционально ширине контакта манжетного уплот11ения с в лом. с враиаюМмся корпусом 1 механически связан потенциометр 32, входной сигнал которого осуществляет развертку луча осциллографа 33 по ризонтали. Вертикальное перемещение первого луча осциллографа 33 пропорционально ширине контакта манжетногс уплотнения с валом, в зависимости от угла поворота уплотнения относительно вала 3. Выходным сигналом потенциометра 32 управляется интегра|Тор 20, на вход которого подается напряжение с выхода сумматора 31, пропорциональное ширине контакта манжетного уплотнения с валом, в каждом цикле интегрирования амплитуда сигнала на выходе интегратора 20 пропорциональна площади контакта манжетного уплотнения с валом и регистрируется прибором 34. Одна половина зондирующих электродов, заключенная между краем ряда и его серединой, подключена ко входам инвертора 35. Так как.напряжение с зондирующих электродов на сумматор 36 подается через инвертор 35,выходное-напряжение сумматора 36 пропорционально расстоянию от край-, него зондирующего электрода до губы. манжетного уплотнения 5. Вертикальное перемещение второго луча осциллографа 33 пропорционально напряжению на выходе сумматора 36,а значит второй луч чертит на экране график величины продольного смещения зоны контакта манжетного уплотнен.ия 5. в зависимости от угла поворота этого уплотнения относитель-, но неподвижного вала, 3. Формула изобретения Устройство для испытания манжетного уплотнения, установленного в заполненной электропроводящей жидкостью полости корпуса, снабженное выходящими на поверхность контакта манжеты с валом зондирующими электродами, соединенными с источником питания и измерительным устройством, отличающееся тем, что, с цельк одновременного измерения, величины продольного смещения зоны контакта по валу и ширины этого контакта в зависимости от угла поворота вала относительно манжеты, зондирующие электроды расположены в теле вала, уложены последовательно в ряд и выведены на поверхность вала по линии примерно параллельной, его образующей. 2. Устройство по П.1, от л ичающееся тем, что зондирующие электро ол соединены с источником.питания и измерительной схемой через вращающиеся контакты. Источники информации, принятые во 1внимание при экспертизе 1. Патент США 3488682, «л. 73-7, 1970. 2, Авторское свидетельство СССР №504072, кл. G 01 В 7/02, 1976.