Стенд для испытаний передач винт-гайка качения
STAND FOR TESTING SCREW-NUT GEAR ROLLING

Стенд для испытаний передач винт-гайка качения относится к области точного машиностроения и предназначен для проведения испытаний передач винт-гайка качения с целью определения их технических характеристик.
Известен стенд для испытаний передач винт-гайка качения RU 2116640 C1, содержащий основание, привод осевого перемещения гайки, устройства для измерения осевой силы, создаваемой указанным приводом, и перемещения гайки, и узел для предотвращения поворота гайки. Стенд представляет собой рычажно-шарнирную систему, в которой корпус, привод осевого перемещения гайки и другие узлы и устройство шарнирно закреплены на основании или шарнирно связаны друг с другом. Данная конструкция имеет ограниченные функциональные возможности вследствие невозможности измерения таких динамических характеристик передачи, как виброактивность, шумность и плавность хода. Также снижена точность измерений по следующим причинам:
- большое количество подвижных шарнирных соединений между узлами стенда обуславливает наличие люфта при проведении испытаний с знакопеременной нагрузкой;
- применение устройства для измерения крутящего момента с упругим элементом искажает информацию о реальном угле поворота винта;
- применение динамометров для измерения величины осевой нагрузки на гайку передачи обуславливает дополнительное смещение гайки под нагрузкой.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому стенду является стенд для испытаний передач винт-гайка качения SU 416587 A, содержащий станину с расположенными на ней передней неподвижной бабкой, подвижным суппортом с задней бабкой, имеющими опоры для испытуемого винтового механизма, реверсивным приводом передачи вращения испытуемому механизму, гидроцилиндром нагрузки винтового механизма, связанным с подвижным суппортом. Однако данный стенд имеет следующие недостатки, ограничивающие его функциональность и точность:
- винт закрепляется только за один конец, что позволяет испытывать только передачи со свободным концом;
- гайка закрепляется в подвижной опоре с целью самоцентрирования, что не соответствует большинству вариантов установки гайки на оборудовании, таким образом вносится дополнительная погрешность в измерения;
- внецентренное приложение нагрузки приводит к возникновению изгибающего момента на винте, а также перекосу гайки относительно винта и, как следствие, неравномерности распределения нагрузки между витками в сопряжениях.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей стенда, а также повышение точности измерений параметров и вычисления технических характеристик передачи.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что стенд снабжен станиной с расположенными на ней интегрированным шаговым приводом с встроенным датчиком положения выходного вала, задней бабкой, имеющей возможность перемещения вдоль направляющих и закрепления с возможностью установки передач разного типоразмера, цанговыми зажимами, обеспечивающими базирование по конструкторским базам, что уменьшает погрешность базирования, датчика момента, соединенного с приводом и передним цанговым зажимом посредством сильфонных муфт, что позволяет компенсировать радиальные и осевые биения выходного вала привода, суппорта для крепления гайки, установленного на линейных направляющих качения, к которому присоединены подвижные головки датчиков линейных перемещений, двух гидроцилиндров для создания осевой нагрузки, штоки которых обеспечивают осесимметричное приложения силы, датчиков виброускорений для измерения виброактивности, шумности и плавности движения выходного звена передачи.
Кроме того, стенд оборудован гидросистемой, позволяющей создавать рабочую нагрузку по заданной программе, что расширяет функциональные возможности стенда, а также линиями связи и системой регистрации сигналов с датчиков, обработки и вывода вычисленных эксплуатационных параметров передачи.
Конструкция стенда поясняется чертежами (фиг. 1:7).
Стенд состоит из станины 1, расположенной на раме 17. На станине установлена задняя бабка 2 с возможностью продольного перемещения и закрепления. Для этого на станине выполнены продольные направляющие Б, а на задней бабке ответные пазы В. Также в задней бабке размещается подшипниковый узел 3 с цанговым зажимом 4 для закрепления и центрирования конца вала 18 передачи, размер цанги выбирается исходя из диаметра шейки вала. Аналогичный подшипниковый узел 5 размещается в передней бабке, цанговый зажим 6 которого связан с приводом 20 через датчик момента 7 посредством сильфонных муфт 8. На станине также размещены линейные направляющие качения 9, на которых установлен суппорт 10 с отверстием Г для крепления гайки 19 передачи. На боковых щеках суппорта закреплены подвижные головки датчиков линейных перемещений 11. Оптические линейки датчиков крепятся на боковых поверхностях станины. На корпусе стенда размещены гидроцилиндры 12, штоки которых соединены с суппортом. Гидроцилиндры соединены с гидросистемой 13, состоящей из гидростанции и совокупности клапанов и редукторов для переключения и регулирования давления в напорной магистрали. Система сбора информации стенда включает в себя датчик момента 7, датчики линейных перемещений 11, датчик положения выходного вала интегрированного привода, датчик давления в магистрали гидросистемы 14, датчики виброускорений 15. По соответствующим линиям связи полученная информация поступает в центральный компьютер 16, который согласно программе управляет движением привода и величиной нагрузки посредством соответствующих контроллеров. Также центральный компьютер 16 осуществляет обработку полученной информации по заданным алгоритмам для визуализации и определения численных значений необходимых характеристик передачи.
Стенд работает следующим образом. Задняя бабка 2 отводится для размещения в цанговых зажимах 4 и 6 винта передачи, базирование происходит по конструкторским базам (шейкам вала), что уменьшает погрешности базирования и установки. Задняя бабка 2 закрепляется на станине 1, а вал 18 зажимается в цангах зажимов. Гайка 19 передачи крепится к суппорту посредством комплекта болтов. Минимальное количество манипуляций при установке передачи в стенд уменьшает погрешность установки повышая тем самым точность измерений. Дальнейшая работа стенда происходит по выбранной программе.
Для определения статических параметров передачи (жесткость, осевой зазор) привод 20 переключается в режим удержания, гидросистема 13 осуществляет подачу давления в напорную магистраль с реверсированием направления. По полученной информации о смещении гайки и величине нагрузки величину осевого зазора и строится график осевой жесткости передачи. При необходимости замер производят в нескольких положениях гайки на винте.
Кинематические параметры передачи (передаточная функция, размах колебаний передаточной функции) определяются в движении. В этом случае двигатель вращает винт 18 передачи, перемещение гайки 19 фиксируется датчиками линейных перемещений 11. При испытаниях может присутствовать осевая нагрузка как постоянная, так и переменная. Разность показаний двух датчиков линейных перемещений определяет величину торцевого биения гайки. Вычисляется среднее значение передаточной функции и размах ее колебаний, а также плавность хода гайки.
Силовые параметры передачи включают в себя КПД, момент холостого хода как прямого хода, так и обратного хода. Коммутируя направление и регулируя величину осевой нагрузки, а также направление вращения вала передачи, фиксируют величину вращающего момента. По полученным данным вычисляют необходимые силовые показатели.
К динамическим параметрам передачи относят виброактивность, шумность и плавность хода передачи. Для их определения фиксируют показания вибродатчиков 15 по разным осям при разных скоростях перемещения гайки с нагрузкой и без нее. После соответствующей математической обработки полученной информации определяют амплитуды вибраций, виброскорости, виброускорения, собственные частоты передачи, собственные формы передачи.
Регулирование усилия предварительного натяга в передаче, имеющей возможность выборки зазоров посредством поворота либо смещения двух полугаек, осуществляется по заданной величине момента холостого хода путем изменения угла относительного поворота полугаек, либо подбором толщины дистанционного кольца между ними.
Заявляемый стенд имеет следующие преимущества перед прототипом:
- винт передачи может закрепляться как за один, так и за два конца, что расширяет номенклатуру испытываемых передач;
- применение цанговых зажимов позволяет повысить точность установки винта, тем самым уменьшить погрешности базирования и установки;
- закрепление гайки на суппорте осуществляется по схеме установки ее в реальном оборудовании, что повышает точность измерений;
- прямое крепление штоков гидроцилиндров к суппорту позволяет нагружать испытываемую передачу переменной и реверсивной нагрузкой по заданной программе;
- наличие двух датчиков линейных перемещений позволяет определять торцевое биение гайки, а также повысить точность определения положения гайки;
- наличие датчиков виброускорений позволяет расширить функциональные возможности стенда;
- использование ЭВМ в качестве управляющего, регистрирующего и вычислительного устройства позволяет повысить точность измерений и достоверность определяемых параметров передачи.