УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ШАРНИРА
APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING HINGE STIFFNESS

Область техники
Изобретение относится к измерению жесткости карданных шарниров, которые используют в карданных валах, передающих вращательное движение и крутящий момент в общераспространенных автомобилях, и которые используют для задания определенной угловой разницы между осями вращения валов при передаче крутящего момента.
Предшествующий уровень техники
Важно, чтобы шарниры сохраняли определенный уровень жесткости во время изготовления и последующего срока эксплуатации с точки зрения эффективности и срока службы. Затянутые или ослабленные больше требуемого карданные шарниры приводят к множеству проблем. Проблемы эти следующие:
износ подшипниковых соединений и, как следствие, сокращение срока службы;
создание шума и вибрации;
перегрев соединений;
отсутствие возможности должным образом сбалансировать карданный вал;
коррозия на цапфовых поверхностях карданного шарнира;
попадание посторонних веществ, таких как пыль, вода, снег и т.д., в соединение;
потеря смазки.
Поэтому, важно измерять жесткость шарнира и оценивать, достигнут ли соответствующий уровень жесткости. В предшествующем уровне техники проверку жесткости шарнира осуществляют путем размещения карданного вала на испытательном стенде и выполнения измерений с использованием измерителя крутящего момента. Устройство выполняет измерения жесткости после присоединения устройства к карданному валу и приложения крутящего момента посредством измерителя крутящего момента. С измерителя крутящего момента считывают единственное значение. Каждая линия карданных валов обладает своим собственным диапазоном жесткости соединения. Если измеренное значение, считанное с измерителя крутящего момента, попадает в предварительно заданный диапазон, то жесткость является подходящей. Этот процесс не пригоден для серийного производства, так как требует сравнительно продолжительного времени на проверку. Кроме того, проверка становится сложной, так как оператору необходимо размещать карданный вал на испытательном стенде и снимать показания с измерителя крутящего момента после присоединения устройства. Более того, другим недостатком является высокая стоимость применяемого контрольно-измерительного устройства и необходимая квалификация для выполнения работы.
Поэтому, необходимость в устройстве, предназначенном для недорогой и практичной проверки жесткости шарнира в карданных валах, позволяющим проводить 100% проверку даже во время серийного производства, а также в соответствующем способе, и отсутствие соответствующего решения этой задачи сделало необходимым развитие соответствующей области техники.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к устройству и способу измерения жесткости, которое удовлетворяет всем вышеприведенным требованиям, преодолевает все недостатки и обеспечивает дополнительные преимущества.
Основной задачей устройства и способа измерения жесткости является обеспечение возможности применения изменяющегося и увеличивающегося крутящего момента посредством груза, который может выполнять двунаправленное перемещение на протяженной части, соединенной с карданным шарниром, и измерять уровень жесткости на основе вертикального перемещения шарнира. Портативная конструкция устройства позволяет легко его перемещать в любое требуемое место, а также позволяет выполнять измерения жесткости непосредственно на месте нахождения карданного вала. Оно является недорогим, так как состоит из простых элементов и не требует дополнительного обучения для работы с ним. Поэтому, с ним может легко работать любой персонал. Становится возможным выполнить проверку за короткий промежуток времени, и, следовательно, оно обеспечивает преимущество, заключающееся в сокращении продолжительности проверки во время серийного производства.
Предложенные устройство и способ проверяют изделие в диапазоне от нижнего до верхнего предела. Датчик контроля нижнего предела (датчик отсутствия снижения) используют для проверки минимального заданного значения жесткости шарнира. Ожидается, что при нижнем предельном значении датчик не будет перемещать шарнир своим весом. Датчик контроля верхнего предела (датчик снижения) используют для проверки максимального заданного значения жесткости шарнира. Ожидается, что при верхнем предельном значении датчик переместит шарнир своим весом. С другой стороны, существующие контрольные устройства измеряют одно значение вместо проверки в пределах диапазона. Разработанные устройство и способ позволяют выполнить стопроцентную проверку жесткости шарнира. Таким образом, посредством подвижного датчика, встроенного в датчик контроля жесткости шарнира, может быть установлен требуемый уровень крутящего момента для каждого изделия.
Для решения вышеупомянутых задач предложено устройство для измерения жесткости, размещаемое на вилках карданных валов, которые используют для передачи вращательного движения и крутящего момента, чтобы сделать возможным недорогое, практичное и быстрое измерение уровней жесткости карданных шарниров. Разработанное устройство для измерения жесткости содержит по меньшей мере один корпус, который расположен на соединительной вилке, протяженную часть, которая соединена с корпусом, и по меньшей мере один груз, который входит в контакт с протяженной частью и способен выполнять двунаправленное перемещение по ней. Кроме того, способ измерения жесткости, в котором используют устройство для измерения жесткости, включает в себя следующие этапы:
этап сборки, на котором корпус прикрепляют к концевой соединительной вилке;
этап позиционирования, на котором концевую соединительную вилку поворачивают посредством карданного шарнира в исходное состояние;
этап крепления, на котором груз приводят в исходное положение на протяженной части;
этап сдвига, на котором груз перемещают на протяженной части по направлению к концевой соединительной вилке или от нее;
и этап второго обнаружения, на котором наблюдают момент начала вращения вокруг оси шарнира под действием крутящего момента, приложенного грузом к карданному шарниру.
Структурные и характерные особенности изобретения со всеми его преимуществами станут очевидными из чертежей и подробного описания, приведенного со ссылками на эти чертежи, поэтому оценка должна основываться на этих чертежах и подробном описании. Устройство и способ измерения жесткости шарнира в соответствии с изобретением также пригодны для использования с другими механизмами и системами, в которых имеются аналогичные прикладывания момента и вращательного движения, в дополнение к карданным валам, предназначенным для использования в транспортных средствах.
Краткое описание чертежей
Осуществление изобретения с его дополнительными элементами и преимуществами станет очевидным из чертежей.
На фиг. 1 показан карданный вал, к которому будет присоединено устройство измерения жесткости в соответствии с изобретением, вид в перспективе;
на фиг. 2 – устройство для измерения жесткости в соответствии с изобретением, когда оно соединено с карданным валом, вид в перспективе;
на фиг. 3 – устройство для измерения жесткости в соответствии с изобретением, когда оно соединено с карданным валом, вид спереди;
на фиг. 4 – концевая часть карданного вала, к которому присоединено устройство измерения жесткости в соответствии с изобретением, вид сверху в разрезе;
на фиг. 5 – устройство для измерения жесткости в соответствии с изобретением, когда оно соединено с карданным валом, вид сверху в разрезе;
на фиг. 5.1 – устройство для измерения жесткости в соответствии с изобретением, когда оно не соединено с карданным валом, вид снизу в разрезе;
на фиг. 6 – устройство для измерения жесткости в соответствии с изобретением, двухмерный вид сбоку.
Ссылочные обозначения
10
карданный вал
11'
соединительная вилка
12
карданный шарнир
20
устройство измерения жесткости
21
корпус
22
протяженная часть
23
груз
24
соединитель
25
направляющая движения
k, k'
ось шарнира
A
способ измерения жесткости
B
сборка
C
позиционирование
D1
первое обнаружение
E
крепление
F
сдвиг
D2
второе обнаружение
Варианты осуществления изобретения
Устройство (20) для измерения жесткости, разработанное в соответствии с изобретением, размещают на концевой соединительной вилке (11'), которая является одним из элементов, составляющих карданный шарнир карданных валов (10), чтобы обеспечить низкую стоимость, практичное и быстрое измерение уровней жесткости карданных шарниров (12). Для этого устройство (20) для измерения жесткости содержит по меньшей мере один корпус (21), который прикреплен к концевой соединительной вилке (11'), по меньшей мере одну протяженную часть (22), которая соединена с упомянутым корпусом (21), и по меньшей мере один груз (23), который входит в контакт с протяженной частью (22) и способен выполнять двунаправленное перемещение по ней.
На фиг. 2 и 3 показана вся конструкция, когда устройство (20) для измерения жесткости соединено с карданным валом (10), вид в перспективе и вид спереди, соответственно. Корпус (21) соединен с концевой соединительной вилкой (11′) через соединители (24). Соединители (24) предпочтительно представляют собой множество пальцевых структур в виде выступов. Они соединены с корпусом (21) через протяженную часть (22), которая предпочтительно имеет цилиндрическую форму. В связи с этим угол между протяженной частью (22) и корпусом (21) составляет 90 градусов. Крепление в этой конфигурации осуществляют через резьбовое соединение или защелкивающееся соединение. Направляющая (25) перемещения, введенная в груз (23), позволяет ему позиционироваться на протяженной части (22), входя в контакт с ней, и обеспечивает перемещение по ней. Направляющая (25) перемещения соответствует форме протяженной части (22). На фиг. 4 показана концевая соединительная вилка, к которой присоединено устройство (20) для измерения жесткости, вид сверху, а на фиг. 5 – устройство (20) для измерения жесткости, когда оно присоединено к карданному валу (10), вид сверху в разрезе. На упомянутой протяженной части (22) дополнительно сформированы интервалы для позиционирования или линейка. Интервалы для позиционирования или линейка обеспечивают быстрый доступ к значениям крутящего момента различных типов карданных валов (10). Следовательно, становится возможным измерять значения крутящего момента различных карданных валов (10) с использованием одного изделия.
Способ (A) измерения жесткости, выполняемый с использованием устройства (20) измерения жесткости, включает в себя два измерения. Первое – это измерение, которое выполняют с корпусом (21), и посредством которого определяют минимальное значение крутящего момента, которое должен иметь карданный шарнир (12). Датчик контроля нижнего предела (датчик отсутствия снижения) используют для определения минимального конкретного значения жесткости шарнира. Ожидается, что при нижнем предельном значении датчик не будет перемещать шарнир своим весом. Другое используют для определения максимального значения крутящего момента, которое должен иметь карданный шарнир (12). Датчик контроля верхнего предела (датчик падения) используют для проверки максимального заданного значения жесткости шарнира. Ожидается, что при верхнем предельном значении датчик переместит шарнир своим весом. Таким образом, определяют диапазон между минимальным и максимальным значениями жесткости упомянутого карданного шарнира (12).
Также следует продемонстрировать схематическое представление способа для случая, когда сдвиг невозможен. Способ (А) измерения жесткости, схематически представленный на фиг. 6, по существу, включает в себя: этап сборки (B), на котором корпус (21) прикрепляют к концевой соединительной вилке (11'); этап позиционирования (C), на котором концевую соединительную вилку (11') поворачивают посредством карданного шарнира (12) в исходное состояние; этап крепления (E), на котором груз (23) приводят в исходное положение на протяженной части (22), этап (F) сдвига, на котором груз (23) перемещают на протяженной части (22) в направлении от концевой соединительной вилки (11'), и этап (D2) второго обнаружения, на котором наблюдают момент начала вращения вокруг оси (k, k') шарнира под действием крутящего момента, приложенного грузом (23) к карданному шарниру (12), чтобы определить максимальное значение крутящего момента, которое должен иметь карданный шарнир (12). Способ (A) измерения жесткости в этой конфигурации дает максимальное значение крутящего момента, которое должен иметь карданный шарнир (12). Если необходимо измерить минимальное значение, то после этапа позиционирования (C) и перед установкой на протяженную часть (22) может быть введен этап первого обнаружения (D1).
В этой конфигурации ось (k, k') карданного шарнира (12), жесткость которого необходимо измерить, должна быть параллельна земле.