CC BY
28УДК 662.822
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ
В. И. Ковалев, Д. А. Романенко*, Е. В. Кукушкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Предложена конструкция устройства для измерения вибрации карданных передач, которое применяется в стенде для испытания карданных передач. Устройство включает в себя два аналоговых датчика вибрации, расположенных по разные стороны карданного вала, которые электрически подключены к аналого-цифровому преобразователю, оптический энкодер, концевой выключатель, блок питания, аппаратную платформу, персональный компьютер.
Ключевые слова: стенд для испытаний карданных передач, система для компенсации вибрации, вибрационный датчик, энкодер.
DEVICE FOR MEASURING VIBRATION OF UNIVERSAL JOINT GEARS
V. I. Kovalev, D. A. Romanenko*, E. V. Kukushkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The construction of the device for measuring vibration of universal joint gears for using on the stand for universal joint gears testing is proposed. The device includes two analog vibration sensors located on opposite sides of the universal joint shaft which are electrically connected to the analog-to-digital converter, optical encoder, limit switch, power supply, hardware platform, personal computer.
Keywords: stand for testing universal joint gears, beat compensation system, vibration sensor, encoder.
Введение. В настоящее время во многих устройствах используются карданные передачи. В результате вращения карданных валов проявляется дисбаланс, который существенно уменьшает срок службы карданных передач. Кроме того, из-за вибраций карданных передач могут возникать неисправности и у агрегатов, связанных с карданными передачами.
Актуальность обусловлена тем, что карданные передачи широко применяются в промышленности. Вибрации карданных передач могут приводить к неисправностям как ведущего, так и ведомого мостов, коробки передач, элементов карданной передачи и прочих агрегатов. И производители, и потребители данных устройств заинтересованы в увеличении срока службы карданных передач.
Цель работы состоит в создании устройства, для измерения вибраций карданных передач в процессе их испытаний, что предоставит возможность, посредством детального анализа вибрационных нагрузок, уменьшать вибрации карданных передач. Так же это необходимо и для повышения точности испытаний карданных передач на стенде для испытания карданных передач, конструкция которого описана в работах [1-3].
Основная часть. Вибрационная нагрузка обусловлена неравномерностью вращения карданного вала. Кроме того, происходит перекос тел качения в игольчатом подшипнике карданного шарнира под
влиянием вибрационных нагрузок [4]. Для начала нам необходимо отследить вибрации и понять, в какой точке окружности вращения вибрации максимальны. Для этого мы используем стенд для испытания карданных передач [5-10]. Предложенное устройство для измерения вибрации карданных передач (рис. 1, 2), которое применяется в стенде для испытания карданных передач, включает в себя два аналоговых датчика вибрации, расположенных по разные стороны карданного вала, которые электрически подключены к аналого-цифровому преобразователю, оптический энкодер, концевой выключатель, блок питания, аппаратная платформа для подключения к персональному компьютеру. При вращении электродвигателя стенда для испытания карданных передач вращается карданный вал, вибрацию с которого измеряют два датчика вибрации и передают сигнал на аналого-цифровой преобразователь. Угол вращения карданного вала определяется с помощью оптического энкодера. Начальная координата вращения карданного вала определяется с помощью концевого выключателя. На микроконтроллер, работающий от блока питания, поступают данные с оптического энкодера, концевого выключателя и аналого-цифрового преобразователя. Микроконтроллер через выводы последовательного интерфейса подключается к последовательному порту персонального компьютера.
Решетневскуе чтения. 2018
Рис. 1. Макет стенда для испытания карданных передач
Рис. 2. Принципиальная схема устройства измерения вибрации карданных передач
Информацию о вибрации можно получить при считывании датчиками вибрации ABC 017-02 на определенных углах вращения карданного вала. Рабочий диапазон частот датчика вибрации - от 20 Гц до 30000 Гц, что позволит с достаточной точностью определить силу и область наибольшей вибрации. Эта информация отправляется в аппаратную платформу Arduino на основе микроконтроллера ATmega2560. Частота работы МК ATmega2560-16МГц. При настройках по умолчанию используется предделитель 128(ADPS[2:0]=[111]), а это значит, что АЦП работает на частоте 16/128 МГц=125 КГц, что укладывается в данные технической документации - 50-200 КГц. Эта частота позволяет обеспечить быструю обработку данных с датчиков вибрации и оптического энкодера и сопоставить значения с них. Оптический энкодер считывает угол вращения вала в пространстве. Ин-крементный энкодер необходим, чтобы преобразовать угловое положение вала в цифровой код. Используются прерывания аппаратной платформы, преобразования выполняются с четверной точностью. Положение вала мы можем определять с точностью до 3 значений на каждый градус вращения карданного вала
[9]. Также для обеспечения работоспособности необходим концевой выключатель для определения положения при запуске и начале работы системы. На основе этих данных мы можем выявить, с достаточной точностью, на каком этапе вращения вибрация вала максимальна и соответственно компенсировать эти «проблемные» участки.
Заключение. В заключении хотим отметить, что данное устройство позволит продлить срок службы агрегатов, использующих карданные передачи, за счет своевременной балансировки карданных передач. В результате получаем визуальное представление вибраций карданной передачи и рекомендации по закреплению грузов на карданном валу для уменьшения вибрации.
Библиографические ссылки
1. Планирование эксперимента по исследованию карданных передач на игольчатых подшипниках / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин и др. // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 4. С. 1062-1071.
2. Расчет гидравлической системы тормозного устройства стенда для испытания трансмиссий транс-
портно-технологических машин / А. С. Ереско, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско и др. // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 4. С. 60-79. Бог 10.15593/24111678/2016.04.06.
3. Конструкция стенда для проведения испытаний карданных шарниров на игольчатых подшипниках в широком диапазоне размеров с изменением угла излома карданной передачи / Е. В. Кукушкин, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско и др. // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 2. С. 58-73. Бо1: 10.15593/24111678/2016.02.05.
4. Влияние вибрационных нагрузок на процесс перекоса тел качения в игольчатом подшипнике карданного шарнира / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин, В. А. Меновщиков // Вестник машиностроения. 2018. № 5. С. 10-15.
5. Пат. 149002 Российская Федерация, МПК7 в01Ы 13/02. Стенд для испытаний карданных передач / Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско С. П., Ереско Т. Т. № 2014120845 ; заяв. 22.05.2014 ; Опубл. 20.12.2014. Бюл. № 35. 1 с.
6. Пат. 162876 Российская Федерация, МПК7 в01Ы 13/02. Стенд для испытаний карданных передач / Ереско С. П., Ереско А. С., Ереско Т. Т. и др. № 2015157365 ; заяв. 30.12.2015 ;Опубл. 27.06.2016. Бюл. № 18. 2 с.
7. Пат. 2649601 Российская Федерация, МПК7 в0Ш 13/00. Стенд для испытания карданных передач / Ереско С. П., Ереско А. С., Ереско Т. Т. и др. ; № 2016140015; заявл. 11.10.2016; опубл. 04.04.2018. Бюл. №10. 10 с.
8. Определение динамических параметров привода экспериментального стенда для исследования карданных передач / А. В. Стручков, Е. В. Кукушкин, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 3. С. 638-644.
9. Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Орлов А. А. Разработка измерительной системы стенда для испытания карданных передач // Решетневские чтения : материалы XXI Междунар. науч. конф. ; СибГУ им. акад. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2017. С. 559-561.
10. Сравнительный анализ конструкций испытательных стендов для испытания карданных шарниров / С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, Е. В. Кукушкин и др. // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. Т. 18, № 4. С. 902-909.
References
1. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V. et al. [Planning of experiment on research of cardan transmissions on the needle-shaped bearing]. Vestnik SibGAU. 2016. No. 17. P. 1062-1071. (In Russ.)
2. Eresko A. S., Eresko S. P., Eresko T. T. et al. [Calculation of the hydraulic system of brake device of stand for the test of transmissions of transport-technological machines]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016. No. 4. P. 60-79. Doi: 10.15593/ 24111678/2016.04.06. (In Russ.)
3. Kukushkin E. V., Eresko S. P., Eresko T. T. et al. [Stand construction for testing the universal joint on needle bearings in wide range of sizes with the angle changing driveline]. Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. 2016. No. 2. P. 58-73. Doi: 10.15593/ 24111678/2016.02.05. (In Russ.)
4. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V. et al. [Influence on the process vibration loads sag rolling elements in the universal joint]. Vestnik Mashinostroeniya. 2018. No. 5. P. 10-15. (In Russ.)
5. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko S. P. et al. Stend dlya ispytaniya kardannykh peredach. [The test stand driveline]. Patent RF, No. 149002, 2014.
6. Eresko S. P., Eresko A. S., Eresko T. T. et al. Stend dlya ispytaniya kardannykh peredach. [The test stand driveline]. Patent RF, No. 162876, 2016.
7. Eresko S. P., Eresko A. S., Eresko T. T. et al. Stend dlya ispytaniya kardannykh peredach [The test stand driveline]. Patent RF, No. 2649601, 2018.
8. Struchkov A. V., Kukushkin E. V., Eresko S. P., Eresko T. T. [Determination of dynamic parameters of drive of experimental stand for research of cardan transmissions]. Vestnik SibGAU. 2016. No. 17. P. 638-644 (In Russ.)
9. Eresko T. T., Kukushkin E. V., Orlov A. A. [Development of the measuring system of the stand for testing the universal joint transmissions]. Materialy XXI mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii "Reshetnevskie chteniya" [Materials XXI Intern. Scientific. Conf "Re-shetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2017. P. 559-561. (In Russ.)
10. Eresko S. P., Eresko T. T., Kukushkin E. V. et al. [Comparative analysis of structures test apparatus for universal joint]. Sibirskiy zhurnal nauki i tekhnologiy. 2017. Vol. 18, No. 4. P. 902-909. (In Russ.).
© Ковалев В. И., Романенко Д. А., Кукушкин Е. В., 2018
