PL214217B1 - Urzadzenie do badania statycznych i dynamicznych momentów oporowych w lozyskach tocznych i sposób pomiaru momentu oporowego w lozyskach tocznych obciazonych poprzecznie - Google Patents

Abstract

Badane łożysko (9) osadzone jest w cienkościennej obudowie (10) a obciążenie poprzeczne jest realizowane przez siłownik (27) umocowany do płyty (26) zespolonej ze stolikiem obciążenia poprzecznego (25) osadzonym suwliwie na prowadnicach (18a) umocowanych do głównej płyty (2), przy czym po drugiej stronie płyty (26) osadzona jest suwliwie na prowadnicach (18b) poprzeczna płyta (28) wyposażona we wspornik (29) współpracujący z siłownikiem (27), a na poprzecznej płycie (28) osadzone są suwliwie na prowadnicach (18c) równolegle do siebie podstawy (30, 31) siłomierzy (32, 33) połączone cięgnami z obudową (10) łożyska (9). Natomiast obciążenie wzdłużne łożyska (9) realizowane jest poprzez cięgno (21) połączone z obudową (10), usytuowane w osi łożyska (9) i umocowane drugim końcem do siłomierza (20) umocowanego do górnej części wspornika (19) stolika obciążenia wzdłużnego (17) osadzonego suwliwie w prowadnicach (18) umocowanych do głównej płyty (2), a z dolną częścią wspornika (19) współpracuje siłownik umocowany do spodniej strony głównej płyty (2). Siłomierze (32, 33) obciążenia poprzecznego są połączone ze sobą jednym cięgnem (34) opasanym na obudowie (10) łożyska (9). Sposób polega na tym, że łożysko (9) obciąża się poprzecznie, korzystnie za pomocą siłownika (27), a siłę mierzy się przy użyciu dwóch siłomierzy (32, 33) połączonych z obudową (10) łożyska (9) tak, aby kierunki działania sił, mierzonych przez wspomniane siłomierze, były równoległe do siebie i styczne do obudowy (10), przy czym wartości sił (L1, L2) i prędkości obrotowej (ω) mierzy się i rejestruje w sposób ciągły, a wartość chwilową momentu oporowego (Mo) stanowi iloczyn różnicy sił (L1, L2), wskazywanych przez siłomierze (32, 33) i promienia (R) obudowy (10) łożyska (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania statycznych i dynamicznych momentów oporowych w łożyskach tocznych, zwłaszcza mało- i średniogabarytowych oraz sposób pomiaru momentu oporowego w łożyskach tocznych obciążonych poprzecznie.

Producenci łożysk tocznych dążą stale do minimalizacji oporów tarcia w łożyskach. Małe, wewnętrzne opory tarcia wywołują niewielkie momenty oporowe w łożysku, szczególnie przy jego rozruchu, jak i przy zmianach prędkości obrotowej. Wywiera to korzystny wpływ na zmniejszenie energii potrzebnej do napędu ułożyskowanych elementów obrotowych w różnego rodzaju maszynach, urządzeniach i pojazdach.

Możliwość pomiaru momentów oporowych występujących w łożyskach tocznych, także znajomość zależności ich wartości od warunków, w jakich pracują łożyska, w tym od takich czynników jak: obroty i obciążenia, stwarza dla projektantów maszyn i urządzeń możliwość trafnego doboru łożysk w określonych węzłach konstrukcyjnych, zaś dla producentów łożysk możliwość oceny ich jakości i wyboru trafnych kierunków udoskonalania ich konstrukcji.

W znanych sposobach identyfikacji, bądź pomiaru momentów oporowych, mierzone łożysko jest osadzane swoim otworem na poziomym wałku, a obciążenie poprzeczne stanowi niewyrównoważona masa osadzona punktowo na pierścieniu zewnętrznym łożyska. Zespół złożony z wałka, łożyska i obciążającej go masy tworzy wahadło. Mierzone lub rejestrowane wychylenia wahadła stanowią dane do określenia momentu oporowego w łożysku.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 201 835 znane jest urządzenie do badania łożysk tocznych, zwłaszcza skośnych, stosowane w badaniach łożysk o małych gabarytach. Para łożysk skośnych w układzie „O” jest zamontowana na poziomym wałku i osadzona w tulei w pobliżu jej końców Obciążenie osiowe łożysk stanowi cylindryczna sprężyna naciskowa o znanej charakterystyce osadzona w tulei między łożyskami. Obciążenie poprzeczne pochodzi od obciążników zawieszonych na tulei na elastycznym cięgnie symetrycznie między badanymi łożyskami. Wartości obu obciążeń mogą być zmieniane. W tym rozwiązaniu pomiaru momentu oporowego dokonuje się w momencie, gdy siły tarcia w obracanych przez napędzany wałek łożyskach wymuszają obrót tulei wraz z osadzonymi w niej pierścieniami zewnętrznymi łożysk. Wartość siły przeciwdziałającej obrotowi tulei jest miarą oporów tarcia występujących w obu badanych łożyskach. Moment oporowy jednego łożyska wyznacza się jako połowę iloczynu tej siły i odległości miedzy osią obrotu łożysk a kierunkiem działania siły.

Ten sposób pomiaru momentu tarcia nie stwarza możliwości prowadzenia kompleksowych badań oporów tarcia w łożyskach, gdyż nie umożliwia bieżącej rejestracji wartości parametrów badawczych, standaryzacji zbieranych informacji i obróbki wyników pomiarów tak, by możliwa była ich wizualizacja i analiza. Sposób ten nie zapewnia także monitorowania, regulacji i utrzymywania warunków badań na zadanym poziomie.

Urządzenie do badania statycznych i dynamicznych momentów oporowych w łożyskach tocznych, zwłaszcza mało- i średniogabarytowych, zawierające napęd wrzeciona z płynną regulacją prędkości obrotowej oraz co najmniej jeden zespół obciążenia poprzecznego i wzdłużnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że badane łożysko osadzone jest w cienkościennej obudowie, a obciążenie poprzeczne jest realizowane przez siłownik umocowany do płyty zespolonej ze stolikiem obciążenia poprzecznego osadzonym suwliwie na prowadnicach umocowanych do głównej płyty. Po drugiej stronie płyty osadzona jest suwliwie na prowadnicach poprzeczna płyta wyposażona we wspornik współpracujący ze wspomnianym siłownikiem. Na poprzecznej płycie osadzone są suwliwie na prowadnicach, równolegle do siebie podstawy siłomierzy połączone cięgnami z obudową łożyska.

Obciążenie wzdłużne badanego łożyska realizowane jest poprzez cięgno połączone z obudową, usytuowane w osi łożyska i umocowane drugim końcem do siłomierza umocowanego do górnej części wspornika stolika obciążenia wzdłużnego osadzonego suwliwie w prowadnicach umocowanych do głównej płyty, a z dolną częścią wspomnianego wspornika współpracuje siłownik umocowany do spodniej strony głównej płyty.

Prowadnice, na których umocowane są podstawy siłomierzy obciążenia poprzecznego są usytuowane prostopadle do prowadnic, na których umocowana jest poprzeczna płyta.

Korzystnie, siłomierze obciążenia poprzecznego są połączone ze sobą jednym cięgnem opasanym na obudowie badanego łożyska.

PL214 217B1

Prostopadłe usytuowanie prowadnic, na których są umocowane podstawy siłomierzy do prowadnic, w których umocowana jest płyta poprzeczna powoduje, że prowadnice te z podstawami siłomierzy i płytą poprzeczną tworzą stolik krzyżowy.

Konstrukcja zespołu obciążenia poprzecznego łożyska umożliwia płynną regulację położenia siłomierzy w płaszczyźnie prostopadłej do osi łożyska w kierunku pionowym i tym samym dopasowywanie ich położenia do średnicy zewnętrznej badanego łożyska tak, by kierunek działania siły poprzecznej był styczny do obudowy łożyska przy równoległych do siebie końcowych odcinkach cięgna. Konstrukcja zespołu umożliwia także regulację położenia obu siłomierzy wzdłuż osi łożyska i ustawienie ich w płaszczyźnie przechodzącej przez środek szerokości badanego łożyska, co zapewnia wyeliminowanie błędów pomiaru momentu oporowego wynikających z przypadkowego skoszenia łożyska.

Napęd wrzeciona jest realizowany przez przekładnię pasową od dwóch serwomotorów, których jeden jest wolnoobrotowy, a drugi szybkoobrotowy, zespalanych sprzęgłem uruchamianym dźwignią.

Do górnej części wspornika stolika obciążenia wzdłużnego umocowana jest obudowa, w której osadzone są koła zębate tworzące przekładnię, przy czym z jednym z kół jest zespolony siłomierz obciążenia wzdłużnego, a drugie koło zębate wyposażone jest w pokrętło.

Przesuw stolika obciążenia wzdłużnego pod działaniem siłownika wywołuje obciążenie wzdłużne badanego łożyska, za pośrednictwem elastycznego cięgna dobranego tak, by w stanie obciążenia generowało niewielki własny moment skręcający. Za pomocą pokrętła mniejszego koła zębatego współpracującego z kołem zębatym zespolonym z siłomierzem można zminimalizować wpływ momentu skręcającego cięgna na mierzony moment oporowy w badanym łożysku.

Sposób pomiaru momentu oporowego w łożyskach tocznych pod obciążeniem poprzecznym, charakteryzuje się tym, że badane łożysko obciąża się poprzecznie, korzystnie za pomocą siłownika, a siłę mierzy się przy użyciu dwóch siłomierzy połączonych z obudową łożyska tak, aby kierunki działania sił, mierzonych przez wspomniane siłomierze, były równoległe do siebie i styczne do obudowy, przy czym wartości sił i prędkości obrotowej mierzy się i rejestruje w sposób ciągły, a wartość chwilową momentu oporowego stanowi iloczyn różnicy sił wskazywanych przez siłomierze i promienia obudowy łożyska.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z przodu, fig. 2 - widok w kierunku „W” zaznaczony na fig. 1, fig. 3 - przekrój A-A zaznaczony na fig. 2, a fig. 4 - schemat obciążenia łożyska podczas pomiaru.

Urządzenie do badania statycznych i dynamicznych momentów oporowych w łożyskach tocznych zwłaszcza mało- i średniogabarytowych, według wynalazku posiada stabilny korpus, którego górna wyższa część jest przykryta masywną płytą główną przykręconą do korpusu.

Na płycie głównej, przy jej krawędzi bocznej, znajduje się cylindryczne wrzeciono zamocowane w obudowie przykręconej do płyty. Wrzeciono posiada precyzyjnie ułożyskowany wałek ze stożkowym gniazdem w przedniej jego części, w którym są osadzane i mocowane wymienne wałki z cylindrycznymi trzpieniami, na które nasadzane są badane łożyska toczne. Na pierścieniach zewnętrznych tych łożysk są osadzane lekkie, cienkościenne obudowy, wymienne z typu na typ łożyska.

Korpus 1 zbudowany jest z zamkniętych profilów i ma u góry część wyższą przykrytą masywną płytą główną 2 i część niższą przykrytą płytą 3. Na płycie głównej 2, równolegle do krawędzi bocznej jest zamocowana obudowa 4 z zaciśniętym w jej poziomym otworze wrzecionem 5. Obrotową część wrzeciona 5 stanowi precyzyjnie ułożyskowany wałek 6, który w przedniej części posiada stożkowe gniazdo 7 o standaryzowanych wymiarach geometrycznych. W gnieździe 7 są mocowane wymienne wałki 8 z cylindrycznymi trzpieniami z przodu, na które są nasadzane badane łożyska 9. Na pierścieniach zewnętrznych łożysk 9 są osadzane lekkie, cienkościenne obudowy 10 wymienne z typu na typ łożyska.

Wałek 6 wrzeciona 5 w tylnej części, wystającej poza obudowę 4, ma osadzone koło pasowe 11 stanowiące element przekładni pasowej 16 realizującej napęd wrzeciona. Napęd ten składa się z przymocowanych do płyty 3 równolegle do osi wrzeciona 5 dwóch serwomotorów: szybkoobrotowego 12 i niskoobrotowego 13 zespalanych alternatywnie sprzęgłem 14 uruchamianym dźwignią 15.

Na płycie głównej 2, od przedniej strony wrzeciona 5 i równolegle do jego osi jest osadzony suwliwie w prowadnicach 18 stolik obciążenia wzdłużnego 17 z zespolonym z nim wspornikiem 19. W górnej części wspornika 19 jest zamontowany współosiowo z łożyskiem 9 siłomierz 20 połączony elastycznym cięgnem 21 z obudową 10 w osi łożyska 9.

PL214 217B1

Siłomierz 20 jest zespolony współosiowo z kołem zębatym 22 zamkniętym w obudowie 24, w której zabudowane jest także koło zębate 22a z wyprowadzonym na zewnątrz obudowy 24 pokrętłem 22b, współpracujące z kołem zębatym 22.

Z dolną częścią wspornika 19 współpracuje siłownik 23 zamocowany do spodu płyty głównej 2. Pod działaniem siłownika 23 na wspornik 19, zespolony z nim stolik 17 jest przesuwany wzdłuż osi wrzeciona 5 w kierunku od wrzeciona 5, a jego przesuw - poprzez cięgno 21 i obudowę 10 - wywołuje siłę obciążenia wzdłużnego L_a na badane łożysko 9, która jest mierzona siłomierzem 20.

Na płycie głównej 2 z boku obudowy 4 wrzeciona 5, równolegle do jego osi jest osadzony przesuwnie w prowadnicach 18a stolik obciążenia poprzecznego 25 z zespoloną z nim płytą pionową 26 prostopadłą do osi wrzeciona 5. Na jednej stronie płyty pionowej 26 jest zamocowany siłownik 27, a po drugiej stronie w prowadnicach 18b jest osadzona suwliwie płyta poprzeczna 28 ze wspornikiem 29, z którym - poprzez przelotowe wybranie w płycie 26 - współpracuje siłownik 27. Na płycie poprzecznej 28 w zamocowanych na niej prowadnicach 18c prostopadłych do prowadnic 18b, są osadzone suwliwie równolegle do siebie dwie podstawy 30, 31 siłomierzy, odpowiednio 32, 33, do których są dołączone końce cięgna 34 opasującego obudowę 10 łożyska 9.

Przesuw płyty poprzecznej 28 pod działaniem siłownika 27 na jej wspornik 29 w kierunku od wrzeciona 5, prostopadle do jego osi, powoduje jednoczesne przemieszczanie się w tym kierunku siłomierzy 32, 33, co poprzez cięgno 34 i obudowę 10 wywołuje siłę obciążenia poprzecznego L_r łożyska 9. Siłownik 27 jest sterowany sygnałami zwrotnymi od siłomierzy 32, 33 dokonującymi w sposób ciągły pomiarów obciążenia poprzecznego łożyska 9 podczas jego badania.

Suma sił Lt + l_₂ wskazywanych przez siłomierze 32, 33 jest całkowitą siłą poprzeczną L_r obciążającą badane łożysko 9. Iloczyn różnicy sil I.! - L₂ wskazywanych przez siłomierze 32, 33 i promienia R obudowy 10 jest miarą momentu oporowego M_ow badanym łożysku tocznym z pierścieniem wewnętrznym obracanym z prędkością ω.

Regulacja położenia siłomierzy 32, 33 na podstawach 30, 31 w kierunku pionowym oraz w kierunku równoległym do osi wrzeciona 5 poprzez przesuw stolika 25, umożliwia korzystne ustawianie obciążenia poprzecznego łożysk 9 badanych na urządzeniu niezależnie od ich średnic i szerokości.

Zadawanie obciążeń L_a i L_r oraz obrotów ω na badane łożysko 9, kontrolowanie i stabilizowanie tych parametrów, a także określanie i rejestrowanie wartości momentów oporowych odbywa się za sprawą systemów sterowania i kontroli urządzenia. Znajdują się one obok urządzenia w szafie sterowniczej z pulpitem operatorskim, umożliwiającym obsługę i dialog operatora z urządzeniem badawczym.

Gdy badane łożysko zostanie obciążone siłą wzdłużną i porzeczną i pozostaje w spoczynku, wskazania obu prawidłowo ustawionych siłomierzy mierzących obciążenie poprzeczne są jednakowe, a suma tych wskazań stanowi całkowite obciążenie poprzeczne łożyska. Po uruchomieniu napędu wrzeciona, gdy pierścień wewnętrzny łożyska zaczyna się obracać, opory tarcia występujące w obciążonym łożysku powodują powstanie momentu sił usiłującego spowodować obrót pierścienia zewnętrznego wraz z obudową. Uwidacznia się to wówczas w różnicy wskazań obu siłomierzy, gdyż jeden z nich jest wtedy odciążany, a drugi dociążany.

Zasada pomiaru momentu oporowego w łożysku polega na mierzeniu i rejestrowaniu różnic wskazań obu siłomierzy, zarówno w czasie rozruchu łożyska, jak i przy zmianach jego prędkości obrotowej, przy równoczesnym kontrolowaniu i utrzymywaniu stałej sumy wskazań obu siłomierzy, czyli niezmiennego obciążenia poprzecznego badanego łożyska. Miarą momentu oporowego jest iloczyn różnicy wskazań obu siłomierzy i promienia obudowy badanego łożyska.

Zastosowane w konstrukcji urządzenia regulacje położenia elementów realizujących obciążenia łożyska gwarantują prawidłowy pomiar statycznych i dynamicznych momentów oporowych dużego asortymentu wymiarowego badanych łożysk. Ponadto, konstrukcja urządzenia umożliwia stabilne pomiary momentów oporowych przy bardzo różnych wartościach obciążeń i w bardzo szerokim zakresie obrotów badanego łożyska. Zapewniają to elektroniczne i pneumatyczne systemy zasilania, sterowania i kontroli, w jakie wyposażone jest urządzenie. Systemy te obejmują sterowanie zespołami napędowymi wrzeciona, zadawanie sił obciążających łożysko, monitorowanie i stabilizowanie parametrów badawczych, a także gromadzenie danych z procesu badawczego, analiza i ocena wyników pomiarów i przygotowywanie raportów z badań.

Systemy sterowania i kontroli umieszczone w szafie sterowniczej obok urządzenia, wyposażonej w pulpit operatorski umożliwiają realizację wszystkich czynności eksploatacyjnych i diagnostycznych stanowiska.

PL214 217B1

Claims (6)

1. Urządzenie do badania statycznych i dynamicznych momentów oporowych w łożyskach tocznych, zwłaszcza mało- i średniogabarytowych, zawierające napęd wrzeciona z płynną regulacją prędkości obrotowej oraz co najmniej jeden zespół obciążenia poprzecznego i wzdłużnego, znamienne tym, że badane łożysko (9) osadzone jest w cienkościennej obudowie (10) a obciążenie poprzeczne jest realizowane przez siłownik (27) umocowany do płyty (26) zespolonej ze stolikiem obciążenia poprzecznego (25) osadzonym suwliwie na prowadnicach (18a) umocowanych do głównej płyty (2), przy czym po drugiej stronie płyty (26) osadzona jest suwliwie na prowadnicach (18b) poprzeczna płyta (28) wyposażona we wspornik (29) współpracujący z siłownikiem (27), a na poprzecznej płycie (28) osadzone są suwliwie na prowadnicach (18c) równolegle do siebie podstawy (30, 31) siłomierzy (32, 33) połączone cięgnami z obudową (10) łożyska (9), natomiast obciążenie wzdłużne łożyska (9) realizowane jest poprzez cięgno (21) połączone z obudową (10), usytuowane w osi łożyska (9) i umocowane drugim końcem do siłomierza (20) umocowanego do górnej części wspornika (19) stolika obciążenia wzdłużnego (17) osadzonego suwliwie w prowadnicach (18) umocowanych do głównej płyty (2), a z dolną częścią wspornika (19) współpracuje siłownik (23) umocowany do spodniej strony głównej płyty (2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że prowadnice (18c), na których umocowane są podstawy (30, 31) siłomierzy (32, 33) obciążenia poprzecznego są usytuowane prostopadle do prowadnic (18b), na których umocowana jest poprzeczna płyta (28).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że siłomierze (32, 33) obciążenia poprzecznego są połączone ze sobą jednym cięgnem (34) opasanym na obudowie (10) łożyska (9).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że napęd wrzeciona (5) jest realizowany przez przekładnię pasową (16) od wolnoobrotowego serwomotoru (13), lub od szybkoobrotowego serwomotoru (12) zespalanych sprzęgłem (14) uruchamianym dźwignią (15).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że do górnej części wspornika (19) stolika obciążenia wzdłużnego (17) umocowana jest obudowa (24), w której osadzone są koła zębate (22, 22a) tworzące przekładnię, przy czym z jednym z kół (22) jest zespolony siłomierz (20) obciążenia wzdłużnego, a drugie koło zębate (22a) wyposażone jest w pokrętło (22b).

6. Sposób pomiaru momentu oporowego w łożyskach tocznych pod obciążeniem poprzecznym, znamienny tym, że łożysko (9) obciąża się poprzecznie, korzystnie za pomocą siłownika (27), a siłę mierzy się przy użyciu dwóch siłomierzy (32, 33) połączonych z obudową (10) łożyska (9) tak, aby kierunki działania sił, mierzonych przez wspomniane siłomierze, były równoległe do siebie i styczne do obudowy (10), przy czym wartości sił (L, l_₂) i prędkości obrotowej (ω) mierzy się i rejestruje w sposób ciągły, a wartość chwilową momentu oporowego M_o stanowi iloczyn różnicy sił (L, l_₂), wskazywanych przez siłomierze (32, 33) i promienia (R) obudowy (10) łożyska (9).