УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
TORQUE TRANSMISSION DEVICE

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в испытательной технике, а именно в стендах для испытания машин, механизмов, валов, агрегатов, приводов и т.п.
Известен передаточный механизм крутящего момента, включающий планетарный зубчатый редуктор, фрикционную муфту сцепления и обгонную роликовую муфту, которые существенно усложняют устройство (Патент РФ №2086824, F16H 3/54, F16H 47/04, 1997).
Наиболее близкой к заявляемому устройству является автоматическая бесступенчатая механическая передача, включающая механизм загрузки крутящим моментом с узлом исполнительного механизма (Патент РФ №2277657, F16H 33/14, 2006).
Известное устройство обеспечивает создание небольшого крутящего момента (20-30 кгс·м) и осевых усилий в заданном направлении для транспортных средств, что не позволяет использовать его в испытательной технике, например для испытаний тяжелонагруженных валов, агрегатов, машин и приводов на прочность.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в возможности создания крутящего момента величиной до 4000 кгс·м при испытаниях валов, агрегатов, машин, приводов и других тяжелонагруженных механизмов, а также в создании необходимых осевых усилий в заданном направлении за счет обеспечения заданного передаточного отношения в механизме загрузки крутящим моментом.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство передачи крутящего момента, которое содержит входной и выходной валы, механизм загрузки крутящим моментом с узлом исполнительного механизма и блоки управления, согласно изобретению включает гидравлическую систему, блок автоматического управления гидравлической системой, электрически связанной с ним, а также измеритель крутящего момента. Механизм загрузки крутящим моментом включает узел зубчатой передачи и редуктор, который включает полый промежуточный ведомый вал, внутри которого соосно размещен входной вал, через зубчатую передачу связанный с выходным валом, который размещен параллельно указанному ведомому валу на заданном расстоянии от него. Узел исполнительного механизма выполнен в виде двух модулей - модуля загрузки крутящим моментом и модуля снятия загрузки крутящим моментом, которые включают обгонные кулачковые муфты зацепления, приводимые в движение гидравлической системой и отключаемые возвратными пружинами в момент прекращения действия гидравлической системы. Узел зубчатой передачи включает два соединенных между собой зубчатых колеса с наружным зубчатым венцом, отличающиеся числом зубьев не менее чем на единицу и сопряженные с двумя соответствующими зубчатыми колесами с внутренними зубчатыми венцами, при этом одно указанное зубчатое колесо с большим количеством зубьев через шлицевое сопряжение связано с полым промежуточным ведомым валом, а второе указанное зубчатое колесо жестко связано с входным валом, а зубчатые колеса узла зубчатой передачи с наружными зубчатыми венцами размещены на подшипниковых опорах, установленных на эксцентриковой детали, которая размещена на валу узла зубчатой передачи и связана с ним шпонкой. Ось эксцентриковой детали смещена относительно оси вала узла зубчатой передачи на заданное расстояние, на валу узла зубчатой передачи противоположно относительно оси эксцентриковой детали закреплены балансировочные грузы. На валу узла зубчатой передачи установлены два зубчатых колеса, одно из которых связано с зубчатым колесом модуля нагрузки крутящим моментом, а другое - с зубчатым колесом модуля снятия загрузки крутящим моментом. Узел зубчатой передачи выполнен с возможностью свободного вращения с одинаковой частотой вместе с входным и ведомым валами на холостом ходу и создания крутящего момента заданной величины, удержания его, многократного увеличения и снятия до нулевого значения.
Заявляемая конструкция устройства позволяет создавать крутящий момент заданной величины, а также удерживать его, многократно увеличивать, снимать до нулевого значения и создавать крутящий момент в обратном направлении.
На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства, на фиг.2 - конструкция механизма загрузки крутящим моментом, на фиг.3 - элемент I на фиг.2.
Заявляемое устройство содержит механизм загрузки крутящим моментом 1, гидравлическую систему 2, блок автоматического управления 3 и измеритель крутящего момента 4.
Гидравлическая система 2 содержит масляный насос, трехпозиционный распределитель подачи масла и электрическую систему управления указанным распределителем подачи масла (не показаны). Блок автоматического управления 3 работает по программе, управляя гидравлической системой 2 для загрузки крутящим моментом через механизм 1 и измеритель крутящего момента 4 валов, агрегатов и других механизмов, а также загрузки для создания необходимых осевых усилий.
Измеритель крутящего момента 4 выполнен с тензорегистраторами (не показаны), которые вырабатывают электрические сигналы в зависимости от величины крутящего момента и электрически связанны с блоком автоматического управления 3.
Механизм загрузки крутящим моментом 1 включает редуктор 5, узел зубчатой передачи 6 и узел исполнительного механизма 7.
Редуктор 5 включает полый промежуточный ведомый вал 8, внутри которого соосно размещен входной вал 9, связанный с помощью зубчатой передачи 10 с выходным валом 11. Выходной вал 11 размещен параллельно указанному ведомому валу 8 на заданном расстоянии L от него. Величина L зависит от назначения в применении устройства. Например, далее по кинематической цепи выходной вал 11 через свое зубчатое колесо может передавать крутящий момент дополнительному многоступенчатому редуктору или через торцовый фланец или шлицы может передавать крутящий момент сразу на другой соосный вал.
Узел 6 включает два соединенных между собой зубчатых колеса 12 и 13 с наружным зубчатым венцом, отличающихся числом зубьев не менее чем на 1, что позволяет реализовать разные угловые скорости на сопрягаемых с ними зубчатых колесах 14 и 15 с внутренним зубчатым венцом. Зубчатое колесо 13 имеет большее количество зубьев. Зубчатое колесо 14 и опора 16 роликоподшипника 17 закреплены на фланце 18 входного вала 9. На роликоподшипнике 19 стоит опора 20, соединенная с зубчатым колесом 15 и наружным корпусом 21. Корпус 21 соединен со шлицевым фланцем 22, который через шлицевой фланец 23 соединен с полым промежуточным ведомым валом 8. Роликоподшипник 17 служит первой опорой вала 24 узла зубчатой передачи 6. Зубчатые колеса 12 и 13 связаны между собой резьбовым соединением 25. Эксцентриковая деталь 26 служит опорой роликоподшипников 27 и связана с валом 24 шпонкой 28. Ось эксцентриковой детали 26 (не показана) смещена относительно вала 24 на заданное расстояние, которое определяется расчетом исходя из создания необходимого передаточного отношения узла зубчатой передачи 6.
На валу 24 диаметрально противоположно оси эксцентриковой детали 26 закреплены балансировочные грузы 29, которые служат для компенсации дисбаланса от смещения зубчатых колес 12, 13, а также роликоподшипников 27. На валу 24 также установлена втулка 30, шарикоподшипник 31 и втулка 32.
Шарикоподшипник 31 служит второй опорой для вала 24. Узел исполнительного механизма 7 выполнен в виде двух модулей - модуля загрузки крутящим моментом 33 и модуля снятия загрузки крутящим моментом 34. Модули 33 и 34 сопряжены с зубчатыми колесами 35 и 36, которые стоят на валу 24. Весь перечисленный пакет деталей, размещенных на валу 24, стянут гайкой 37 и законтрен замком 38.
Модуль 33 содержит обгонную кулачковую муфту зацепления 39, которая приводится в движение гидравлической системой 2 и отключается с помощью возвратной пружины 40. Пружина 40 находится внутри муфты 39. Назначение пружины 41 - плавное безударное включение муфты 39 после подачи давления масла гидравлической системы 2 в полость 42 модуля нагрузки крутящим моментом 33, а также создание дополнительного усилия и гарантированного зацепления муфты 39 с зубчатым колесом 43.
Пружина 41 стоит в опоре 44, на которой размещены шарикоподшипники 45 и распорная втулка 46. Шарикоподшипники 45 по внешним обоймам охватываются стаканом 47.
Пакет деталей, включающий подшипники 45, втулку 46 вместе с опорой 44 стянут гайкой 48 и застопорен замком 49. Пакет размещен в стакане 47, который установлен в корпусе 50 и закреплен резьбовым соединением (не показано).
Муфта 39, пружины 40 и 41, опора 44, шарикоподшипники 45, втулка 46, шпонка 51, гайка 48, замок 49 и фланец 52 составляют сборочную единицу, расположенную и закрепленную шпильками 53. Перечисленные элементы в сборочной единице вместе со стаканом 47 и фланцем 52 имеют осевую подвижность. Пружина 54 возвращает ее в исходное положение. Шлицевое соединение 55 позволяет муфте 39 свободно перемещаться вместе с другими деталями сборочной единицы вдоль оси 56 до зацепления с зубчатым колесом 43.
Сопряжение 57 зубчатых колес 36 и 43 предназначено для создания момента нагрузки на выходном валу 11. Вышеописанный модуль представляет собой модуль загрузки крутящим моментом 33.
Сопряжение 58 зубчатых колес 35 и 59 предназначено для снятия загрузки крутящим моментом 34, причем модуль 34 отличается от модуля 33 тем, что обгонные кулачковые муфты 39 и 60 модулей соответственно 33 и 34 вращаются в противоположном направлении. Дополнительно модули 33, 34 отличаются друг от друга зубчатыми колесами 43 и 59.
Кинематическая схема устройства имеет сопряжения 61 и 62 зубчатого колеса 63 с колесом 64 и зубчатого колеса 63 с колесом 65 соответственно. Зубчатое колесо 63 имеет резьбовое соединение с опорой 66, которая вместе с опорой 20 и зубчатым колесом 15 закреплена на наружном корпусе 21. Шлицевой фланец 22 имеет сопряжение со шлицевым фланцем 23, который шлицами и резьбовым соединением связан с ведомым валом 8. Модули 33 и 34 закреплены на корпусе 67. Зубчатые колеса 35 и 36 через шпонку 68 позволяют вращать вал 24 в противоположных направлениях. Полость 42 предназначена для подачи масла под давлением с целью создания осевого усилия на стакан 47. Стрелка 69 показывает направление вращения входного вала 9 механизма 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Выходной вал 11 механизма 1 с измерителем крутящего момента 4 соединяют с испытуемым агрегатом или механизмом для создания какой-либо загрузки. Включают систему автоматического управления 3 и насос масляной системы 2 (не показан) и приводное устройство (не показано) механизма 1. В условиях отсутствия давления масла в полостях модулей 33 и 34 трехпозиционный распределитель гидравлической системы 2 сбрасывает подачу масла обратно в систему. Входной 9 и ведомый 8 валы механизма 1 вместе с деталями, охваченными корпусом 67, в режиме холостого хода вращаются с одинаковой частотой по стрелке 69. При этом крутящий момент на выходном валу 11 отсутствует. Для создания крутящего момента, предусмотренного программой, путем управления трехпозиционным выключателем подают давление в модуль 33.
Стакан 47 вместе с остальными элементами, расположенными в нем, перемещается по оси в направлении зубчатого колеса 43. При этом обгонная кулачковая муфта зацепления 39 входит в зацепление с кулачками указанного колеса 43. Вращение от вала 9 передается узлу зубчатой передачи 6 и далее зубчатым колесам 63, 64 и 65. Через муфту 39 и зубчатое колесо 43 вращение передается зубчатому колесу 36, далее через шпонку 68 - валу 24 и через шпонку 28 - на эксцентриковую деталь 26, которая приводит в движение зубчатые колеса 12 и 13 с роликовыми подшипниками 24 относительно зубчатых колес 14 и 15. Как указывалось ранее, сопряжения зубчатых пар 12, 13 и 14 и 15 отличаются по количеству зубьев (например, на 1), вследствие этого при вращении вала 24 с эксцентриковой деталью 26 зубчатое колесо 15, связанное с ведомым валом 8, и зубчатое колесо 14, связанное с входным валом 9, вращаются с разной угловой скоростью относительно друг друга. Происходит взаимное угловое смещение валов 8 и 9. В силу того что передаточное отношение механизма 1 равно 500, происходит плавный процесс нарастания крутящего момента в кинематической цепи.
Если программой испытаний или создания силовой нагрузки предусмотрено сохранение заданной величины крутящего момента на какой-либо отрезок времени, давление масла в модуле 33 сбрасывают. Происходит разъединение муфты 39 и зубчатого колеса 43. Валы 8 и 9 узла зубчатой передачи вращаются с одинаковой частотой с сохранением созданного крутящего момента в цепи. Если необходимо поэтапное увеличение крутящего момента, то система автоматического управления 3 выдает команду гидравлической системе 2 на очередную подачу давления масла в модуле 33. При этом повторно осуществляется вышеописанный процесс и крутящий момент нарастает и продолжается дальнейшее угловое смещение валов 9 и 8 относительно друг друга.
Величину крутящего момента контролируют измерителем 4 через систему автоматического управления 3.
В случае проверки вала 8 на величину предельного крутящего момента давление масла в модуле 33 сохраняют до поломки.
В случае отсутствия такой необходимости по программе испытания система автоматического управления 3 подает команды на сброс давления масла в модуле 33. Для снятия крутящего момента подают давление масла в модуль 34. Муфта 60 модуля снятия нагрузки крутящего момента входит в зацепление с зубчатым колесом 59, которое через сопряжение 58 и зубчатое колесо 35 возвращает эксцентриковую деталь 26 с валом 24, шпонкой 28 с роликоподшипниками 27, зубчатыми колесами 12, и 13 в исходное положение до начала нагрузки крутящим моментом. Величину крутящего момента контролируют измерителем 4. При условии завершения испытания крутящий момент в цепи снижают до нуля, выключают все системы и разбирают цепь.
Вышеописанное устройство позволяет создавать заданное передаточное отношение в кинематической цепи механизма загрузки крутящим моментом до величины 10000, создавать необходимые осевые усилия в заданном направлении и крутящего момента величиной до 4000 кгс·м валов, агрегатов, машин, приводов и других тяжелонагруженных механизмов при соответствующем закреплении устройства с передачей осевого усилия через трапецеидальную резьбу, барабаны для намотки тянущих тросов и др.
Заявляемое устройство позволяет создавать крутящий момент заданной величины, удерживать его, многократно увеличивать или уменьшать, снимать до нулевого значения и создавать крутящий момент в обратном направлении.