УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА УСТАЛОСТЬ Российский патент 1995 года по МПК G01N3/34 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов на усталость.

Известна центробежная установка для испытания образцов (авт.св. СССР N 1249389, кл. G 01 N 3/32), содержащая основание, установленный на нем привод, платформу, закрепленную на валу привода, активные захваты образцов, связанные с платформой, и пассивные захваты, связанные с соответствующими инерционными грузами.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является установка для испытания образцов на усталость, содержащая основание, размещенное на нем центробежное нагружающее устройство, включающее поворотную платформу, инерционные массы, попарно соосные активные и пассивные захваты образцов, цепную передачу со звездочками разного диаметра, одна из которых закреплена на поворотной платформе, кулисы по числу звездочек, на одних концах которых закреплены оси соответствующих звездочек, а на других их концах в пазах установлена ось с фиксатором положения кулис, и закрепленные на цепи передачи по ее периметру направляющие, в каждой из которых установлен соответствующий активный захват и размещена соответствующая инерционная масса, соединенная с соответствующим пассивным захватом.

Однако известные установки не обеспечивают испытание образцов одновременно при многоимпульсном пульсирующем действии осевого усилия и крутящего момента в каждом цикле.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний образцов одновременно не только при многоимпульсном пульсирующем действии осевого усилия в каждом цикле, но и при действии крутящего момента.

Для этого установка для испытания образцов на усталость снабжена двумя дополнительными группами кулис, установленными на общей оси на разных уровнях, имеющих каждое радиально расположенные и смещенные один относительно другого в окружном направлении кулачки и отверстия под ось соответствующей звездочки на одном конце, двумя распорными втулками, каждая из которых предназначена для поджатия к основанию соответствующей группы кулис, дисками, установленными в соответствующих направляющих и связанными жестко с соответствующими активными захватами, парами соосных одноплечих рычагов, установленными по две пары в соответствующих направляющих, одна пара из которых закреплена в инерционной массе, а вторая в диске, и нагружателями крутящего момента, каждый из которых включает корпус с продольным пазом, установленный в корпусе рычаг, два ролика, один из которых предназначен для периодического взаимодействия с кулачками кулис и ось которого установлена с возможностью перемещения вдоль паза корпуса нагружателя, а второй ролик предназначен для постоянного контактирования с рычагов, и пружину, одним концом связанную с осью первого ролика, а вторым концом с вторым роликом.

В установке все пружины могут быть установлены с возможностью регулирования их осадок.

Кулачки дополнительных кулис одной группы могут быть выполнены разной высоты.

С целью нейтрализации части веса нагружателя установка может быть снабжена тягами, соединенными с подвижной осью первого ролика и подпружиненными к корпусу нагружателя.

На фиг. 1 представлена схема установки, вид сверху; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.3; на фиг.5 устройство крепления роликов к нагружателям.

Установка содержит основание 1, соединенное с верхней плитой 2 шпильками 3. Привод 4 с валом 5 связан с поворотной платформой 6, к которой прикреплена звездочка 7. Наборы звездочек 7-9 различных радиусов образуют с роликовой цепью 10 цепную передачу. Звездочки 7-9 установлены с помощью вала 5 и осей 11 и 12 на концах кулис 13, в пазах которых установлена ось 14 с фиксатором их положения. Концы оси 14 расположены в пазах нижних кулис 15 и верхних кулис 16 с фиксаторами их положения. В кулисах 15 и 16 выполнены отверстия для размещения в них соответственно вала 5 и осей 11 и 12. На концах кулис 15 и 16 имеются радиально расположенные и смещенные друг относительно друга в окружном направлении кулачки 17. При этом на кулисах 15 и соответственно на кулисах 16, расположенных у каждой звездочки, высота кулачков своя. Кулисы 15 прижимаются к основанию 1 втулками 18, на которые опираются кулисы 13, поджимаемые через втулки 19 и кулисы 16 верхней плитой 2 к втулкам 18.

По периметру цепи 10 закреплены направляющие 20, к которым прикреплены диски 21, с присоединенными к ним активными захватами 22 образцов 23. Пассивные захваты 24 соединены с инерционными массами 25, установленными в направляющих 20. В направляющих 20 выполнены симметрично расположенные с двух сторон против дисков 21 и инерционных масс 25 окна 26, через которые проходят ввинчиваемые в инерционные массы и диски одноплечие рычаги 27. На направляющие 20 надеваются нагружатели 28, создающие крутящий момент на образцах 23 и соединенные с направляющими винтами. К нагружателям 28 с помощью осей 29, перемещающихся свободно в продольных пазах 30, прикреплены ролики 31, свободно вращающиеся на осях 29 и периодически контактирующие с кулачками 17. К осям 29 прикреплены вилки 32 с резьбовыми хвостовиками 33 и гайками 34, обеспечивающими контакт пружин 35 с этими гайками и вторыми вилками 36, закрепленными на осях 37, свободно перемещающихся в пазах 38. В вилках 36 с помощью осей 39 закреплены ролики 40, постоянно контактирующие с рычагами 27. Для предотвращения самопроизвольного поворота вилок 36 относительно осей 37 и потери устойчивости пружин 35 служат рамки 41, закрепленные в соосных отверстиях нагружателей. Винтами 42 и гайками 34 регулируют осадку пружин 35, а следовательно, и усилия, передаваемые на рычаги 27. Для нейтрализации веса верхней нагружающей системы в нагружателях 28 "ролик 31 ролик 40", действующей на рычаг 27, служат тяги 43, надеваемые на втулки оси 37 и проходящие через отверстия в рамке 41, с пружинами 44, поджимаемыми гайками 45.

Направляющие 20 опираются на нагружатели 28, которые опираются через оси 46 на ролики 47, контактирующие с основанием 1, при этом правый ролик периодически контактирует еще и с кулисами 15. Ось 46 расположена в бобышках 48, подпружиненных к щекам 49 нагружателей 28. Винты 50 служат для поджатия пружин 51, которые берут на себя вес соответствующих направляющих 20 с нагружателями 28. Ролик 47 свободно вращается на оси 46 и имеет перемещение в направлении осадки пружин. Это перемещение необходимо при обкатывании правым роликом 47 (фиг.4) кулис 15. Пружины 51 расположены в пазах 52 и удерживаются крышками 53 и 54, при этом в крышках 54 выполнены пазы 55, необходимые для перемещения оси 46.

Для предотвращения поворота вилок 32 относительно их осей 29 к вилкам жестко прикреплены выступы 56, концы которых свободно располагаются в продольных пазах 30.

Установка работает следующим образом.

Подбирают необходимый набор звездочек 7-9, число которых равно требуемому числу импульсов в каждом цикле нагружения. Устанавливают образцы 23 в захваты 22 и 24. Устанавливают прямолинейные участки цепи пропорционально временам задержки в следовании импульсов и закрепляют кулисы 13, 15 и 16 так, чтобы звездочки 7-9 ограничили собой прямолинейные участки.

Осадка пружины 35 определяется расстоянием а (фиг.4) между осью 29 и головкой винта 42. Высота кулачков, расположенных у каждой звездочки, своя. Выбирают высоту кулачков пропорционально квадрату скорости роликовой цепи и обратно пропорционально радиусу звездочки. Движением цепи 10 устанавливают одну из направляющих 20 над кулачками с наименьшей высотой (фиг.3 и 4). При этом нижние ролики 31 располагаются на горизонтальной площадке нижних кулачков 17, а верхние ролики 31 под горизонтальной площадкой верхних кулачков 17. Винтами 42 устанавливают равные расстояния а (фиг.4) для нижних осей 29. Величину расстояния а выбирают пропорционально инерционным массам 25, расположенным в направляющих 20. Вращением верхних гаек 34 приводят в контакт верхние ролики 31 с верхними кулачками 17, а винтами 42 устанавливают такие же расстояния а, какие установлены для нижних осей 29. После этого движением роликовой цепи 10 выводят ролики 31 из контакта с кулачками 17. При этом нижние оси 29 садятся на головки винтов 42. Вращением нижних гаек 34 выбирают люфты в нижних пружинах 35, но при этом пружины 35 остаются не нагруженными и обеспечивается контакт между роликами 40 и рычагами 27. При вращении гаек 45 в пружинах 44 могут возникнуть только усилия, в сумме равные весу верхней нагружающей системы "ролик 31 ролик 40", в этот момент ролик 40 начнет выходить из контакта с рычагом 27. Поэтому, поместив предварительно тонкий лист бумаги между рычагом 27 и роликом 40, начинают поджимать пружины 44 до тех пор, пока лист бумаги не будет выходить с легким усилием руки. В этот момент вес верхней нагружающей системы в нагружателях 28 "ролик 31 ролик 40" не будет действовать на рычаг 27, а будет действовать через тяги 43 и пружины 44 на корпус нагружателя 28. После этого обеспечивают контакт между верхними осями 29 и верхними винтами 42, а вращением верхних гаек 34 выбирают люфты в верхних пружинах 35, не нагружая их. Таким образом, при обкатке роликами 31 кулачков 17 наименьшей высоты каждый ролик 31 поднимется на высоту а и каждая пружина 35 получит осадку, равную а. Усилие в пружине пропорционально осадке. Таким образом, крутящий момент пропорционален расстоянию а. При обкатке этими же роликами 31 кулачков большей высоты они поднимутся на расстояние большее чем а, и, следовательно, при обкатке роликами 31, связанными с рассмотренной направляющей 20, кулачков 17, расположенных у каждой звездочки, в образце будет действовать свой крутящий момент.

После регулировки пружин 35 и 44, принадлежащих первой направляющей 20, аналогично поступают с регулировкой указанных пружин, принадлежащих второй направляющей 20, установив ее движением роликовой цепи 10 над кулачками наименьшей высоты. Точно так же поступают с регулировкой пpужин 35 и 44, принадлежащих остальным направляющим.

В обоих нагружателях 28, принадлежащих рассматриваемой направляющей 20, поджимают пружины 51 вращением винтов 50 настолько, чтобы направляющая 20 заняла горизонтальное положение. В этом случае не будет закручивания роликовой цепи, а пружины 51 возьмут на себя вес направляющей с нагружателями. Включают двигатель и через привод 4 и вал 5 сообщают поворотной платформе 6 вращательное движение. При этом цепная передача приходит в движение. Ролики 31, обкатывая кулачки 17, расположенные на кулисах 15 и 16, сжимают соответствующие пружины 35. Возникающие усилия в пружинах 35 передаются через вилки 36 и ролики 40 на рычаги 27. При этом усилия пружин 35 левого нагружателя (фиг. 4) передаются на рычаги 27, ввинченные в инерционные массы 25 (фиг. 3). Таким образом, эти усилия через рычаги 27 создадут на пассивном захвате 24 крутящий момент, действующий в одном направлении. Такой же крутящий момент, но противоположного направления, создадут на активном захвате 22 усилия пружин 35 правого нагружателя (фиг.4). При этом усилия пружин 35 будут передаваться на рычаги, ввинченные в диски 21. Таким образом, к захватам образцов будут приложены равные, но противоположного направления крутящие моменты, создающие кручение образцов 23 при огибании ими звездочек 7-9. Кроме того, инерционные массы 25 за счет возникших в них сил инерции создают в образцах 23 еще и осевые усилия растяжения.

При движении цепной передачи левый ролик 47 (фиг.4) перемещается по основанию 1, а правый кроме этого периодически обкатывает кулисы 15, что достигается поднятием этого ролика за счет сжатия пружин 51.

Скорость цепной передачи определяется требуемой частотой нагружения. При этом частота пропорциональна скорости, а осевые усилия в образцах при огибании звездочек пропорциональны квадрату скорости и массе 25, но обратно пропорциональны радиусу звездочки. Крутящие моменты в образцах при огибании ими звездочек пропорциональны осадкам пружин 35, которые определяются соответствующими расстояниями а (фиг.4), характеристиками пружин и высотой кулачков 17. Величины расстояний а и характеристики пружин выбирают пропорционально инерционным массам 25, а высоту кулачков пропорционально квадрату скорости роликовой цепи и обратно пропорционально радиусу звездочки.

Таким образом, выбор скорости цепи, числа звездочек, их радиусов, масс 25, осадки пружин 35, их характеристик, высоты кулачков и соотношения длин прямолинейных участков цепи позволяет устанавливать частоту нагружения, число импульсов в цикле, их уровни и времена задержек между импульсами.

При снятии с нагружателей 28 роликов 31, вилок 32 и пружин 35 и включении двигателя образцы будут нагружаться многоимпульсным пульсирующим осевым усилием.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов на усталость. Цель изобретения расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний образцов одновременно не только при многоимпульсном пульсирующем действии осевого усилия в каждом цикле, но и при действии крутящего момента. На основании размещена цепная передача, содержащая набор звездочек различных радиусов. На звеньях цепи закреплены направляющие, в которых размещены инерционные массы с пассивными захватами и диски с активными захватами. Диски соединены с направляющими. К инерционным массам и дискам жестко прикреплено по паре соосных одноплечных рычагов. К направляющим прикреплены нагружатели, в которых ролики, обкатывая кулачки при огибании направляющими звездочек, сжимают пружины, усилия которых передаются на рычаги, создающие кручение образцов. Кроме того, при огибании направляющими звездочек инерционные массы за счет сил инерции создают в образцах осевые усилия. Установка требуемого числа звездочек заданных радиусов, выбор масс, скорости движения цепи, характеристик пружин и требуемой их осадки позволяет формировать цикл с требуемым числом импульсов, заданных длительностей и уровней. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА УСТАЛОСТЬ, содержащая основание, размещенное на нем центробежное нагружающее устройство, включающее поворотную платформу, инерционные массы, попарно соосные активные и пассивные захваты образцов, цепную передачу со звездочками разного диаметра, одна из которых закреплена на поворотной платформе, кулисы по числу звездочек, на одних концах которых закреплены оси соответствующих звездочек, а на других их концах в пазах установлена ось с фиксатором положения кулис, и закрепленные на цепи передачи по ее периметру направляющие, в каждой из которых установлен соответствующий активный захват и размещена соответствующая инерционная масса, соединенная с соответствующим пассивным захватом, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения испытаний образцов одновременно не только при многоимпульсном пульсирующем действии осевого усилия в каждом цикле, но и при действии крутящего момента, она снабжена двумя дополнительными группами кулис, установленными на общей оси на разных уровнях, имеющих каждая радиально расположенные и смещенные один относительно другого в окружном направлении кулачки и отверстия под ось соответствующей звездочки на одном конце, двумя распорными втулками, каждая из которых предназначена для поджатия к основанию соответствующей группы кулис, дисками, установленными в соответствующих направляющих и связанными жестко с соответствующими активными захватами, парами соосных одноплечих рычагов, установленными по две пары в соответствующих направляющих, одна пара из которых закреплена в инерционной массе, а вторая в диске, и нагружателями крутящего момента, каждый из которых включает корпус с продольным пазом, установленный в корпусе рычаг, два ролика, один из которых предназначен для периодического взаимодействия с кулачками кулис и ось которого установлена с возможностью перемещения вдоль паза корпуса нагружателя, а второй ролик предназначен для постоянного контактирования с рычагом, и пружину, одним концом связанную с осью первого ролика, а вторым концом со вторым роликом. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью нейтрализации части веса нагружателя, установка снабжена тягами, соединенными с подвижной осью первого ролика и подпружиненными к корпусу нагружателя. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что все пружины установлены с возможностью регулирования их осадок. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кулачки дополнительных кулис одной группы выполнены разной высоты.