RU2353916C1 - Keyed-and-splined joint test bench - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: keyed-and-splined joint test bench comprises a DC motor, vertical post (1), horizontal drive shaft (2) passed through the top of aforesaid post with one end rigidly linked up with the motor and the other end jointed with vertical lever (3) furnished with holes (4). The latter allows a fixed telescopic and hinged joint of the shaft with the other horizontal shaft (5) arranged below it and hinged to vertical rod (6). The latter is furnished with sleeve (7) provided with slot/slots for connection with horizontal shaft (8) with a slot or splines. The ends of shaft (8) resting upon vertical supports (11) and (12) accommodate hollow weights (9) and (10) that house hammer noses (14) and (16) hinged there inside on different-size suspensions (13, 15) to produce random vibrations and impact effects in the system.

EFFECT: more explicit analysis of tribotechnical characteristics of proposed joint.

3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для проведения триботехнических испытаний в колебательных механических системах на износостойкость деталей подвижных сопряжений.The invention relates to equipment designed for tribological testing in oscillatory mechanical systems for wear resistance of parts of moving joints.

Известны различные колебательные системы, например механический осциллятор (К.Мангус. Колебания. М.: Мир, 1982, рис.84, стр.108) или маятник Фуко (Ч.Китель и др. Механика. М.: Наука, 1975, рис.3.22, стр.105), которые имеют шарнир и качающуюся часть в виде маятника.Various oscillatory systems are known, for example, a mechanical oscillator (K. Mangus. Oscillations. M: Mir, 1982, Fig. 84, p. 108) or the Foucault pendulum (C. Kitel et al. Mechanics. M: Nauka, 1975, fig. .3.22, p. 105), which have a hinge and a swinging part in the form of a pendulum.

Однако недостатком этих механизмов является, с одной стороны, неприспособленность к проведению исследований с позиции трения/изнашивания, а с другой - не имеют случайных возмущающих ударных воздействий.However, the drawback of these mechanisms is, on the one hand, the inability to conduct research from the point of view of friction / wear, and on the other hand, they do not have random perturbing shock effects.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является маятниковое устройство в виде стенда для определения коэффициента трения FIAT-BA3, имеющее вертикальную опору, горизонтальный вал, связанный с ручной приводной рукояткой, маятник и нагрузочную пружину с гайкой, а также плоский образец (Карасик И.И. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира. Серия: международная энциклопедия. Под ред. Вс.Кершенбаума. Центр «Наука и техника». Фирма «Интак» М., 1993. Стр.199).The closest technical solution to the claimed invention is a pendulum device in the form of a stand for determining the friction coefficient FIAT-BA3, having a vertical support, a horizontal shaft associated with a manual drive handle, a pendulum and a load spring with a nut, as well as a flat sample (Karasik I.I. Methods of tribological testing in the national standards of the world. Series: International Encyclopedia. Edited by Vs. Kershenbaum. Center "Science and Technology". Firm "Intak" M., 1993. P.199).

Недостатком такого регулятора является невозможность проведения исследований износостойкости шпоночно-шлицевых соединений со случайными ударными нагрузками при принудительном реверсивном колебательном движении от привода.The disadvantage of such a regulator is the impossibility of carrying out studies of the wear resistance of key-splined joints with random shock loads during forced reverse oscillatory motion from the drive.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании стенда для испытаний шпоночно-шлицевых соединений, с помощью которого дополнительно, кроме типовой оценки коэффициента трения, имеется возможность учета изменений сил и моментов трения, а также износа с учетом воспроизводства сложных эксплуатационных условий.The problem to which the claimed invention is directed is to create a test bench for key-splined joints, with the help of which, in addition to a typical assessment of the coefficient of friction, it is possible to take into account changes in friction forces and moments, as well as wear, taking into account the reproduction of difficult operating conditions.

Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания шпоночно-шлицевых соединений, содержащем маятниковое устройство и вертикальную стойку, через которую в верхней части, перпендикулярно к ней, проходит вал, один конец вала соединен с выходным валом электродвигателя постоянного тока, а другой- с концом вертикального рычага, а маятниковое устройство содержит горизонтальный рычаг, один конец которого шарнирно соединен с вертикальной штангой, нижний конец которой выполнен в виде шпоночно-шлицевого соединения по схеме «втулка-вал», на концах которого размещены пустотелые грузы, внутри которых шарнирно закреплены разные по массе бойки, закрепленные на разновеликих подвесках, при этом вал шпоночно-шлицевого соединения опирается на две вертикальные опоры, свободный конец горизонтального рычага шарнирно и телескопически соединен со свободным концом вертикального рычага.The technical result is achieved by the fact that in the test bench for key-splined joints, containing a pendulum device and a vertical stand, through which a shaft passes in the upper part, perpendicular to it, one end of the shaft is connected to the output shaft of the DC motor, and the other to the end of the vertical lever, and the pendulum device contains a horizontal lever, one end of which is pivotally connected to a vertical rod, the lower end of which is made in the form of a spline-splined connection according to the “sleeve” scheme “shaft”, at the ends of which hollow loads are placed, inside of which are differently massed dies, articulated on different suspension brackets, the spline-splined joint shaft is supported by two vertical supports, the free end of the horizontal lever is pivotally and telescopically connected to the free end of the vertical lever.

Новыми по сравнению с прототипом в заявленном устройстве являются следующие признаки, которые в прототипе не реализуются:New in comparison with the prototype in the claimed device are the following features that are not implemented in the prototype:

- новая комплексная связь между элементами с использованием электрического двигателя;- a new integrated relationship between elements using an electric motor;

- разновеликие бойки с разными массами размещены на разноразмерных шарнирно закрепленных подвесках внутри пустотелых грузов;- different-sized strikers with different masses are placed on different-sized articulated pendants inside hollow loads;

- наличие телескопического крепления на рычаге, обеспечивающее получение различных требуемого угла поворота шпоночно-шлицевого соединения и создаваемых крутящих/вращающих моментов, а также ударных нагрузок, вызывающих вибрацию, что позволяет увеличить число проверяемых триботехнических характеристик сопряжения.- the presence of a telescopic mount on the lever, providing various desired angle of rotation of the key-splined connection and the generated torques / torques, as well as shock loads that cause vibration, which allows to increase the number of tested tribological technical characteristics of the interface.

Перечисленные новые признаки в предлагаемом сочетании дают решение поставленной задачи. Эти признаки характеризуют новизну устройства и по сравнению с прототипом обеспечивают надежность воспроизводства сложных эксплуатационных условий, в которых часто находятся шпоночные и шлицевые соединения, что является следствием следующих факторов:These new features in the proposed combination provide a solution to the problem. These signs characterize the novelty of the device and, in comparison with the prototype, ensure the reliability of reproduction of difficult operating conditions, in which key and splined joints are often located, which is a consequence of the following factors:

- наличие несинхронных ударных нагрузок;- the presence of non-synchronous shock loads;

- наличие разных по силе ударных нагрузок в плоскости, перпендикулярной к расположению шпонки или шлицевого соединения;- the presence of different in strength of shock loads in a plane perpendicular to the location of the dowel or spline connection;

- возможность изменения частоты поворота/покачивания системы за счет введенного в систему электрического двигателя (ЭД) постоянного тока;- the ability to change the frequency of rotation / rocking of the system due to the input of a direct current electric motor (ED) into the system;

- возможность изменения величины вращающего/крутящего момента в шпоночном/шлицевом соединении за счет использования телескопического рычага.- the ability to change the magnitude of the torque / torque in the key / splined connection through the use of a telescopic arm.

Изложенное выше дает основание сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна». Кроме того, заявляемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня развития техники и не может быть легко разработано с использованием общеизвестных методов, методик, способов и приемов конструирования машин и механизмов.The above gives reason to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty." In addition, the inventive device meets the criterion of "inventive step", since it for a specialist does not explicitly follow from the level of development of technology and cannot be easily developed using well-known methods, techniques, methods and techniques for constructing machines and mechanisms.

Заявляемый стенд иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена общая структурная схема; на фиг.2 - схема размещения бойка в левом грузе; на фиг.3 - схема размещения бойка в правом грузе.The inventive stand is illustrated by drawings, where figure 1 presents a General structural diagram; figure 2 - layout of the striker in the left cargo; figure 3 - layout of the striker in the right load.

Предлагаемый стенд для испытания шпоночно-шлицевых соединений (фиг.1) содержит вертикальную стойку 1, через которую в верхней части, перпендикулярно к ней, проходит приводной вал 2, вращаемый электрическим двигателем (ЭД) постоянного тока. Приводной вал 2 жестко соединен с вертикальным рычагом 3, имеющим отверстия 4 для обеспечения возможности его жесткого телескопического соединения с нижней частью того же рычага 3, который имеет шарнирное соединение с другим ниже расположенным горизонтальным рычагом 5, который, в свою очередь, шарнирно соединен с вертикальной штангой 6. Последняя в нижней части имеет втулку 7 с одним или несколькими пазами для соединения через шпонку/шпонки со шлицом/шлицами на горизонтальном валу 8, что и образует шпоночно-шлицевое соединение. На концах вала 8 закреплены пустотелые грузы 9, 10, а сам вал опирается на две вертикальные опоры 11 и 12. Внутри пустотелого груза 9 шарнирно закреплен на подвеске 13 боек 14. Внутри пустотелого груза 10 также на шарнирно закрепленной подвеске 15 закреплен боек 16.The proposed bench for testing spline-splined joints (Fig. 1) contains a vertical strut 1, through which, in the upper part, perpendicular to it, passes a drive shaft 2 rotated by a direct current electric motor (ED). The drive shaft 2 is rigidly connected to a vertical lever 3 having openings 4 to enable its telescopic rigid connection with the lower part of the same lever 3, which is pivotally connected to another lower horizontal lever 5, which, in turn, is pivotally connected to a vertical rod 6. The last in the lower part has a sleeve 7 with one or more grooves for connection via a key / keys with a slot / splines on the horizontal shaft 8, which forms a key-splined connection. Hollow loads 9, 10 are fixed at the ends of the shaft 8, and the shaft itself is supported by two vertical supports 11 and 12. Inside the hollow load 9, it is pivotally mounted on the suspension 13 of the strikers 14. Inside the hollow load 10, the striker 16 is also fixed on the articulated suspension 15.

На фиг.2 пустотелый левый груз 9 имеет внутри шарнирно к нему прикрепленную подвеску 13, заканчивающуюся бойком 14.In figure 2, the hollow left load 9 has inside it pivotally attached to it suspension 13, ending brisk 14.

На фиг.3 пустотелый правый груз 10 имеет внутри шарнирно к нему прикрепленную подвеску 15, заканчивающуюся бойком 16. При этом бойки 14 и 16 - разные по массе, а подвески 13 и 15 - разноразмерные по длине.In Fig. 3, the hollow right-hand load 10 has inside it a hinge 15 attached to it, ending with a striker 16. In this case, the strikers 14 and 16 are different in mass, and the suspensions 13 and 15 are different in length.

Предлагаемый стенд для испытания шпоночно-шлицевых соединений работает следующим образом.The proposed bench for testing key-splined joints works as follows.

Вначале выбирается конкретная схема испытания: со шпонкой/ шпонками или со шлицом/шлицами, что и определяет при сборке конструкцию узла с деталями 7 и 8 (втулка - вал). Далее устанавливаются внутри пустотелых грузов 9 и 10 разновеликие по массе бойки (безразлично в каком порядке) 14 и 16, подвешиваемые на разноразмерных по длине подвесках 13 и 15. Путем включения электродвигателя (ЭД) постоянного тока, который соединен с приводным валом 2, устанавливается требуемое число оборотов. При этом вертикальный рычаг 3 с фиксацией по своему соединению через выбранные отверстия 4 с его нижней частью будет вращаться по окружности, заставляя горизонтальный рычаг 5 попеременно перемещаться вверх и вниз по вертикальной штанге 6, которая в зависимости от места фиксации верхней части вертикального рычага 3 будет наклоняться попеременно то влево, то вправо на определенный угол. Это будет являться реверсированием нагрузки, воздействующей на испытываемое горизонтально расположенное шпоночное/шлицевое соединение. Случайные ударные нагрузки, которые обычно имеют место в подобных соединениях деталей машин и механизмов, будут периодически возникать при ударах бойков 14 и 16 о внутренние поверхности пустотелых грузов 9 и 10.First, a specific test scheme is selected: with a key / dowels or with a slot / slots, which determines the assembly structure with parts 7 and 8 (sleeve-shaft) during assembly. Next, the strikers of different masses are installed inside the hollow loads 9 and 10 (it does not matter in which order) 14 and 16, suspended on suspensions 13 and 15 of different sizes in length. By turning on the direct current electric motor (ED), which is connected to the drive shaft 2, the required speed. In this case, the vertical lever 3 with fixation in its connection through the selected holes 4 with its lower part will rotate around the circle, forcing the horizontal lever 5 to alternately move up and down along the vertical rod 6, which, depending on the place of fixation of the upper part of the vertical lever 3, will tilt alternately left and right by a certain angle. This will be the reversal of the load acting on the tested horizontal key / splined joint. Accidental shock loads, which usually occur in similar joints of machine parts and mechanisms, will periodically occur during impacts of strikers 14 and 16 on the inner surfaces of hollow loads 9 and 10.

После остановки стенда анализируется износостойкость испытанного сопряжения (втулка-вал, фиг.1) с учетом выбранных нагрузок и режимов.After stopping the stand, the wear resistance of the tested interface (sleeve-shaft, figure 1) is analyzed taking into account the selected loads and modes.

Таким образом, расширяется возможность при качательных движениях штанги 6 не только анализировать коэффициент трения, но и учитывать силовые характеристики: нагрузки, момент трения, а также оценивать надежность и износостойкость шпоночно-шлицевых соединений, делать выбор оптимальных пар трения, в том числе и при внесение в сопряжение конкретного типа смазочного материала.Thus, the possibility is expanded during the swinging movements of the rod 6 not only to analyze the friction coefficient, but also to take into account the power characteristics: loads, friction moment, as well as evaluate the reliability and wear resistance of key-splined joints, make the choice of optimal friction pairs, including when making in pairing a particular type of lubricant.

Опытный образец стенда изготовлен и успешно апробирован. Он показал свою надежность в работе, возможность оценивать триботехнические характеристики и моделировать сложные процессы, которые происходят в реальной эксплуатации машин и механизмов, что выгодно отличает данный стенд от прототипа и иных подобных механических колебательных систем. Это достигается широкими возможностями варьирования статических и динамических нагрузок, наложением ударно-вибрационных воздействий, происходящих случайным образом и с разной частотой, а также различными вращающими/крутящими моментами за счет наличия телескопического соединения в одном из рабочих звеньев стенда.The prototype of the stand was made and successfully tested. He showed his reliability in work, the ability to evaluate tribotechnical characteristics and simulate complex processes that occur in the actual operation of machines and mechanisms, which distinguishes this stand from the prototype and other similar mechanical oscillatory systems. This is achieved by the wide possibilities of varying static and dynamic loads, the imposition of shock-vibration effects occurring randomly and at different frequencies, as well as various torques / torques due to the presence of a telescopic connection in one of the working links of the stand.

Claims (1)

Стенд для испытания шпоночно-шлицевых соединений, содержащий маятниковое устройство и вертикальную стойку, через которую в верхней части, перпендикулярно к ней, проходит вал, отличающийся тем, что один конец вала соединен с выходным валом электродвигателя постоянного тока, а другой - с концом вертикального рычага, а маятниковое устройство содержит горизонтальный рычаг, один конец которого шарнирно соединен с вертикальной штангой, нижний конец которой выполнен в виде шпоночно-шлицевого соединения по схеме «втулка-вал», на концах которого размещены пустотелые грузы, внутри которых шарнирно закреплены разные по массе бойки, закрепленные на разновеликих подвесках, при этом вал шпоночно-шлицевого соединения опирается на две вертикальные опоры, свободный конец горизонтального рычага шарнирно и телескопически соединен со свободным концом вертикального рычага. A test bench for key-splined joints, comprising a pendulum device and a vertical stand through which a shaft passes in the upper part, perpendicular to it, characterized in that one end of the shaft is connected to the output shaft of the DC motor and the other to the end of the vertical arm and the pendulum device contains a horizontal lever, one end of which is pivotally connected to a vertical rod, the lower end of which is made in the form of a spline-splined connection according to the “sleeve-shaft” scheme, at the ends of which hollow loads placed within which is pivotally secured at different weight strikers attached to different-sized suspensions, the keyed shaft-spline is supported by two vertical supports, the free end of the horizontal arm pivotally and telescopically connected to the free end of the vertical arm.

Images