устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью

Формула изобретения

Устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью, содержащее установленные на корпусе шкивы с ремнем, упругие чувствительные элементы с тензодатчиками и регистрирующее приспособление, вычислительный блок, выход которого связан с регистрирующим приспособлением, отличающееся тем, что ведущий шкив связан с балансирно установленным на кронштейне электродвигателем, с закрепленным упором, который имеет возможность взаимодействовать с упругим чувствительным элементом и индикатором часового типа, механизм измерения натяжения ремня выполнен в виде связанных между собой посредством динамометра основания и ползуна, последний имеет возможность продольного перемещения посредством винтовой передачи в направляющих основания, на котором установлено нагрузочное устройство, выполненное как магнитный порошковый тормоз, при этом на нем закреплен рычаг, который взаимодействует с соответствующим упругим чувствительным элементом, а вал нагрузочного устройства сочленен с валом ведомого шкива, при этом основание имеет возможность стопориться винтом, дополнительно установлена с возможностью перемещения вдоль ремня стойка с пазом, в котором установлены с возможностью перемещения в поперечном направлении один или два натяжных шкива, и на стойке размещен угломер, а на торцевых частях шкивов расположены коллекторы контактных устройств для снятия сигнала счетчиками оборотов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам передачи с гибкой связью для определения натяжения гибкого органа (ремня) в зависимости от угла обхвата шкива.

Известно устройство для определения натяжения в ветвях ременной передачи (см. пат. RU №2239805, G01L 5/04, G01L 5/06, бюл. №31 (II ч.), 2004 г.), содержащее динамометрический рычаг с захватом ремня, выполненным в виде вилки, и индикатор часового типа, захват снабжен упором, установленным по оси динамометрического рычага со стороны, противоположной рычагу, на упоре в углублении установлен контактный индикатор, устройство имеет съемную опору с полками, имитирующими опорную поверхность шкивов ременной передачи, опорную площадку для упора и цилиндрическое окно, включающее два одинаковых по размерам круговых участка и два прямолинейных участка, причем диаметр круговых участков равен диаметру посадочной поверхности захвата, а длина прямолинейных участков равна одному шагу зубьев ременной передачи, съемная опора выполнена в виде пластины с отгибными лапками, имеющими отверстия для крепления на корпусе двигателя, съемная опора выполнена в виде Т-образного профиля, а контактный индикатор состоит из штока, пружины и прижимной гайки.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются - индикатор часового типа, имитация опорной поверхности шкивов ременной передачи (в заявляемом - шкивы), ремень.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, является неудобство в эксплуатации и при использовании в лабораторных условиях.

Известно устройство контроля натяжения ремня привода (см. пат. RU №2249191, G01L 5/10, бюл. №9 (IV ч.), 2005 г.), содержащее механизм измерения натяжения ремня и механизм индикации натяжения ремня, механизм измерения натяжения ремня выполнен в виде одного витка ферромагнитного шнура внутри ремня и индукционной катушки, обращенной торцевой частью к боковой стороне ремня, а механизм индикации натяжения ремня выполнен в виде частотомера и блока индикаций.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются - механизм измерения натяжения ремня и механизм индикации, который выполнен в виде частотомера и блока индикации.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются неудобство в эксплуатации при использовании в лабораторных условиях, отсутствие возможности изменять угол обхвата шкива.

В качестве прототипа выбрано устройство для определения натяжения и коэффициента тангенциального сопротивления нити (см. пат. SU №1760404, G 01 L 5/10, G01L 5/04, бюл. №33, 1992 г.), содержащее закрепленные в корпусе нитепроводники, тело трения, упругий чувствительный элемент с тензодатчиком и регистрирующее приспособление, а с целью повышения точности. измерения в него введены вычислительный блок и поворотное приспособление с двухпозиционным переключателем, связанным своими выходами с соответствующими входами вычислительного блока, выход которого связан с регистрирующим приспособлением, при этом нитепроводники размещены в вершинах при основании равнобедренного треугольника, а тело трения находится в вершине, образованной равными сторонами треугольника, и выполнено в виде цилиндрической насадки, связанной с упругим чувствительным элементом, закрепленным посредством поворотного приспособления на задней стенке корпуса с возможностью поворота вокруг продольной оси на угол 90°, при этом двухпозиционный переключатель выполнен с возможностью контакта с тензодатчиком.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются - корпус, тело трения (в заявляемом - шкивы), упругий чувствительный элемент (в заявляемом) с тензодатчиком, регистрирующее приспособление, вычислительный блок, выход которого связан с регистрирующим приспособлением.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются - неудобство в эксплуатации при использовании в лабораторных условиях, нет возможности определять коэффициент проскальзывания в зависимости от момента нагрузки частоты вращения для различных материалов и усилий натяжения ремня, а так же коэффициент полезного действия в зависимости от момента нагрузки, частоты вращения для различных материалов и усилий натяжения ремня, нет возможности изменять угол обхвата шкивов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для определения характеристик передачи с гибкой связью (ременной передачи), а именно коэффициента проскальзывания и коэффициента полезного действия в зависимости от момента нагрузки и частоты вращения, а так же их изменение при изменении угла обхвата шкивов и усилий натяжения ремня для различных материалов.

Технический результат заключается в том, что ведущий шкив связан с балансирно установленным на кронштейне электродвигателем, с закрепленным упором, который имеет возможность взаимодействовать с упругим чувствительным элементом и индикатором часового типа, механизм измерения натяжения ремня, выполнен в виде связанных между собой посредством динамометра основания и ползуна, последний имеет возможность продольного перемещения посредством винтовой передачи в направляющих основания, на котором установлено нагрузочное устройство, выполненное как магнитный порошковый тормоз, при этом на нем закреплен рычаг, который взаимодействует с соответствующим упругим чувствительным элементом, а вал нагрузочного устройства сочленен с валом ведомого шкива, при этом основание имеет возможность стопориться винтом, дополнительно установлена с возможностью перемещения вдоль ремня стойка с пазом, в котором установлены с возможностью перемещения в поперечном направлении один или два натяжных шкива, и на стойке размещен угломер, а на торцевых частях шкивов расположены коллекторы контактных устройств для снятия сигнала счетчиками оборотов.

Для достижения технического результата устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью содержит установленные на корпусе шкивы с ремнем, упругие чувствительные элементы с тензодатчиками и регистрирующее приспособление, вычислительный блок, выход которого связан с регистрирующим приспособлением, ведущий шкив связан с балансирно установленным на кронштейне электродвигателем, с закрепленным упором, который имеет возможность взаимодействовать с упругим чувствительным элементом и индикатором часового типа, механизм измерения натяжения ремня выполнен в виде связанных между собой посредством динамометра основания и ползуна, последний имеет возможность продольного перемещения посредством винтовой передачи в направляющих основания, на котором установлено нагрузочное устройство, выполненное как магнитный порошковый тормоз, при этом на нем закреплен рычаг, который взаимодействует с соответствующим упругим чувствительным элементом, а вал нагрузочного устройства сочленен с валом ведомого шкива, при этом основание имеет возможность стопориться винтом, дополнительно установлена с возможностью перемещения вдоль ремня стойка с пазом, в котором установлены с возможностью перемещения в поперечном направлении один или два натяжных шкива, и на стойке размещен угломер, а на торцевых частях шкивов расположены коллекторы контактных устройств для снятия сигнала счетчиками оборотов.

Это позволяет экспериментально определять следующие характеристики передачи с гибкой связью: коэффициент проскальзывания в зависимости от момента нагрузки частоты вращения для различных материалов и усилий натяжения ремня; коэффициент полезного действия в зависимости от момента нагрузки, частоты вращения для различных материалов и усилий натяжения ремня при различных углах обхвата шкивов.

Предлагаемое устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью содержит установленные на корпусе 1 ведущий шкив 2, ведомый шкив 3 с ремнем 4, упругие чувствительные элементы 5 с тензодатчиками 6 и регистрирующее приспособление 7, вычислительный блок 8, выход которого связан с регистрирующим приспособлением 7, ведущий шкив 2 связан с балансирно установленным на кронштейне 9 электродвигателем 10, на нем закреплен упор 11, который имеет возможность взаимодействовать с упругим чувствительным элементом 5 и индикатором часового типа 12, механизм измерения натяжения ремня 4 выполнен в виде связанных между собой посредством динамометра 13 основания 14 и ползуна 15, последний имеет возможность продольного перемещения посредством винтовой передачи 16 в направляющих основания 14, на котором установлено нагрузочное устройство 17, выполненное, как магнитный порошковый тормоз, при этом на нем закреплен рычаг 18, который взаимодействует с упругим чувствительным элементом 5, а вал нагрузочного устройства 17 сочленен с валом ведомого шкива 3, при этом основание 14 имеет возможность стопориться винтом 19, дополнительно установлена с возможностью перемещения вдоль ремня 4 стойка 20 с пазом, в котором установлены с возможностью перемещения в поперечном направлении один или два натяжных шкива 21, и на стойке 20 размещен угломер 22, а на торцевых частях шкивов 2, 3 расположены коллекторы контактных устройств 23 для снятия сигнала счетчиками оборотов 24.

Устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью поясняется чертежом, на котором изображен общий вид заявляемого устройства.

Работа устройства основана на возникновении механических потерь и разности частот вращения между ведущим и ведомым шкивами при передаче энергии от приводного электродвигателя к нагрузочному устройству ремнем при различных режимах работы электродвигателя и нагрузочного устройства с различными углами обхвата шкивов.

Устройство работает следующим образом. На корпусе 1 с одной стороны установлен на кронштейне 9 балалансирно электродвигатель 10, на валу которого закреплен ведущий шкив 2 с измерительным устройством момента электродвигателя 10, которое состоит из упругого чувствительного элемента 5 (плоской пружины) с тензодатчиком 6 и индикатора часового типа 12. Индикатор часового типа 12 установлен жестко на кронштейне 9, а упор 11, закрепленный на корпусе электродвигателя 10 взаимодействует на упругий чувствительный элемент 5, прогиб которого пропорционален моменту электродвигателя 10.

С другой стороны корпуса 1 в направляющих основания 14 с возможностью продольного перемещения размещен ползун 15 с закрепленным динамометром 13, посредством которого осуществлена связь с основанием 14, к которому крепится нагрузочное устройство 17, вал которого сочленен с валом ведомого шкива 3. Посредством винтовой передачи 16 осуществляется перемещение ползуна 15, закрепленный на нем динамометр 13 связан с основанием 14, при этом создается предварительный натяг ремня 4, который и регистрируется динамометром 13. Винтом 19 производится фиксация основания 14.

На валу нагрузочного устройства 17 со стороны, противоположной ведомому шкиву 3, закреплен рычаг 18, который взаимодействует с измерительным устройством момента нагрузочного устройства (аналогично состоящего из упругого чувствительного элемента 5 и индикатора часового типа 12). Рычаг 18 воздействует на упругий чувствительный элемент 5 измерительного устройства, прогиб которого пропорционален тормозному моменту, а величина его деформации измеряется индикатором часового типа 12.

На упругих чувствительных элементах 5 наклеены тензодатчики 6, которые дают возможность зафиксировать моменты электродвигателя 10 и нагрузочного устройства 17 шлейфовым осциллографом посредством регистрирующего приспособления 7 и вычислительного блока 8, выход которого связан с регистрирующим приспособлением 7 (не показано).

Дополнительно установленная с возможностью перемещения вдоль ремня 4 стойка 20 с пазом, в котором установлены с возможностью перемещения один или два натяжных шкива 21 в поперечном направлении и закрепленным на стойке 20 угломером 22.

На торцевых частях ведущего 2 и ведомого 3 шкивов расположены коллекторы контактных устройств 23. Сигнал, снимаемый с них, позволяет зафиксировать с помощью счетчиков оборотов 24 количество оборотов ведомого 2 и ведущего 3 шкивов.

Необходимый диапазон регулирования частоты вращения (300-500 об/мин) электродвигателя 10 и ток возбуждения нагрузочного устройства 17 можно изменять, например переменным резистором вычислительного блока 8 (не показано).

Нагрузочное устройство 17 представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел (не показано). В качестве намагниченной среды в конструкции можно, например, применить жидкую смесь минерального масла и железного порошка. Намагниченность смеси изменяется в зависимости от тока в обмотке электромагнита.

Перед началом работы должна быть проведена тарировка измерительных устройств, регистрирующих величину момента на валу электродвигателя 10 и нагрузочного устройства 17. Для тарировки измерительного устройства момента электродвигателя можно, например, использовать тарировочное приспособление, выполненное как рычаг со шкалой, которое крепится к балансирной системе электродвигателя 10 или нагрузочного устройства 17 и два груза (не показано). Груз на тарировочном приспособлении устанавливается на нулевую отметку, стрелка индикатора часового типа 12 устанавливается на нуль. Передвигая груз по рычагу на последующие деления, фиксируются показания по шкале индикатора для каждого положения груза. Таким образом, определяется цена деления индикатора, как среднее значение для нескольких замеров. После снятия тарировочного приспособления стрелки индикаторов необходимо установить на нули.

При необходимости фиксирования моментов на осциллографе его вход подключается через тензометрический усилитель к тензорезисторам вычислительного блока (не показано).

Устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью позволяет определять следующие показатели ее тяговой способности.

1. Определение к.п.д. передачи в зависимости от величины момента нагрузки, к.п.д. от передаточного числа и к.п.д. в зависимости от величины предварительного натяга ремня.

Определение к.п.д. передачи в зависимости от величины момента нагрузки производится при постоянной скорости вращения, и постоянном предварительном натяжении ремня 4, которое осуществляется посредством винтовой передачи 16 и регистрируется закрепленным на ползуне 15 и связанным с основанием 14 динамометром 13.

При заданной величине натяжения ремня 4 ползун 16 стопорится винтом 19. Включается электродвигатель 10 и, при постоянной скорости вращения, нагрузочным устройством 17 задается ряд нагрузок, которые фиксируются по индикатору часового типа 12 измерительного устройства. Одновременно для каждого значения нагрузки определяется момент на валу ведущего 2 шкива с помощью индикатора часового типа 12. Коэффициент полезного действия определяется по формуле:

где - коэффициент полезного действия передачи;

М ₂ - момент на ведомом шкиве, Н м; M₁ - момент на ведущем шкиве, Н м; n₂ - частота вращения ведомого шкива, об/мин; n₁ - частота вращения ведущего шкива, об/мин.

Частоты вращения шкивов 2, 3 определяются по показаниям счетчиков оборотов 24 за фиксированные промежутки времени, измеряемые секундомером (формулы 2 и З):

где n₁ - частота вращения ведущего шкива, об/мин; N₁ - количество импульсов по счетчику ведущего шкива; t - время измерения, мин.

где n₂ - частота вращения ведомого шкива, об/мин; N₂ - количество импульсов по счетчику ведомого шкива; t - время измерения, мин.

Определение производится при постоянной скорости вращения ведущего шкива 2, постоянном натяжении ремня 4 и постоянном моменте нагрузки нагрузочного устройства 17.

Определение передачи в зависимости от усилия натяжения ремня 4 производится при постоянных: скорости вращения ведущего шкива 2 и моменте нагрузки на нем. Усилие натяжения ремня 4 задается посредством винтовой передачи 16 и регистрируется закрепленным на ползуне 15 и связанным с основанием 14 динамометром 13.

Аналогично определяется для вышеперечисленных условий в зависимости от угла обхвата шкивов 2, 3.

2. Определение коэффициента проскальзывания передачи в зависимости от величины момента нагрузки, в зависимости от передаточного числа и в зависимости от усилия натяжения ремня 4 производится в следующем порядке:

При постоянном натяжении ремня 4, постоянной скорости вращения ведущего шкива 2 для различных моментов нагрузки коэффициент проскальзывания определяется по формуле (4):

где Е - коэффициент проскальзывания, %;

D ₁ - диаметр ведомого шкива, м;

D₂ - диаметр ведущего шкива, м;

n₁ - частота вращения ведущего шкива, об/мин (2);

n ₂ - частота вращения ведомого шкива, об/мин (3).

Коэффициент проскальзывания в зависимости от усилия натяжения ремня 4 при постоянной скорости вращения ведущего шкива 2 и постоянном моменте нагрузки на ведомом шкиве 3 определяется по формуле (4).

Аналогично определяется коэффициент проскальзывания для вышеперечисленных условий в зависимости от угла обхвата шкивов 2, 3.

Предлагаемое устройство для определения характеристик передачи с гибкой связью может использоваться при определения характеристик ременной передачи и в учебных целях при выполнении лабораторных работ.