Стенд для градуировки и определения жесткости ротационных динамометров и тензометрических валов

)5 6 01 . 25/00 ОБРЕТЕ ЕЛЬСТВУ лгорот- Н.А,РЕ ИЧЕ- тельо для бще х по ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Институт проблем надежности и двечности машин АН БССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 932322, кл, С 01 25/00, 1980,(54) СТЕНД ДЛЯГРАДУИРОВКИ И ОДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ РОТАЦИОНДИНАМОМЕТРОВ И ТЕНЗОМЕТРСКИХ ВАЛОВ(57) Изобретение относится к измериной технике и может быть использованповерки. средств измерения крутящегомента, определения жесткости валов ого назначения, а также в конструкция 4 зобретение относится к измерительной технике, может быть использованопри метрологическом обеспечении испытаний машин и механизмов, в особенности для . поверки средств измерения-крутящего мо- мента, определения жесткости валов обще.го назначения,а также в койструкциях по- созданию и передаче крутящего момента при статическом характере его применения для стабилизации первоначально заданного его значения, и является усовершенствованием стенда по авт,св, М 932322,Известный стенд градуировки и опреде ления жесткости ротационных динамометров и тензометрических валов содержит жестко связанный с основанием стенда и установленный на валу закручивания цилиндр нагружения. в котором крышки раз 1749737 А 2 созданию и передаче крутящего момента при статическом характере его применения для стабилизации первоначально заданного его значения, Цель изобретения - повышение точйости, Стенд содержйт кулису, поверхность которой, контактирующая с рычагом; выполнена с заданной криволинейностью, описываемой уравнением, что позволяет при движении кулисы добиться переменной псворачивающей рычаг силы, компенсирующей изменение крутящего момента, прикладываемого к рычагу, происходящее вследствие изменения угла между ними и продольной осью цилиндра нагружения, Композиция изменения крутящего момента, при кладываемого к рычагу, обеспечивает постоянство приложения момента прй повороте рычага от 1-1 к 1-й точке, повышая точность работы стенда. 6 ил 1 табл.1 деляют внутреннюю полость на две камеры, в каждой из которых размещено по два поршня, образующих с крышками и корпусом цилиндра полОсти и связанных между собой кулисой, имеющей возможность осевого перемещения и соединенной с плечом рычага, при этом кулиса снабжена указателем ее перемещения вдоль оси цилиндра. Стенд позволяет визуально и с большой точностью фиксировать малые значения угла поворота вала закручиванйя и отличается совмещением функций нескольких механизмов в одном.Недостатком данного. стенда является невысокая точность градуировки и определения жесткости, так как конструкция стенда обеспечивает повышенную точность лишь фиксирования угла поворота вала за3 Ь. й фУ;.,6.2 где Х - ось абсци дикуляром, восст Дол ьной Ос И Ц расстоянии длин чивэйия к точке ймеющая полож сторону поворот вой стрелке;У - ось орди цилиндра нагруж -тельное напраьл вращения рычагад -(зи адающая с перпенНЫМ ИЗ ТОЧКИ ПРОйагружения нэ от оси вала закру кулисы и рычага,е направление в нэ угол а по часо сс, совп ановлен илиндр ь рычаг контакт ительн а рычага ст 9 а-рф Е(5 ю г; с( ф 9;1-51 ПО;Сс (са- "9.1 Ц ц; сИ;-, Ч;-,1 45 ьп, с 50СР;. Л) 5 гчается в сов Я кручивания. а не постоянство крутящего момента,Цель изобретения - повышение точности поверки средств измерения крутящегомомента и определения жесткости валов путем обеспечения постоянства крутящегомомента,Поставленная цель дОстигается тем, чтов стенде для градуировки определения жесткости, содержащем установленный на валу закручивания цилиндр нагружения, вкотором размещен поршень. образующий скрышкой и корпусом цилиндра полость исвязанный с кулисой. имеющей возмож-ность осеаого перемещения и соединенной 15с плечом рычага, при этом кулиса снабженауказателем ее перемещения вдоль оси цилиндра, поверхность кулисы,. контактирующая с рычагом, выполнена криволинейной,причем координаты текущей 1-й точки кривой определяются из-соотношения"Х"зпа,нат, совпадающая с осью ения и имеющая положиейие в; сторойуот центра к оси абсциссви а.1);щность изобретения зэкщем. Выполнение рабочей поверхности каждой из кулиС криволинейной позволяет при движении кулисы добиться такой переменности в приложении поворачивающей рычаг силы, действующей в контакте кулисы с рычагом, которая компенсирует изменение крутящего момента, прикладываемого к рычагу, происходящее вследствие изменения (по мере поворота рычага) угла между ними и продольной осью цилиндра нагружения (неизменное направление действия первоначальной силы, действующей на поршень цилиндра нагружения вдоль его оси). Подобная компенсация изменения крутящего момента силы, прикладываемого к рычагу. обеспечивает постоянство приложения момента при повороте рычага от (1-)-й к 1-й точке, повышая тем самым точность работы стенда.На фиг.1 дэна. конструктивная схема стенда; на фиг,2 - то же, вид сбоку; на фиг,З - кулиса с криволинейной поверхностью; на фиг.4 - схема сил, действующих в контакте рычага и кулисы; на фиг.5 - схема реализации кривой: на фиг.б - вид кривой,Приведем положения. исходя из которых выведем соотношения. характеризую- щие искомый криволинейный профиль,Величина крутящего момента определяется тангенциальными силами Рз и Рб (фиг.4), Поскольку движене кулисы в направлении действия силы давления Р на поршень(т,е, вдоль оси цилиндра нагружения) должно иметь место при любом рассматриваемом я = 090, то результирующая Р сил Рз и Рб выразится Р, = Рз - Рб. Для сохранения постоянным крутящего момента сила Рдолжна быть постоянной по мере поворота рычага и приложена к нему на неизменной длине. Последнее обеспечивается конструкцией стенда, а из условия постоянства силы Рможно выявить соотношение, характеризующее геометрию искомой кривой и заложить ее в конструкцию стенда. Требуемое соотношение должно включать в себя текущий угол а поворота рычага и угол р между нормалью к поверхнОсти кулисы в точке контакта ее с рычагом и осью рычага я текущий момент его поворота,Из схемы сил, действующих в контакте рычага и кулисы (фиг.4), следует Рз = Р 281 п ; Рб = Р соза 1, но Р 1 =РР 6 = Оценим численно соотношение а),, задаваясь промежуточным значением. , Соотношение имеет вид (3):911 ц,.61,щР Р 1 ва пИЬ 51С 05(Ч 1-5)СО 5(Ц 1-5) СО 5 (Ч; -5)51 Ч;-51 и(Ст;-5) со 55,29 ,29- 0 0 0,75 з)п ф = 1,29 з)п р);9 з)п о"); р =1,69; изводя подобные х значений аи заа), р и 4 вполне кольку при малых з)п(соз р - а) . 10 -сд(р -асоз 4, (2) Из требуемых условий сила Рт должна быть постоянной при любых значениях углов а) и р. В соотношении (2) сила Р условиями работы стенда постоянна (давлейие воздуха на поршень в рабочих полостях можно поддерживать неизменным). Поэтому можно записать з)п- т 9(р - асоза) - 20" ф- сопзт), (3) Значение ф должно быть постоянным при любом значении а и соответствующемему значении р и характеризует соотношение углов, определяющих величину скручивающей нагрузки в точке контакта рычага и кулисы при каждом заданном а),Из уравнения (2) видно, что величина ф определяет как бы "расклинивающее" действие кулисы в каждый данный момент а) йоворота рычага, т;е, полезную силу Рт скручивающую рычаг, При1 устанавливается превышение силы Р, над силой Р. Конкретное значение ф при заданных силе Р и длине рычагаопределяет значение "расклинивающей" силы Р 7. Поскольку "расклинивающая" сила в любом соединении, работающем по принципу клина, определя- ется углом клина, то выходит, что значением 40 фзадается угол клина, который можно предсгавить как угол Р между нормалью к рабочей поверхности (профилю) клина и направлением приложейия силы Р.Поскольку мы ищем клин с криволиней ным рабочим профилем,то каждому значению при заДанном ф будет соответствовать свое значение Р 16 т,е. в каждый момент а) . в точке контакта рычага и кулисы крйволинейный клин можно заменить "приведен ным клином", т.е. прямолинейным с углом клина Р), При а) =0 угол)В совпадаетс углом о и составляет 90 о, поскольку при бл = =Оо ось рычага совпадает с направлениемсилы Р (вдоль оси цйлиндра нагружения). 55Уравйенйе (2 имеет место в диапазоне а)- 0,900, причем при й = 0 оно принимает значение, равное О, а при а) = 90 - равное 1, т.е. при а) = 0 ф = О, а при а) = 90 +1.Вгвв значениях а значения 1 р приближаются ктаковым для кулисы с прямолинейным "кли-.ном", а далее отклоняются от последних,достигая при больших значениях а значительных отклонений.Для вывода в дальнейшем уравненияискомого криволинейного профиля необходимо выразить из соотношения (3) р череза) задав травным 2.Тогда можно записатьЗ;Вц); ЮЬ(.1;-О(;соМ;-2 )оВ(ц;-В(;1 ое(ч;.В(иЪв(т) В)ВВ(т; ОВ В(;вОВвс( БЮМгг СОВВ(,вЯоВф оз)х) вВ(2) ц); зт) В(;ов)и(1;-5)в)Ц), Оз Ю;вОВЧг; Вгб М; Х.соьм;-Йбъф соВМ;.2 Вгв)Щ, ВЪВ(;0Евн 1;(Ьо 5 Ю;-2 ЪВ(;) ооЬ; гпВ(; хсоВ к;-Ссора (;1О,Введем оЬозначения1 - соз а) - 2 з 1 и а) = А,2з 1 и а соз а) - 2 соз а) = В. з 1 и р-+: ВА 2,+ В 2Поскольку р лежитв пределах 0-90, точитйваем только положительные значенияпр;В)и (а = )г ВА 2В 2 ви = вгсЫпВА 2 1 Вг А - (1 . сов ги - 2 Ми ги) - (в)п св - 2 в)и а);г,В - (в) п о) сов аг 2 сов гв ) =з 1 ига)созыва 4 з 1 иа соза + 4 созга) = созг а) (з 1 и а- -4 з 1 п а 1 + 4) = соз а) (з 1 и а)2Окончательно При а) = 0 угол между осью рычага и нормалью к профилю кулисы в точке их контакта р90", а при а;= 90 (,(г) = О. При а) = 5 угол р = 85, при а)=- 30 угол р= 60-, т.е. видно, что угол р при увеличении а 1 уменьшается, причем поскольку выводят его из предположения, что то при любых а и вычисленном по уравнению (4) р соотношение(3) постоянно, а сле"0 довательно. по уравнению (2) сила Ртпостоянна.Поэтому при.поиске уравнения криволинейного рабочего профиля кулисы, в котором бы фигурировали конструктивныепараметры, в том числе и угол р угол рнеобходимо брать из уравнения (4),Определим уравнения для координаттекущей 1-й точки криволинейного профилякулисы, требуемые для ее геометрическойреализации. Чтобы.не услОжнять вывод аналитических соотношений, примем за первоначальное положение механизма такое егоположение, когда плечо рычага (кратчайшеерасстояние от оси вала закручивания к точкеконтакта рычага с кулисой) совпадает с осьюцилиндра нагружения,Найдем уравнение нормалй к искомойкривой в 1-й ееточке. т.е. уравнение прямойО)Ц) (фиг,5)30 Х,: ,1 и аУравнение нормали 0)Ц) будем искать ввиде; Отсюда уравнение нормали О)Ц)У(Х) = У(Х - (Х - Х Щ у.илиУ(Х) = У(Х - (Х -з 1 и а тд ф, (5)В этом уравнении У(Х неизвестное,Исходя из того, чтоЦ) - общая точка длядвух нормалей С 1)Ц) и ОнЦь 1, запишем уравнение этих нормалей, принимая в Ц) Х = Си учитывая, что Х) =1 3 и а; Хн =,1 з 1 и ан:Ун(С) = Ун(Хь 1) - (С -1 з и а)-1) тд ф- (6)УС) = У(Х) - (С -1 з п а тд ф; . (7)У(-1(С) = У)(С). (8)Приравняв согласно (8) уравнения (6) и (7),получаем уравнения для определения С:Ун(Хн) - (С - з 1 и а.тд и =45 Имеем 2 +2 А 2+ В =О,(19) Решим уравнение (19) й-гоа-Д ,20)28 гу-,(х.,1-г)(х+е(бъ)-,ч,., б(лн,1 (9) Са зсЕсли в уравнении (9) вычислить последовательно все значения С в ряду К = =0,1,2,3 (-1), , то Уи(Хи) окажется известным, причемза (-1)-о точку принимаем начало координат -О, где Хи = О, У.1 = О,- Лф - 1 =. - (Ъ а У(Х) - неизвестным,Вычислим координаты Х, У точки О по известным координатам точки Ои,Поскольку по условию задачи требуется построить кривую, в каждой точке которой касательная была бы перпендикулярна нормалям; и выходящую из начала координат О, это означает, что необходимо отыскать такое множество точек кривой, для которой две касательные, проведенные из соседних точек -1 ибыли бы одновременно перпендикулярны обоим (-1)-му и -му нормалям, т.е. кривая между точками -1 иописывается уравнением окружности с радиусом В-ОЦ = 0 Ц.Поскольку длина= 0.1 Ц = (0 Ц можно записатьВг = У 1(Х 1) - УЦ(Сг +=У н(Хн) - 2(зп (л - зпг а и) где из уравненИя (9)+2 У(Х)(07 д Ц = б (16)или-еа -еаза 26 ьг ег;.,(У., в,+аЕГ (х а-оЭБгв 1 е(6 Ь- ;.,(У;.,) в)ка ЯУ;.,(Х;.,) а-яФа-о аО,Поделим обе части уравнения (17) на 1-2 9 6 Ь-а т;-,(х;,1 8 гу.,(х(.а-дйа-(б)40 ф ев, (-вВведем обозначения в уравнение (18)1749737 12 10 15 20 25 щаться кулиса 6. Далее это давление следует поддерживать регулятором, Длязакручивания вала 4 в обратную сторонунеобходимо таким же образом подводить30 давление вполость 1,Конкректный вид искомой кривой показан на фиг.б. По выведенным уравнениямопределяют координаты четырех последовательных точек при а = 0, а 2 = 5.аз35 =100, ад 15,Все промежуточные вычисления представлены в таблице,Применение рабочего профиля кулисы спредлагаемой криволинейностью позволя 0 ет стабилизировать в процессе работыстенда первоначально заданный крутящиймомент, передаваемый далее постояннымзначением исследуемым злементамконструкций машин, приборов и средств мет 5 рологического обеспечения при испытаниях,что повышает точность производимых работ,Ф о р мул а изобретен ияСтенд для градуировки и определенияО жесткости ротационных динамометров итензометрических валов по авт.св, М932322, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. сцелью повышения точности путем обеспечения постоянства крутящего момента, повер 5 хность кулисы, контактирующая с рычагом,выполнена криволинейной, причем координаты 1-й точки кривой определяются из соотношенийХ 1= з 1 пя,с.1 ю; - ср,- срс;.-ср;с с (м;-ч,1- сс (; -ср;.Д г-Е (, ;-ъ ы;.,);С 05 И;(ЬнИ;-22 . , йс а ОРс 1,уьп сс;-26 лр; соь сс;(6 пм;.з) 4При геометрической реализации кривой берут положительные значения Х и У из уравнения (21).Предлагаемый стенд содержит неподвижный цилиндр 1 нагружения с нагружаю щими поршнями 2 и крышками 3, жестко связанными с цилиндром 1 и образующими с соответствующими поршнями полостии И (фиг.1-3). Цилиндр нагружения подвижно (через шарикоподшипники) сидит на валу 4 5 закручивания, расположенном в шарикоподшипниках цилиндра нагружения. Нагрузочный рычаг 5 связан концентрично и жестко с валом закручивания, э через кулису 6 - подвижно с цилиндром 1. Нагрузочный 5 рычаг соединен с кулисой 6 через шарикоподшипники, сидящие нэ осях. жестко прикрепленных к цилиндру нэгружения, Связующие блоки 7 соединяют кулису 6 с нагружающими поршнями 2, причем связь Окончательные уравнения, характеризующие искомую кривую координатами Х и У текущей 1-й ее точки через координаты Хи- Ун предыдущей (1-1)-й точки в прямоугольной системе координат, равны;191 П Д;у ъ а.6 /1 ь а;.,ор,., д.ед)Г 2 ,) где Х - ось абсцисс, совпадающая с перпен. дикуляром, восстановленным из точки,продольной оси цилиндра нагружения нэ расстоянии длины рычага от оси вала закручивания к точке контакта кулисы и рычага, и имеющая положительное направление в сторону поворота рычага на угол а по часовой стрелке;У - ось ординат, совпадающая с осью цилиндра нагружения и имеющая положительное направление в сторону от центра вращения рычага к оси абсцисс;. д = 1(з 1 п а - з 1 п а ); Ь -1 сЬ:-срЛ ссь.; ч:1-ссЧ(ю;- -сг;г .,еьс; сьЗЖ;-ч,1- дк;- с 1 с жесткая лищь в направлении продольной оси цилиндра нагружения. К телу кулисы жестко прикреплен указатель 8, фиксирующий непосредственно ее перемещение, визуальный отсчет которого производится после предварительной тарировки перемещения кулисы по мере поворота вала закручивания, Для исключения влияния масс деталей стенда на величину усилия, прикладываемого к нагрузочному рычагу, стенд можно закрепить на жестком основании (фундаменте) так, чтобы рычаг располагался в горизонтальной плоскости.Стенд работает следующим образом, Исследуемый упругий злемент (например, вал) хсестко соединяют с валом 4 закручивания. В полостьцилиндра 1 нагружения подают под заданным давлением (поддерживаемым автоматически и с заданной точностью регулятором давления) рабочее тело - воздух, Нагружэющий поршень 2 воздействует через связующий блок 7 на кулису б, перемещающуюся при атом к валу закручивания. Давление в полостиувеличивают до значения, при котором начинает переме- с( (Ф;.,0 510 М ,5 ч; агсвю- длина рычага. амет сходны м фо где Х - ось абсцисс совпадающая с перпендикуляром, восстановленным из точки продольной оси цилиндра нэгружейия на расстоянии длины рычага от оси вала закручивания к точке контакта кулисы и рычага, и имеющая положительное направление в сторону поворота рычага на угол а по часовой стрелке;У - ось ординат, совпадающая с осью цилиндра нагружения и имеющая положительное направление в сторону от центра вращения рычага к оси абсцисс:1749737 О г,5 ОФцг,б оставитель А, Гацкоехред М,Моргентал Редактор А, Ксзориз рректор Т.Палм изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 2589 ВНИИП 1101 1 ВЮ Тираж рственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписное бретениям и открытиям при ГКНТ СССРаущская наб 4/5