RU155823U1

RU155823U1 - STAND FOR STUDY OF GEAR WHEELS

Info

Publication number: RU155823U1
Application number: RU2015109314/28U
Authority: RU
Inventors: Станислав Сергеевич Резников; Эдгард Игоревич Селиванов
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-10-20

Abstract

Стенд для исследования зубчатых колёс, состоящий из основания со статическим модулем, содержащим опорные элементы, датчики регистрации крутящего момента и углового перемещения, привод вращения и устройство регистрации измерительного сигнала, отличающийся тем, что снабжен подвижным модулем, установленным с возможностью перемещения вдоль основания по направляющим, который содержит опорные элементы, датчики регистрации крутящего момента и углового перемещения, привод вращения, устройство регистрации измерительного сигнала и эталонное зубчатое колесо, установленное на валу и входящего в цепь последовательно соединённых валов, находящихся на одной оси с валом двигателя, при этом статический и подвижный модули снабжены дополнительными датчиками регистрации крутящего момента и углового перемещения.A gear research bench, consisting of a base with a static module containing support elements, torque and angular displacement sensors, a rotation drive and a measuring signal recording device, characterized in that it is equipped with a movable module mounted to move along the base along the guides, which contains supporting elements, sensors for detecting torque and angular displacement, a rotation drive, a device for recording a measuring signal and reference a toothed wheel mounted on the shaft and input serially connected shafts that are coaxial with the motor shaft, the static and the movable modules are provided with additional sensors registration torque and angular displacement.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может использоваться для исследования процесса износа и определения кинематических параметров зубчатой передачи.The proposed utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used to study the wear process and determine the kinematic parameters of the gear transmission.

Известно устройство для испытания на прочность зубчатых колес и их элементов (Патент РФ №2193177, МПК G01M 13/00, дата приоритета 12.09.2001, опубликовано 20.11.2002), содержащее корпус с установленным в нем испытуемым зубчатым колесом с валом, нагружатель, с которым взаимодействует переходник в виде рычага, установленного на своей оси с нагружающим элементом в виде сменной платы (приварные накладки для последующей приварки внешнего оборудования), застопоренный фланец-рычаг. Недостаток устройства заключается в том, что при смене испытуемого зубчатого колеса требуется серьезное вмешательство во всю сборку, а использование замкнутой схемы существенно усложняет конструкцию.A device for testing the strength of gears and their elements (RF Patent No. 2193177, IPC G01M 13/00, priority date 09/12/2001, published 11/20/2002), comprising a housing with a test gear with a shaft installed in it, a loader, s which interacts with an adapter in the form of a lever mounted on its axis with a loading element in the form of a replaceable plate (welded plates for subsequent welding of external equipment), a locked lever flange. The disadvantage of this device is that when changing the gear to be tested, serious intervention is required in the entire assembly, and the use of a closed circuit significantly complicates the design.

Наиболее близким по технической сущности и выбранный авторами за прототип является стенд для определения кинематических параметров зубчатых зацеплений (Патент РФ №2296969, МПК G01M 13/02, дата приоритета 18.05.2005, опубликован 10.04.2007). Стенд содержит основание, опорные элементы измеряемых зубчатых колес, датчики, привод вращения и устройство регистрации измерительного сигнала. При этом опорные элементы измеряемых зубчатых колес и датчики установлены на одно общее основание. Одно измеряемое колесо связано с приводом вращения, а датчики связаны с устройством регистрации измерительного сигнала. Недостатками стенда являются низкая точность измеряемых параметров вследствие наличия ременной передачи. Одним из основных недостатков ременной передачи - это необходимость в установке дополнительных компонентов для натяжения ремня, а, следовательно, повышается нагрузка на валы и их опоры. Если же ремень не относиться к зубчатым, то будет происходить проскальзывание, из-за чего передаточное число непостоянно, а так же малый срок службы такой передачи, что непригодно для постоянных исследований, малое число измеряемых параметров, нет измерения момента вращающихся элементов конструкций, и сложность конструкции.The closest in technical essence and chosen by the authors for the prototype is a stand for determining the kinematic parameters of gears (RF Patent No. 2296969, IPC G01M 13/02, priority date 05/18/2005, published 04/10/2007). The stand contains a base, supporting elements of the measured gears, sensors, a rotation drive and a measuring signal recording device. In this case, the supporting elements of the measured gears and sensors are mounted on one common base. One measured wheel is connected to a rotation drive, and the sensors are connected to a measuring signal recording device. The disadvantages of the stand are the low accuracy of the measured parameters due to the presence of a belt drive. One of the main disadvantages of the belt drive is the need to install additional components for belt tension, and, consequently, the load on the shafts and their bearings increases. If the belt does not belong to the gear, then slippage will occur, due to which the gear ratio is unstable, as well as the short service life of such a transmission, which is unsuitable for continuous research, a small number of measured parameters, there is no measurement of the moment of rotating structural elements, and complexity designs.

Решается задача повышения точности и увеличение количества измеряемых параметров, с одновременным упрощением конструкции и возможностью вариативности межосевого расстояния исследуемых зубчатых колес.The problem of increasing accuracy and increasing the number of measured parameters, while simplifying the design and the possibility of variability of the interaxal distance of the studied gears, is being solved.

Сущность заключается в том, что стенд для исследования зубчатых колес состоящий из основания со статическим модулем, содержащим опорные элементы, датчики регистрации крутящего момента и углового перемещения, привод вращения и устройство регистрации измерительного сигнала снабжен подвижным модулем, установленным с возможностью перемещения вдоль основания по направляющим и состоит из опорных элементов, датчиков регистрации крутящего момента и углового перемещения, привода вращения и устройства регистрации измерительного сигнала и эталонным зубчатым колесом, установленным на валу и входящим в цепь последовательно соединенных валов, находящихся на одной оси с валом двигателя, при этом статический и подвижный модули снабжены дополнительными датчиками регистрации крутящего момента и углового перемещения.The essence lies in the fact that the stand for the study of gears consisting of a base with a static module containing support elements, sensors for detecting torque and angular displacement, the rotation drive and the registration device for the measuring signal is equipped with a movable module mounted to move along the base along the guides and consists of supporting elements, sensors for recording torque and angular displacement, a rotation drive and a device for recording a measuring signal and Alon gearwheel mounted on the shaft and within the chain of series-connected shafts which are aligned with the engine shaft, the static and the movable modules are provided with additional sensors registration torque and angular displacement.

Вместо ременной передачи используется эталонное зубчатое колесо установленное на валу и входящим в цепь последовательно соединенных валов, находящихся на одной оси с валом двигателя и установленное с возможностью перемещения вдоль основания по направляющим, дающие возможность менять межосевое расстояние зубчатых колес и получать более достоверные данные. При этом статический и подвижный модули снабжены дополнительными датчиками регистрации крутящего момента и углового перемещения.Instead of a belt drive, a reference gear is used mounted on the shaft and included in the chain of serially connected shafts that are on the same axis as the motor shaft and installed with the possibility of moving along the base along the guides, making it possible to change the center distance of the gears and obtain more reliable data. In this case, the static and movable modules are equipped with additional sensors for detecting torque and angular displacement.

Проведя анализ характеристик прототипа и заявляемого устройства, видим, что данная модель имеет упрощенную конструкцию, дающую возможность установки исследуемого элемента без сложного разбора стенда, оснащена датчиками углового перемещения, крутящего момента, а так же заменена ременная передача для повышения точности устройства, что способствует более длительному и точному проведению исследований.After analyzing the characteristics of the prototype and the claimed device, we see that this model has a simplified design that makes it possible to install the element under study without complicated analysis of the stand, is equipped with sensors of angular displacement, torque, and a belt drive has been replaced to increase the accuracy of the device, which contributes to a longer and accurate research.

Сущность заявляемой полезной модели поясняют фиг. 1-3, где:The essence of the claimed utility model is illustrated in FIG. 1-3, where:

фиг. 1 Стенд для исследования зубчатых колес. Вид спереди.FIG. 1 Stand for the study of gears. Front view.

фиг. 2 Стенд для исследования зубчатых колес. Вид сверху.FIG. 2 Stand for the study of gears. View from above.

фиг. 3 Взаимодействие стенда для исследования зубчатых колес с ЭВМ.FIG. 3 The interaction of the stand for the study of gears with a computer.

Стенд содержит основание 1, на котором расположены два модуля: статичный и подвижный. Статичный модуль состоит из трех пластин 2, 3 и 4, которые прикреплены к основанию 1 при помощи уголков и резьбовых крепежных элементов. К пластине 2 крепится двигатель 5, к пластине 3 - датчик крутящего момента 6, к пластине 4 - датчик углового перемещения 7. Двигатель 5 соединен с датчиком крутящего момента 6 посредством компенсационной муфты 8. Датчик крутящего момента 6 так же соединен при помощи компенсационной муфты 9 с валом 10, на другом конце которого находится место под крепление исследуемого зубчатого колеса 11. Зубчатое колесо 11 зажимается между двумя валами 10 и 12 и фиксируется резьбовыми крепежными элементами. Вал 12 соединен с датчиком угловых перемещений 7. Подвижный модуль состоит из платформы 13, которая резьбовыми соединениями крепится к двум кареткам 14, двигающимся по двум направляющим 15. К платформе 13, прикреплены пластины 16, 17 и 18. Пластина 16 соединена с датчиком крутящего момента 19, пластина 17 - с датчиком угловых перемещений 20, пластина 18 - с двигателем 21. Двигатель 21 соединен с датчиком крутящего момента 19 муфтой 8, датчик крутящего момента 19 с валом 22 муфтой 9, а датчик угловых перемещений 20 взаимодействует с валом 23. Между валами 22 и 23 фиксируется эталонное зубчатое колесо 24. Элементы обоих модулей по высоте находятся на одном уровне.The stand contains a base 1, on which two modules are located: static and movable. The static module consists of three plates 2, 3 and 4, which are attached to the base 1 using angles and threaded fasteners. The motor 5 is attached to the plate 2, the torque sensor 6 is attached to the plate 3, the angular displacement sensor 7 is attached to the plate 4. The engine 5 is connected to the torque sensor 6 by means of a compensation coupling 8. The torque sensor 6 is also connected by means of a compensation coupling 9 with a shaft 10, at the other end of which there is a place for mounting the studied gear 11. The gear 11 is clamped between two shafts 10 and 12 and fixed with threaded fasteners. The shaft 12 is connected to the angular displacement sensor 7. The movable module consists of a platform 13, which is screwed to two carriages 14 moving along two guides 15. To the platform 13, plates 16, 17 and 18 are attached. The plate 16 is connected to the torque sensor 19, plate 17 with an angular displacement sensor 20, plate 18 with an engine 21. The engine 21 is connected to a torque sensor 19 with a coupling 8, the torque sensor 19 with a shaft 22 with a coupling 9, and the angular displacement sensor 20 interacts with the shaft 23. Between the shafts 22 and 23 fix tsya reference gear 24. The elements of both modules in height are flush.

На фиг. 3 представлена схема взаимодействия частей установки с ЭВМ. Стенд работает следующим образом.In FIG. 3 shows a diagram of the interaction of parts of the installation with a computer. The stand works as follows.

Исследуемое зубчатое колесо 11 зажимают между валами 10 и 12. Эталонное зубчатое колесо 24 зажимают между валами 22 и 23. При включении на двигатель 5 статичного модуля с ЭВМ подается управляющий сигнал, который задает определенный момент вращение на валу двигателя 25. Далее с этого вала датчиком крутящего момента 6 формируется сигнал о текущем значении момента, который далее передается на ЭВМ. Вал 26 датчика 6 передает вращательное движение на вал 10 с закрепленным на нем исследуемым зубчатым колесом 11. Вал 12 с креплением так же начинает вращаться, и далее с него датчиком угловых перемещений 7 регистрируется сигнал о показаниях углового перемещения, который так же отправляется на ЭВМ. На двигатель 21 подвижного модуля с ЭВМ подается сигнал, характеризующий тормозной момент.Эталонное зубчатое колесо 24 вместе с валами 22 и 23, на которых оно закреплено, приводятся в движение. Датчик угловых перемещений 20 регистрирует сигнал с вала 23, датчик крутящего момента 19 - с вала 27 двигателя 21. Далее эти сигналы поступают на ЭВМ, где обрабатываются, и вычисляются значения КПД передачи, мертвого хода, кинематической ошибки и составляется общее заключение об износе зубчатой пары. Положение подвижной платформы 13 задается с ЭВМ путем передачи сигнала о координатах на каретки 14 подвижного модуля.The test gear 11 is clamped between the shafts 10 and 12. The reference gear 24 is clamped between the shafts 22 and 23. When a static computer module is switched on to the engine 5, a control signal is supplied that sets a specific moment of rotation on the motor shaft 25. Then, with this shaft, the sensor torque 6, a signal is generated about the current value of the moment, which is then transmitted to the computer. The shaft 26 of the sensor 6 transmits rotational motion to the shaft 10 with the test gear 11 attached to it. The shaft 12 with the mount also starts to rotate, and then the signal about the readings of the angular displacement is recorded from it by the angular displacement sensor 7, which is also sent to the computer. A signal characterizing the braking torque is supplied to the engine 21 of the mobile module with a computer. The reference gear wheel 24, together with the shafts 22 and 23 on which it is mounted, is driven. The angular displacement sensor 20 registers the signal from the shaft 23, the torque sensor 19 - from the shaft 27 of the engine 21. Then these signals are fed to a computer, where they are processed, and the values of the transmission efficiency, dead travel, kinematic error are calculated and a general conclusion is made on the wear of the gear pair . The position of the movable platform 13 is set with the computer by transmitting a coordinate signal to the carriage 14 of the movable module.

Пример конкретной реализации. Исследуемое зубчатое колесо с модулем m=0.5 и числом зубьев z=36 устанавливают между валами 10 и 12. Эталонное зубчатое колесо с модулем ш=0.5 и числом зубьев z=42 устанавливают между валами 22 и 23. При включении на двигатель статичного модуля подается сигнал создающий момент вращения на валу двигателя 25 равный M=3.5 кг∗см. С этого вала датчиком момента снимается нами заданный момент для проверки. Вращательное движение подается на исследуемое зубчатое колесо. Датчик угловых перемещений снимает сигнал постоянные промежутки времени и подает их на компьютер. На второй двигатель подается тормозной момент M2=3.5 кг∗см. Со второго вала так же снимается задающий момент. Данные с датчиков отправляются на компьютер, и производится анализ. Мы задаем один момент, но на датчиках имеем реальный. При идеальной математической модели оба момента будут одинаковы и КПД, будет равно 100%. У нас же реальная модель, которая показывает реальные измерения и получает реальные КПД. Так же снимаются угловые перемещения, которые подаются на компьютер. Тем самым межосевое расстояние, определяемое по формуле

мм при прямозубой передаче можно регулировать подвижным модулем на направляющих. Анализируя данные угловых перемещений, определяем кинематическую погрешность и мертвый ход, опираясь на формулу jφ>=f2(φ>2)-f1(φ>2)An example of a specific implementation. The gear under study with a module m = 0.5 and the number of teeth z = 36 is installed between the

shafts

10 and 12. A reference gear with a module w = 0.5 and the number of teeth z = 42 is installed between the

shafts

22 and 23. When the static module is switched on, a signal is applied to the engine creating a torque on the motor shaft 25 equal to M = 3.5 kg * cm. From this shaft, the moment sensor removes the set moment for verification by us. The rotational movement is fed to the studied gear. The angular displacement sensor takes a signal at regular intervals and feeds them to the computer. The braking torque M2 = 3.5 kg ∗ cm is applied to the second engine. The second moment is also removed from the second shaft. Data from the sensors is sent to the computer, and analysis is performed. We ask one moment, but on the sensors we have a real one. With an ideal mathematical model, both points will be the same and the efficiency will be 100%. We have a real model that shows real measurements and gets real efficiency. The angular movements that are fed to the computer are also removed. Thus, the center distance, determined by the formula

mm for spur gears can be adjusted by the movable module on the rails. Analyzing the data of angular displacements, we determine the kinematic error and the backlash, based on the formula jφ> = f2 (φ> 2) -f1 (φ> 2)

Период функции Δφ>2=f(φ2) равен T=2πz1/x, где x - общий множитель чисел зубьев z1 и z2 шестерни и колеса. При i12=z2/z1 и целом x=z1, T=2π. Если z1 и z2 не имеют общих множителей, то T=2πz1, следовательно, пределы изменения периода 2π<T<2πz1.The period of the function Δφ> 2 = f (φ2) is T = 2πz1 / x, where x is the common factor of the numbers of gear teeth z1 and z2 of the gear and wheel. For i12 = z2 / z1 and integer x = z1, T = 2π. If z1 and z2 do not have common factors, then T = 2πz1, therefore, the limits of the period change are 2π <T <2πz1.

Например, при z1=36 и z2=42 (x=6) T=2π∗36/6=12π;, т.е. для оценки кинематической погрешности передачи необходимо в этом случае колесо повернуть на шесть оборотов, шестерня при этом сделает семь оборотов. Тем самым, используя определенные формулы, и данные с датчиков вычисляем характеристики зубчатого колеса.For example, with z1 = 36 and z2 = 42 (x = 6) T = 2π ∗ 36/6 = 12π ;, i.e. To estimate the kinematic error of the transmission, it is necessary in this case to turn the wheel six turns, while the gear will make seven turns. Thus, using certain formulas and data from the sensors, we calculate the characteristics of the gear.

Таким образом, доказано, что заявляемый стенд для исследования зубчатых колес является более точным, упрощенным в конструкции, с возможностью изменять межосевое расстояние зубчатых колес и увеличивать количество получаемых данных превосходит ранее известные аналоги и прототип.Thus, it is proved that the inventive stand for the study of gears is more accurate, simplified in design, with the ability to change the center distance of the gears and increase the amount of data obtained exceeds the previously known analogues and prototype.

Claims

A gear research bench, consisting of a base with a static module containing support elements, torque and angular displacement sensors, a rotation drive and a measuring signal registration device, characterized in that it is equipped with a movable module mounted to move along the base along the guides, which contains supporting elements, sensors for detecting torque and angular displacement, a rotation drive, a device for recording a measuring signal and reference a toothed wheel mounted on the shaft and input serially connected shafts that are coaxial with the motor shaft, the static and the movable modules are provided with additional sensors registration torque and angular displacement.