SU1078252A1

SU1078252A1 - Device for measuring moments of friction,slipping and radial forces in power cylinder joints

Info

Publication number: SU1078252A1
Application number: SU833572097A
Authority: SU
Inventors: Сергей Васильевич Ковалевский; Евгений Аркадьевич Степанов; Николай Матвеевич Михин
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Соляной Промышленности
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1983-04-04
Publication date: 1984-03-07

Abstract

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 звень ми 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 центрировани крайние втулки св заны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средн втулка снабжена фиксатором положени , отличающеес тем, что, с целью повьшени точности за счет раздельного измерени радиальных нагрузок в неподвижных звень х шарнира, в него введена .пара дополнительных полусферических шайб, кажда 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 .DEVICE FOR MEASURING TORQUE sliding friction and radial forces in the power of the cylindrical joint, comprising an axially disposed three sleeve formed with conical centering end faces in contact with the movable and stationary units by a hinge and joined by bolting with encoder) deformations of embodied as a stud with nuts and hemispherical washers placed in shaped cups attached to the extreme sleeves, with the extreme sleeves being connected to each other in places of joint centering A pin is provided with connecting dowels, and the middle sleeve is provided with a position lock, characterized in that, in order to improve accuracy due to separate measurement of radial loads in the fixed links of the hinge, a pair of additional hemispherical washers are inserted into it, each of which charge S is fixed at the ends the middle sleeve, and the ishilka is made integral in (L as two sleeves, the end of each of which is connected to the corresponding figured glass with the help of a spline insert), and between them the sleeves are connected through a needle The bearings.

Description

0000

юYu

ел юate yu

Изобретение относитс к измерению сил и моментов, в частности к силоизмерительной технике дл регистрации моментов трени скольжени и произвольно направленных радиальных усилий, преимущественно в силовых цилиндрических шарнирах, и может быть использовано дл исследований режимов работы т жело нагруженных подшипников скольжени сцепных механизмов транспортных машин ..The invention relates to the measurement of forces and moments, in particular, load-measuring equipment for recording sliding friction moments and randomly directed radial forces, mainly in power cylindrical hinges, and can be used to study the modes of operation of heavy loaded sliding bearings of transport machinery.

Известен датчик дл измерени усилий нат жени цилиндрических шарниров пластинчато-втулочной цепи, выполненный в виде полого вала, на наружной поверхности которого наклеены рабочие тензодатчики сопротивлени , а на внутренней - компенсационные , причем наружна поверх-, ность вала выполнена бочкообразной со сн той лыской Cl.A known sensor for measuring the tensions of cylindrical hinges of a lamellar-sleeve chain, made in the form of a hollow shaft, on the outer surface of which working resistance strain gages are glued, and on the inner surface - compensatory, and the outer surface of the shaft is barreled with a removable Balden Cl.

Недостатком этого датчика вл етс невозможность измерени вращающейс радиальной нагрузки.The disadvantage of this sensor is the impossibility of measuring the rotating radial load.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл измерени моментов трени скольжени и радиальных усилий в силовых цилиндрических шарнирах , содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижным и неподвижньши звень ми 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 центрировани крайние втулки св заны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а срен втулка снабжена фиксатором положени .The closest to the invention to the technical essence is a device for measuring sliding friction moments and radial forces in power cylindrical joints, containing axially located three bushings made with conical centering ends, in contact with movable and stationary links of the hinge and bolted to a strain gauge made in the form of studs with nuts and hemispherical washers placed in figured cups attached to the outer bushes, and in places somestnogo extreme centering sleeve associated with each other and with the connecting pin dowels and sren sleeve is provided with a clamp position.

Недостаткомизвестного устройства вл етс невысока точность измерени за счет невозможности раздельного измерени радиальных нагрузок в неподвижных звень х шарнира .A disadvantage of the known device is the low measurement accuracy due to the impossibility of separately measuring the radial loads in the fixed links of the hinge.

Цель изобретени - повышение точности за счет раздельного измерени радиальных, нагрузок в неподвиж ,ных звень х шарнира.The purpose of the invention is to improve the accuracy by separately measuring the radial loads in the stationary links of the hinge.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени моментов трени скольжени и радиальных усилийв силовых цилиндрически шарнирах, содержащее аксиально расположенные три втулки, выполненные с коническими центрирующими торцами, контактирующие с подвижнь9 и неподвижными звень ми 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 центрировани крайние втулки св заны друг с другом и со шпилькой соединительными шпонками, а средн втулка снабжена фиксатором положени , введена пара дополнительных полусферических шайб, кажда 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.The goal is achieved in that a device for measuring sliding friction moments and radial forces in cylindrical power joints, containing axially located three bushings made with conical centering ends, in contact with movable and fixed links of the hinge and bolted together with a strain gauge made in the form studs with heels and hemispherical washers placed in shaped cups attached to the outer bushes, and in places of joint centering to the middle bushings are connected to each other and to the pin by connecting keys, and the middle sleeve is provided with a position lock, a pair of additional hemispherical washers are inserted, each of which is fixed at the ends of the middle sleeve, and the pin is made composite in the form of two sleeves, each end of which is connected to corresponding figured glass with a splined liner, and between the sleeves are connected through a needle bearing.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.The drawing shows the proposed device, a General view.

Устройство содержит три полые соосные аксиальные измерительные втулки: крайние 1 и 2 и среднюю 3, котора 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. Коническа поверхность фланцев б и 7 втулки 3 соединена с втулками 1 и 2 с помощью шпонок 14 и 15, которые установлены в звень х 16 и 17 шарнира цапфы 18 на игольчатых подшипниках 19 и 20 и служат их внутренними обоймами. Втулки 1 и 2 центрируютс 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, опирающихс на торец поверхности шлицевых вкладышей 23 и 24, которые сопр гаютс по шлицевой поверхности между собой и упираютс 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, представл ющую собой упругий элемент, торцы которых св заны с фрикционными элементами 29 и 30 втулок 31 и 32 подшипника скольжени шарнира.The device contains three hollow coaxial axial measuring sleeves: extreme 1 and 2 and middle 3, which is placed in the movable link of the hinge 4, is rigidly fixed in it with a threaded connection 5. and consists of two flanges b and 7, in the sockets of which hemispherical Support washers 8 and 9 and pillows 10 and 11, with which the sleeves 12 and 13 are fixed on the ends of the sleeve 3. The conical surface of the flanges b and 7 of the sleeve 3 is connected to the sleeves 1 and 2 by means of keys 14 and 15, which are installed in links x 16 and 17 of the pin 18 hinge on needle bearings 19 and 20 and Harvested by their inner rings. Bushings 1 and 2 are centered along flanges b and 7 of the ends formed by the projections of these flanges and the hollows of bushes 1 and 2. In the axial direction, bushes 1 and 2 are fixed by hollow bushes 12 and 13 located in their cavity using bolts 21 and 22 resting on the end the surfaces of the slotted inserts 23 and 24, which mate along the slotted surface between themselves and abut their ends on the outer centering hemispherical washers 25 and 26. The end of each of the sleeves 12 and 13 is connected by slots, respectively, with figured cups 27 and 28, having in the middle part rhnost smaller diameter A and B, information representing an elastic member the ends of which are associated with the friction elements 29 and 30 of sleeves 31 and 32 pivot slide bearing.

На цилиндрической поверхности фигурных стаканов 27 и 28 дл защиты от повреждени тензодатчиков установлены защитные кожухи 33 и 34, поэтому упругий элемент фигурных стаканов 27 к 2В св зан при помощи шлицевЪго вкладыша 23 и 24 своей внутренней поверхностью с соответствующей поверхностью втулок 12 и 13 и сопр жем с ними по наружной. Осева фиксаци устройства в шарнире 4 обеспечиваетс 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 дл измерени радиальных усилий Й и Qg, действующих на шарнир. Токовыводы осуществл ют 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 дл измерени величины момента трени скольже ни в шарнире между наружными обоймами игольчатых подшипников 19 и 20 и опорными вкладышами неподвижных частей шарнира. Токовывод тензодатч ков 44 и 45 осуществл ют путем прис единени 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 св зь втулок и кинематическую независимос их упругих элементов. Устройство устанавливаетс , например , в седельно-сцепном механизме т гача вместо рабочих пальцев, контактирующих с втулками 31 и 3,2 шарнира. Между серьгой и проушиной становитс упорна шайба 47. Устройство работает следующим об разом. Внешн радиальна нагрузка 8д через подвижное звено шарнира 4 и втулку 3 передаетс коническими торцами ее фланцев 6 и 7 на крайние втулки 1 и 2 в виде сил нормаль ного давлени N и )., г составл ющие которых 5,, и 3 и соотввгственно SP ... и Sg. , каждое из которых раст гч1вает втулки 12 и 13 в пределах величины упругих деформаций: а. йч-р , А а Ъ где А- радиальна нагрузка через подвижное звено; Rjji ( R - радиальна нагрузка в шар ширах. Выражени 5 и З, определ ют следующим образом. Из статического равновеси концевых фланцев б и 7 втулки 3 еледует , что реакции R и ) от прило женной нагрузки Од, вследствие погрешности изготовлени , различной величины износа поверхностей трени имеющихс перекосов инеровностей дороги при движении механизма, отК .шочаютс друг от друга и R Rfc Тогда ,COS04- N s;no6; R, N. cosoC N sinoC. DOb. ткуда о COSOi-+ SinoC CoScC + fSinot Из равновеси 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|-. . Введ обозначениеК (sino -fcosot|-f , получаем° So, где К - коэффициент пропорциональности (константа), завис щий от значени коэффициентов трени по крническим поверхност м сопр жени втулок 12 и 13 с фланцами 6 и 7 втулки 3 и коэффициентов трени д в игольчатых подшипниках 19 и 20 и от угла d- скоса конических фланцев . При проведении практических измерений величину к определ ют экспериментальным путем,в процессе тарировки каждого регистрируемого параметра устройства. Таким образом, величина радиальной нагрузки в каждом подшипнике fig и Rfc измер етс по величине осевой деформации втулок 12 и 13 под действием усили 3., и 5, , например, с помощью тензодатчиков 42 и 43. Нагрузка RO, и R в каждом шарнире через опорные втулки уравновешиваетс опорными реакци : 1и R, и R. За счет сил трени между наружными обоймами подшипников 19 (20) и фрикционными элементами 29 и 30 в шарнирах по вл ютс моменты трени , определ емые выражени ми: ««c-f -р f Г ъ сТс1ц - наружный диаметр наружных обойм игольчатых под|ашпников , равный диаметру рабочих пальцев шарнира; fj - коэффициент трени скольжени между наружными обоймами игольчатых подшипников и вкладышами шарнира. Очевидно, что игольчатые подшипи 19 и 20 введены дл уменьшени ни сил трени в опоре на точть измерени , так как коэффицивнт трени подшипников f значительно меньше коэффициента трени по вкладышам.Protective covers 33 and 34 are installed on the cylindrical surface of figured cups 27 and 28 to protect against damage to strain gauges. Therefore, the elastic element of figured cups 27 to 2B is connected with the slotted insert 23 and 24 with its inner surface with the corresponding surface of the sleeves 12 and 13 and matching with them on the outside. The axial fixation of the device in the hinge 4 is provided by washers 35 and 36, fixed in the axle 18 with bolts 37. Figured cups 27 and 28 have covers 38 and 39, respectively, with disconnectors for current terminals -40 and 41 installed. Bushings 12 and 13 in the middle part have : ... oh O, on which strain sensors are located, for example strain gauges 42 and 43 for measuring the radial forces X and Qg acting on the hinge. The current leads are carried out through the hollow part of the sleeves 12 and 13 and axial drilling in bolts 21 to 22. In the figured cups 27 and 28 (in the necks) strain gauges 44 and 45 are installed to measure the magnitude of the moment of friction sliding or in the hinge between the outer collars of needle bearings 19 and 20 and bearing inserts of the fixed parts of the hinge. Current outlets of strain gauges 44 and 45 are carried out by connecting them to connector 40 and 41. The support heads of sleeves 12 and 1 are interconnected in the cavity of sleeve 3 by means of a needle bearing 46, which provides the reactive coupling of the sleeves and the kinematic independence of their elastic elements. The device is installed, for example, in a fifth wheel coupling mechanism with a gach instead of operating fingers that are in contact with hubs 31 and 3.2 of the hinge. Between the earring and the eye becomes a stubborn washer 47. The device works as follows. The external radial load 8d through the movable link of the hinge 4 and the sleeve 3 is transmitted by the conical ends of its flanges 6 and 7 to the extreme sleeves 1 and 2 in the form of normal pressure forces N and)., G components of which are 5 ,, and 3 and respectively SP. .. and Sg. , each of which stretches bushings 12 and 13 within the limits of elastic deformation: a. pc, A a b, where A is the radial load through the moving link; Rjji (R is the radial load in the ball widths. Expressions 5 and 3 are determined as follows. From the static equilibrium of the end flanges b and 7 of the sleeve 3 it is desired that the reactions R and) from the applied load Od, due to the manufacturing error, varying amounts of wear the friction surfaces of the existing distortions of the irregularities of the road when the mechanism is moving, KTs are shuffled from each other and R Rfc Then, COS04-N s; no6; R, N. cosoC N sinoC. Db. From here about COSOi + SinoC CoScC + f Sinot From the equilibrium of the sleeves 12 and 13 you can get 5 N S; nc -fN COSot-N; S, -not-fN COsd- Nj ,; SN (sinoC-fco3oO) SN (sinotcosd | -.. Enter the designation K (sino-fcosot | -f, we get ° So, where K is the coefficient of proportionality (constant), depending on the value of the coefficients of friction on critical interfaces) bushings 12 and 13 with flanges 6 and 7 of the bushings 3 and friction coefficients in needle bearings 19 and 20 and from the angle d of the bevel of the conical flanges. When carrying out practical measurements, the value of k is determined experimentally during calibration of each recorded parameter of the device. Thus, the magnitude of the radial load in each fig and Rfc bearing is measured by the magnitude of the axial deformation of the sleeves 12 and 13 under the force of 3., and 5, for example, using strain gauges 42 and 43. The load RO and R in each hinge through the support sleeves is balanced by the support reaction: 1 and R , and R. Due to the friction forces between the outer rings of bearings 19 (20) and friction elements 29 and 30, friction moments appear in the hinges, defined by the expressions: "" cf-f f с cTc1c - outer diameter of the outer cages of needle-shaped under | ashpnikov equal to the diameter of the working fingers of the hinge; fj is the coefficient of friction sliding between the outer sleeves of the needle bearings and the hinge liners. It is obvious that needle bearings 19 and 20 are introduced to reduce the friction forces in the bearing on the measuring point, since the friction coefficient of bearings f is significantly less than the coefficient of friction on liners.

При работе рулевого устройства А гача подвижное звено 4 (серьга) вращаетс 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 скольжени . Упруга часть фигурных стаканов 27 и 28 имеет уменьшение диаметра в средней части, на которой наклеены тензодатчики 44 и 45, и нагружаетс соответственно крут щими моментами M «HTP; М.тсИТР.Величину этих моментов измер ют по деформации кручени упругой части фигурных стаканов 27 и 28 с помощью тензодатчиков 44 и 45.During operation of the steering device A, the gacha movable link 4 (earring) rotates and through the sleeve 3 fixed in it, the keys 14 and 15 rotate sleeves 1 and 2, which turn sleeves 12 and 13, which are shaped figured glasses 27 and 28 through spline inserts 23 and 24. , friction. Elements 29 and 30 of sliding bearings. The elastic part of the figured cups 27 and 28 has a diameter reduction in the middle part, on which strain gauges 44 and 45 are pasted, and is loaded accordingly with torques M HT HTP; M. tSITR. The magnitude of these moments is measured by the torsional deformation of the elastic part of figured cups 27 and 28 using strain gauges 44 and 45.

В процессе эксплуатации транспортных машин в подшипниках скольжени шарнирного сочленени происходит изменение по величине реакций в опорах вследствие перекосов сосг тавных частей рамы при движении по неровност м дороги, неравномерной эагрузки механизма, наличи раэличныз по величине зазоров между, поверхност ми трени верхнего и нижнего сопр жений, поэтому .необходимо знать величину изменени нагрузочных -араметров в каждом шарнире. ДлDuring the operation of transport vehicles in articulated bearings, a change occurs in the magnitude of the reactions in the supports due to distortions of the frame frame parts when moving along uneven roads, uneven loading of the mechanism, and differences in the size of the upper and lower mating, therefore, it is necessary to know the magnitude of the change in the load parameters at each hinge. For

этой цели введены дополнительные конст||уктивные элементы - измерительные втулки 12 и 13, работающие на раст жение 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.For this purpose, additional constructions have been introduced: | active elements - measuring sleeves 12 and 13, working on tension and connected to the middle sleeve 3 with additional hemispherical washers 8 and 9, arranged and fixed on flanges 6 and 7 of sleeve 3, with flanges 6 and 7 have hemispherical pillows 10 and 11.

0 Подобна установка измерительных втулок 12 и 13 обеспечивает раэшельное измерение радиальных нагрузок в шарнирах подшипников скольжени сцепных устройств механизмов в0 Similar installation of measuring sleeves 12 and 13 provides a rauschelny measurement of radial loads in the hinges of the sliding bearings of the coupling devices of mechanisms in

5 производственных услови х, что позвол ет своевременно предупредить выход из стро дорогосто щих деталей и исключить случаи аварийных ситуаций.5 production conditions, which allows timely warning of failure of expensive parts and eliminating cases of emergency situations.

Таким образом, данна конструкци обеспечивает повышение точности из , мерений за счет исключени вли ни силового воздействи радиальных усилий , возникающих из-за перекоса измерительного устройства в процессе его установки на машину в исследуемый узел, и надежности, поскольку упругие элементы, регистрирующие момент трени скольжени , выполнены в виде упругих цилиндров, способству0 ющих повьааению чувствительности за счет возможности установки одновременно нескольких групп параллельно включенных тензометров.Thus, this design improves the accuracy of measurements, by eliminating the influence of radial forces due to force, due to a misalignment of the measuring device during its installation on the machine in the node under study, and reliability, because the elastic elements registering the moment of sliding friction, made in the form of elastic cylinders, contributing to sensitivity enhancement due to the possibility of installing several groups of parallel-connected strain gauges simultaneously.

38 2738 27

4141

Claims

A DEVICE FOR MEASURING SLIDING FRICTIONS AND RADIAL EFFORTS IN POWER CYLINDRICAL HINGES, containing axially spaced three bushings made with conical centering ends, in contact with movable and fixed links, and hinged with a bolt joint with bolt joint washers placed in figured cups mounted on the outer bushings, and in the places of joint centering the outer bushings are connected to each other and a stud with connecting dowels, and the middle sleeve is equipped with a position lock, characterized in that, in order to achieve accuracy by separately measuring the radial loads in the fixed links of the hinge, a pair of additional hemispherical washers are inserted into it, each of which is attached to the ends of the middle sleeve, and the stud is made integral in the form of two bushings, the end of each of which is connected to the corresponding figured cup using a splined insert, and the bushings are connected to each other through a needle bearing.