PL240422B1 - Urządzenie do badania momentów oporowych w łożyskach stożkowych - Google Patents

Description

PL 240 422 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania momentów oporowych w łożyskach tocznych stożkowych.

Biorąc pod uwagę powszechność stosowania łożysk tocznych w motoryzacji, obrabiarkach, urządzeniach transportowych, maszynach rolniczych, czy w sprzęcie gospodarstwa domowego, producenci łożysk dążą stale do minimalizacji oporów tarcia w łożyskach, co jest działaniem w kierunku zmniejszenia zużycia energii potrzebnej do napędu ułożyskowanych elementów obrotowych w różnego rodzaju maszynach, urządzeniach i pojazdach.

Możliwość precyzyjnego pomiaru momentów oporowych występujących w łożyskach tocznych, a także znajomość zależności ich wartości od warunków w jakich łożyska te pracują, w tym od takich czynników jak: obroty i obciążenia umożliwia projektantom maszyn i urządzeń optymalny dobór łożysk w określonych węzłach konstrukcyjnych, zaś producentom łożysk pozwala na ocenę ich jakości i wybór trafnych kierunków udoskonalania ich konstrukcji.

Znane urządzenia stosowane do pomiaru momentów oporowych w łożyskach tocznych są zbudowane z zespołów odpowiedzialnych za realizację określonych funkcji niezbędnych do wykonania pomiarów i prowadzenia badań łożysk. Należą do nich takie zespoły jak: głowica badawcza, napęd łożyska, zespoły obciążeń, zespół pomiaru i obróbki danych pomiarowych, system sterowania i monitoringu oraz korpus lub szkielet spinający w/w zespoły w całość.

Z polskiego opisu patentowego nr 214217 znany jest sposób pomiaru statycznych i dynamicznych momentów oporowych w łożyskach tocznych zwłaszcza mało i średniogabarytowych. Badane łożysko jest osadzane pierścieniem wewnętrznym na cylindrycznym wałku obracanym przez precyzyjne wrzeciono, a pierścień zewnętrzny poprzez nałożoną na niego cienkościenną obudowę jest obciążany siłami wzdłużną i poprzeczną za pomocą elastycznych cięgien współpracujących z modułami obciążeń i siłomierzami kontrolującymi wartości sił obciążających. Uruchomienie napędu wrzeciona i tym samym obracanie się pierścienia wewnętrznego powoduje, że opory tarcia występujące w obciążonym łożysku wywołują moment sił usiłujących spowodować obrót pierścienia zewnętrznego wraz z obudową, co uwidacznia się w różnicy wskazań siłomierzy mierzących obciążenie poprzeczne.

Zasada pomiaru momentu oporowego w łożysku polega na mierzeniu i rejestrowaniu różnic wskazań siłomierzy w różnych fazach obrotu pierścienia wewnętrznego, a miarą momentu oporowego jest iloczyn różnicy wskazań siłomierzy i połowy średnicy obudowy badanego łożyska.

Jednak ten sposób pomiaru momentu oporowego nie może znaleźć zastosowania dla łożysk ze swobodnie oddzielanym od łożyska pierścieniem zewnętrznym takich jak na przykład łożyska stożkowe, gdyż dla takich łożysk obciążenia za pomocą elastycznych cięgien mogą powodować przekaszanie pierścieni łożyskowych względem siebie. Ponadto obciążenia za pomocą cięgien nie mogą być zastosowane dla szerokiego zakresu wymiarowego łożysk, a w szczególności dla łożysk o większych wymiarach gabarytowych, dla których cięgna nie byłyby w stanie zapewnić często bardzo dużych wartości obciążeń.

Urządzenie do badania momentów oporowych w łożyskach stożkowych zawierające napęd wrzeciona z płynną regulacją prędkości obrotowej oraz zespół obciążenia osiowego, charakteryzuje się tym, że zbudowane jest z pionowej tulei z kołnierzem do osadzenia testowanego łożyska jego pierścieniem wewnętrznym, posadowionej płaską, spodnią stroną kołnierza na poziomej płycie blatu stolika pomiarowego, którego podstawa jest ustalona wkładką i zamocowana centralnie na powierzchni stołu obrotowego łożyskowanego aerostatycznie, umocowanego pośrodku poziomej płyty pomiarowej. Do podstawy stolika pomiarowego jest przykręcona promieniowo listwa, która dotyka końcówkę pomiarową siłomierza osadzonego w zespole pomiarowym umożliwiającym kontakt końcówki pomiarowej siłomierza z listwą, wywierającą nacisk na siłomierz, posadowionym obok stołu obrotowego na płycie pomiarowej, przy czym płyta pomiarowa jest osadzona przesuwnie na czterech pionowych kolumnach za pośrednictwem łożysk kulkowych liniowych, przesuwających się wzdłuż kolumn. Na kolumnach zespolonych w konstrukcję nośną z poziomą płytą dolną oraz z płytą pośrednią zespoloną powyżej płyty dolnej i płytą górną zespoloną z kolumnami na ich górnych końcach jest umocowana, powyżej płyty pomiarowej, przesuwna klatka zbudowana z poziomych, równoległych do siebie, płyty wierzchniej i płyty spodniej zespolonych korzystnie trzema słupkami dystansowymi i osadzonych w swoich narożach na rurach prowadzonych na kolumnach za pośrednictwem par łożysk kulkowych liniowych. Płyta wierzchnia jest zespolona u góry za pośrednictwem belki z tłoczyskiem siłownika zamocowanego pionowo na płycie górnej, a na płycie spodniej jest zainstalowany napęd obrotowy wrzeciona umocowanego pionowo

PL 240 422 B1 w płycie spodniej, z którego końcówką wałka skierowanego w dół jest połączony, poprzez sprzęgło, cylindryczny element o kształcie odwróconego kubka nasunięty od góry na pierścień zewnętrzny testowanego łożyska. Wrzeciono jest napędzane poprzez przekładnię pasową od serwomotora zawieszonego na osadzonym obrotowo w płytach wsporniku zapewniającym szeroki zakres możliwości dopasowania położenia serwomotora względem wrzeciona, a odpowiednie napięcie paska przekładni zapewnia napinacz umocowany w klatce do jednej z rur prowadzonych na kolumnach.

Korzystnie, pośrodku nieruchomej płyty pośredniej jest zamocowany siłomierz, z którego końcówką pomiarową współpracuje kulka oparta od góry na wkładce ustalonej razem z kulką w trzpieniu, zamocowanym na spodniej powierzchni przesuwnej płyty pomiarowej.

Korzystnie, w płaskim spodnim czole kołnierza tulei jest ustalony, wystający nad czoło, kołek bazujący wsunięty w jeden z otworów w blacie stolika pomiarowego, korzystnie odpowiedni swoim położeniem dla określonej wielkości wymiarowej wymiennej tulei.

Korzystnie, na obwodzie górnej powierzchni kołnierza tulei jest obniżenie, z osadzonym w nim luźno pierścieniem, który korzystnie wystaje poza średnicę kołnierza tulei.

Korzystnie, wokół blatu stolika pomiarowego są rozmieszczone mimośrodowe elementy przeznaczone do centrowania blatu i elementy przeznaczone do poziomowania blatu.

Korzystnie, osie symetrii siłownika, wrzeciona testowanego łożyska, stolika pomiarowego z blatem, stołu obrotowego, trzpienia z kulką i siłomierza znajdują się w jednej pionowej linii, jednakowo oddalonej od wszystkich czterech kolumn.

Korzystnie, w dolną płytę konstrukcji nośnej wkręcone są od spodu regulowane stopki antywibracyjne.

Podczas testu stół obrotowy łożyskowany aerostatycznie o dużej nośności przewyższającej wywierane na niego obciążenia, ma za zadanie nie stawiania oporu pierścieniowi wewnętrznemu łożyska związanego ze stołem obrotowym poprzez stolik pomiarowy, umożliwiając tym samym bezstratny pomiar momentu oporowego generowanego przez łożysko obciążone osiowo siłą odpowiednią do warunków badań i zmuszane do obrotu za pośrednictwem pierścienia zewnętrznego napędzanego z wymaganą - stosownie do warunków badań - prędkością obrotową.

Dla umożliwienia pomiaru wartości siły obciążającej osiowo testowane łożysko, na spodzie płyty pomiarowej jest zamocowany trzpień z kulką i płytką oporową przenoszący obciążenie wywierane przez płytę na siłomierz umocowany pod trzpieniem na nieruchomej płycie pośredniej. Siła oddziaływująca na testowane łożysko równa się wskazaniom siłomierza pomniejszonym o ciężar płyty pomiarowej z umocowanym na niej oprzyrządowaniem pomiarowym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z przodu, a fig. 2 przekrój A-A zaznaczony na fig. 1.

Smukła, sztywna konstrukcja nośna 1 jest zbudowana z czterech cylindrycznych kolumn 2 umocowanych pionowo w poziomej płycie dolnej 3 posadowionej na stopkach antywibracyjnych 4 oraz z zespolonej z kolumnami 2 bezpośrednio nad płytą dolną 3, płyty pośredniej 5 i z płyty górnej 6 zespolonej z kolumnami 2 na górnych ich końcach.

Płyta górna 6 jest platformą mocującą pionowo siłownik pneumatyczny 7 wraz tłoczyskiem 7a skierowanym w dół. Końcówka tłoczyska 7a jest zespolona ze sztywną belką 8, przykręconą od góry do zespołu przesuwnej klatki 9, którą tworzą dwie równoległe do siebie płyty tj. płyta wierzchnia 9a i płyta spodnia 9b zespolone, korzystnie trzema słupkami dystansowymi 9c i osadzone w swoich narożach na rurach 10 prowadzonych na kolumnach 2, za pośrednictwem czterech par precyzyjnych kulkowych łożysk liniowych 11.

Pośrodku płyty spodniej 9b, w osi siłownika 7 jest umocowane pionowo wrzeciono 12 z wałkiem 12a skierowanym w dół. Z boku wrzeciona 12 znajduje się serwomotor 13 zawieszony na osadzonym obrotowo w płytach 9a, 9b wsporniku 14 zapewniającym szeroki zakres możliwości dopasowania położenia serwomotora 13 względem wrzeciona 12. Napęd wrzeciona 12 jest realizowany z płynną regulacją obrotów od serwomotora 13 za pośrednictwem przekładni pasowej 15, której paskowi właściwe napięcie zapewnia napinacz 16 umocowany na jednej z rur prowadzących 10. Klatka 9 z wrzecionem 12 i napędem tego wrzeciona pełni rolę kompletnego - przesuwnego pionowo - zespołu napędowego oraz rolę pośredniego zespołu przenoszącego w kierunku pionowo w dół, obciążenie generowane przez siłownik 7 dzięki zespoleniu końcówki jego tłoczyska 7a z klatką 9 poprzez belkę 8.

Poniżej klatki 9, nad płytą pośrednią 5 znajduje się pozioma płyta pomiarowa 17 osadzona w narożach na obudowach czterech precyzyjnych kulkowych łożysk liniowych 18 prowadzonych na kolumnach 2, co zapewnia płycie 17 możliwość płynnego przesuwania się w kierunku góra-dół.

Claims (7)

1. PL 240 422 B1

   Na płycie pomiarowej 17, pośrodku, w osi wrzeciona 12 jest zamocowany precyzyjny stół obrotowy 19 łożyskowany aerostatycznie, a na jego powierzchni jest ustalona wkładką 20b i zamocowana centralnie podstawa zespołu stolika pomiarowego 20 z płaskim blatem 20a na górze i z rozmieszczonymi wokół blatu 20a elementami mimośrodowymi 21 do jego centrowania oraz z elementami 22 do jego poziomowania.

   Na powierzchni blatu 20a stolika pomiarowego 20 jest posadowiony i ustalony centralnie zestaw badawczy wymienny na każdy typ testowanego łożyska. Głównym elementem zestawu badawczego jest testowane łożysko 23 osadzone otworem, do oporu, na tulei 24 posiadającej na dole kołnierz z płaskim czołem i obniżeniem na obwodzie górnej powierzchni kołnierza, w którym to obniżeniu jest osadzony luźno płaski pierścień 24a wystający poza średnicę kołnierza tulei 24, umożliwiający łatwy demontaż łożyska 23 z tulei 24. W płaskim czole kołnierza tulei 24 jest ustalony - wystający ponad czoło - cylindryczny kołek bazujący 24b, który jest wpuszczony w jeden z otworów w blacie 20a, korzystnie odpowiedni swoim położeniem dla danej wielkości wymiarowej wymiennej tulei 24.

   Górny element zestawu badawczego ma kształt odwróconego cylindrycznego kubka 25 z płaskim dnem, który jest wsunięty od góry do oporu na pierścień zewnętrzny łożyska 23. Obracanie się kubka 25 zapewnia jego rozłączne zespolenie z końcówką wałka 12a wrzeciona 12 za pośrednictwem sprzęgła 26, w którym twarda wkładka oporowa 26b umożliwia przenoszenie siły osiowej z góry na testowane łożysko 23.

   Do podstawy stolika pomiarowego 20 jest przykręcona promieniowo listwa 27, a na płycie pomiarowej 17 obok stołu obrotowego 19 łożyskowanego aerostatycznie jest posadowiony i umocowany zespół pomiarowy 28 momentu oporowego z siłomierzem 29 osadzonym w zespole pomiarowym 28 w pozycji umożliwiającej kontakt końcówki pomiarowej siłomierza 29 z listwą 27.

   Nacisk listwy 27 na siłomierz 29 jest wprost proporcjonalny do oporu jaki stawia testowane łożysko 23 obciążone siłą osiową skierowaną pionowo w dół pochodzącą od tłoczyska 7a siłownika 7 i zmuszane do obrotu przez wrzeciono 12 napędzające kubek 25 połączony poprzez sprzęgło 26 z końcówką wałka 12a wrzeciona 12. Miarą momentu oporowego łożyska 23 jest iloczyn wartości siły wywieranej na siłomierz 29 przez listwę 27 i ramienia, które określa odległość od punktu styku siłomierza 29 z listwą 27 do osi stołu obrotowego 19 łożyskowanego aerostatycznie.

   Korzystnie, wysoka nośność stołu obrotowego 19 umożliwia bezstratny pomiar momentu oporowego łożyska 23, gdyż siła nacisku listwy 27 na siłomierz 29 pochodzi niemal wyłącznie od oporów tarcia między elementami wewnątrz łożyska 23 obracającymi się pod obciążeniem osiowym, a opory zewnętrzne pochodzące od elementów ustalających pierścień wewnętrzny łożyska 23 i utrudniające jego obrót są pomijalnie małe.

   Pośrodku płyty pomiarowej 17 - na jej spodniej stronie - jest umocowany trzpień 30 z kulką 30a i twardą wkładką 30b, który od góry naciska na siłomierz b zamocowany na nieruchomej płycie pośredniej 5. W czasie testu siłomierz 31 mierzy całkowitą siłę nacisku wywieranego przez płytę pomiarową 17. Siła ta pomniejszona o ciężar płyty 17 z zamocowanym na niej oprzyrządowaniem pomiarowym jest miarą nacisku osiowego wywieranego na testowane łożysko 23.

   Urządzenie do badania momentów oporowych w łożyskach, poza konstrukcją mechaniczną, jest wyposażone w systemy zasilania, sterowania i kontroli oraz odpowiednie oprogramowanie badawcze. Pozwala to na wykonywanie stabilnych pomiarów przy płynnej zmianie warunków badań, monitorowanie i stabilizowanie parametrów badawczych, a także gromadzenie danych z procesu badawczego, analizę i ocenę wyników pomiarów i przygotowywanie raportów z badań. Systemy zasilania, sterowania i kontroli są zlokalizowane w szafie sterowniczej wyposażonej w pulpit operatorski umożliwiający wykonywanie wszystkich czynności eksploatacyjnych i diagnostycznych urządzenia.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do badania momentów oporowych w łożyskach stożkowych zawierające napęd wrzeciona z płynną regulacją prędkości obrotowej oraz zespół obciążenia osiowego, znamienne tym, że zbudowane jest z pionowej tulei (24) z kołnierzem do osadzenia testowanego łożyska (23) jego pierścieniem wewnętrznym, posadowionej płaską, spodnią stroną kołnierza na poziomej płycie blatu (20a) stolika pomiarowego (20), którego podstawa jest ustalona wkładką (20b) i zamocowana centralnie na powierzchni stołu obrotowego (19) łożyskowanego

   PL 240 422 B1 aerostatycznie, umocowanego pośrodku poziomej płyty pomiarowej (17), a do podstawy stolika pomiarowego (20) jest przykręcona promieniowo listwa (27), która dotyka końcówkę pomiarową siłomierza (29) osadzonego w zespole pomiarowym (28) umożliwiającym kontakt końcówki pomiarowej siłomierza (29) z listwą (27), wywierającą nacisk na siłomierz (29), przymocowanym obok stołu obrotowego (19) na płycie pomiarowej (17), przy czym płyta pomiarowa (17) jest osadzona przesuwnie na czterech pionowych kolumnach (2) za pośrednictwem łożysk kulkowych liniowych (18), przesuwających się wzdłuż kolumn (2), a na kolumnach (2) zespolonych w konstrukcję nośną (1) z poziomą płytą dolną (3) oraz z płytą pośrednią (5) zespoloną powyżej płyty dolnej (3) i płytą górną (6) zespoloną z kolumnami (2) na ich górnych końcach jest umocowana, powyżej płyty pomiarowej (17), przesuwna klatka (9) zbudowana z poziomych, równoległych do siebie, płyty wierzchniej (9a) i płyty spodniej (9b), zespolonych korzystnie trzema słupkami dystansowymi (9c) i osadzonych w swoich narożach na rurach (10) prowadzonych na kolumnach (2) za pośrednictwem par łożysk kulkowych liniowych (11), przy czym płyta wierzchnia (9a) jest zespolona u góry za pośrednictwem belki (8) z tłoczyskiem (7a) siłownika (7) zamocowanego pionowo na płycie górnej (6), a na płycie spodniej (9b) jest zainstalowany zespół napędu wrzeciona (12), umocowanego pionowo w płycie spodniej (9b), z którego końcówką wałka (12a) skierowanego w dół jest połączony, poprzez sprzęgło (26), cylindryczny element (25) o kształcie odwróconego kubka, nasunięty od góry na pierścień zewnętrzny testowanego łożyska (23), przy czym wrzeciono (12) jest napędzane poprzez przekładnię pasową (15) od serwomotora (13) zawieszonego na osadzonym obrotowo w płytach (9a, 9b) wsporniku (14) zapewniającym szeroki zakres możliwości dopasowania położenia serwomotora (13) względem wrzeciona (12), a odpowiednie napięcie paska przekładni (15) zapewnia napinacz (16) umocowany w klatce (9) do jednej z rur (10) prowadzonych na kolumnach (2).
2. 2. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że pośrodku nieruchomej płyty pośredniej (5) jest zamocowany siłomierz (31), z którego końcówką pomiarową współpracuje kulka (30a) oparta od góry na wkładce (30b) ustalonej razem z kulką (30a) w trzpieniu (30), zamocowanym na spodniej powierzchni przesuwnej płyty pomiarowej (17).
3. 3. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że w płaskim spodnim czole kołnierza tulei (24) jest ustalony, wystający nad czoło, kołek bazujący (24b) wsunięty w jeden z otworów w blacie (20a) stolika pomiarowego (20), korzystnie odpowiedni swoim położeniem dla określonej wielkości wymiarowej wymiennej tulei (24).
4. 4. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że na obwodzie górnej powierzchni kołnierza tulei (24) jest obniżenie, z osadzonym w nim luźno pierścieniem (24a), który korzystnie wystaje poza średnicę kołnierza tulei (24).
5. 5. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że wokół blatu (20a) stolika pomiarowego (20) są rozmieszczone mimośrodowe elementy (21) przeznaczone do centrowania blatu (20a) i elementy (22) przeznaczone do poziomowania blatu (20a).
6. 6. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że osie symetrii siłownika (7), wrzeciona (12), testowanego łożyska (23), stolika pomiarowego (20) z blatem (20a), stołu obrotowego (19), trzpienia (30) z kulką (30a) i siłomierza (31) znajdują się w jednej pionowej linii jednakowo oddalonej od wszystkich czterech kolumn (2).
7. 7. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że w płytę dolną (3) konstrukcji nośnej (1) są wkręcone od spodu regulowane stopki antywibracyjne (4).