Устройство для статических испытаний упругих элементов на кручение Российский патент 2024 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к области испытательной техники и применяется при определении нагрузочной характеристики упругих канатных и композитных элементов на кручение с целью проектировании и создании широкого спектра модификаций канатных и композитных муфт.

Известно устройство для испытания упругих муфт по патенту на изобретение РФ № 2206880, «Устройство для испытания упругих муфт» [1], которое содержит муфту, основание, передвигаемую и неподвижную стойки с опорными лапами, центрирующее устройство составной конструкции с множеством элементов, средство прикладываемой силы выполнено в виде составного вильчатого механизма, содержащее две щеки и кронштейн.

Крутящий момент на ведущем фланце возникает через проушину и щеку, а вторая щека совершает свободный поворот вокруг цапфы, обеспечивая тем самым только крутильную деформацию упругих элементов муфты [1].

Существенный недостаток известного устройства заключается в том, что оно не может быть использовано для испытания на кручение одного куска стального каната, имеет сложную конструкцию, большую массу и габариты.

Известно также устройство для испытания упругих муфт по патенту на полезную модель РФ № 199499, «Устройство для испытания упругих муфт», принятое за прототип [2]

Устройство [2] содержит испытуемую муфту с упругим элементом из стального каната, ведущую и ведомую фланцы муфты, неподвижную стойку с опорной лапой закрепленную с помощью крепежных средств к основанию устройства, цапфу центрирующего устройства с опорным основанием, крепежные резьбовые отверстия ведомого неподвижного и ведущего подвижного фланцев муфты, шип цапфы, рычаг с корневой и носовой - ступенчатой частями со средствами крепления и проушиной, стрелки со шкалой.

Существенный недостаток прототипа [2] также заключается в том, что устройство не может быть использовано для испытания на кручение одного куска стального каната и имеет сложную конструкцию.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение точного определения величины крутильной жесткости и коэффициента демпфирования упругих стержней из стального каната и композитных материалов различной формы исполнения и размеров путем применения специальных универсальных захватов и сборного корпусе «П» - образной конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что конструкция устройства для статического испытания выполнена только для одного отдельного канатного упругого элемента из канатов разных диаметров изготовленных с рабочей частью как дугообразной формы с различными радиусами, так и прямолинейной формы с различными рабочими длинами для чего поворотный и неповоротные части устройства выполнены в виде универсальных захватов со сменными вкладышами-сухариками, обеспечивающих возможность поэтапного крепления и испытания канатов с конкретными диаметрами, при этом поворотный универсальный захват снабжен боковым кронштейном, поворотной цапфой с подшипником, нагрузочным устройством с градуированной шкалой со стрелкой, а неповоротный универсальный захват снабжен продольным кронштейном с продольными пазами для возможности испытания упругих элементов (канатных отрезков) с различными длинами путем перемещения неповоротного захвата по пазам с последующей фиксацией положения захвата.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 - общий вид устройства;

фиг. 2 - вид устройства сбоку - со стороны поворотного захвата;

фиг. 3 - корпус универсального поворотного захвата;

фиг. 4 - крышка универсального поворотного захвата

фиг. 5 - универсальный неповоротный захват;

фиг. 6, 7 - внешние виды вкладышей-сухариков, у которых наружные диаметры одинаковы (для всех комплектов с целью обеспечения универсальности как подвижного, так и неподвижного захватов), а внутренние диаметры-разные, и выполнены под конкретные диаметры упругого канатного элемента.

Конструкция устройства для статических испытаний канатных упругих элементов на кручение представлена чертежами, на которых обозначены:

1 - Испытуемый на кручение упругий канатный элемент 1 (фиг. 1);

2 - Продольная пластина (фиг. 1);

3, 4 - Боковые кронштейны;

5, 6 - Винтовые соединения кронштейн 3, 4 к продольной пластине 2 (фиг. 1, 2);

7 - Отверстие для крепления бокового кронштейна 4 к рабочему столу при испытаниях упругого элемента (фиг. 1);

8 - Отверстие для удобства беспрепятственного монтажа упругого канатный элемент 1 (фиг. 1);

9 - Продольные пазы (фиг. 1), для возможности испытания канатных отрезков с различными длинами путем перемещения по ним универсального неповоротного захвата (фиг. 5) с последующей фиксацией положения;

10 - Крепежные винты для фиксации положения универсального неповоротного захвата (фиг. 1);

11 - Корпус универсального поворотного захвата (фиг. 1, 3);

12 - Крышка универсального поворотного захвата (фиг. 1, 4);

13, 22 - Сменные вкладыши-сухарики универсального поворотного и неповоротного захватов (фиг. 1);

14, 15 - Продольные полукруглые пазы корпуса 11 (фиг. 1, 3) и крышки 12 (фиг. 1, 4) универсального поворотного захвата под вкладыши-сухарики 13 (фиг. 1, 6, 7);

16 - Поворотная цапфа универсального захвата (фиг. 1);

17 - Винтовое соединение крышки 12 к корпусу 11 универсального поворотного захвата (фиг. 1);

18 - Винтовое соединение поворотной цапфы 16 к корпусу 11 (фиг. 1, 3) универсального поворотного захвата;

19 - подшипник поворотной цапфы (фиг. 1);

20, 21 - Корпус и крышка универсального неповоротного захвата (фиг. 1, 5);

23 - винтовое соединение крышки 21 с корпусом 20 универсального неповоротного захвата (фиг. 1);

24, 25 - Продольные полукруглые пазы корпуса 20 (фиг. 5) и крышки 21 (фиг. 5) универсального неповоротного захвата под вкладыши-сухарики 22 (фиг. 1, 6, 7);

26 - рычаг (фиг. 1, 2);

27 - стержень (фиг. 2);

28 - гири (фиг. 2);

29 - пластина с градуированной шкалой (фиг. 1, 2);

30 - стрелка (фиг. 2);

31 - шайба (фиг. 2);

32 - крепежный болт (фиг. 1, 2).

Устройства для статических испытаний упругих элементов на кручение, содержит испытуемый на кручение упругий канатный элемент 1 (фиг. 1), поворотную и неповоротную части, выполненные в виде универсальных поворотного (фиг. 3, 4), неповоротного (фиг. 5) захватов крепления упругого канатного элемента 1, средство прикладываемой силы (фиг. 2), продольную пластину 2 и боковые 3, 4 кронштейны (фиг. 1).

Крепление боковых кронштейн 3, 4 к продольной пластине 2 осуществляется с помощью винтовых соединений 5, 6 (фиг. 1, 2).

Боковой кронштейн 3 (фиг. 1) служит для размещения и крепления поворотного захвата (фиг. 3, 4) и средства прикладываемой силы (фиг. 1, 2).

Боковой кронштейн 4 (фиг. 1) предназначен для крепления устройства к рабочему столу (рабочий стол на фигурах не представлен), для чего предусмотрено резьбовое отверстие 7. Для удобства и беспрепятственного монтажа упругого элемента 1, боковой кронштейн 3, выполнена с отверстием 8 (фиг. 1).

Продольная пластина 2 (фиг. 1) выполнена продольными пазами 9 (на фиг. 1, представлен один из пазов 9 в разрезе), для обеспечения возможности испытания канатного упругого элемента 1 с различными длинами путем перемещения неповоротного захвата по пазам 9 (на фиг. 1, направления перемещения показаны стрелкам) с последующей фиксацией положения (захвата) крепежными винтами 10. Пазы 9 также могут служить для крепления устройства к рабочему столу (на представленных фигурах рабочий стол не представлен).

Поворотный универсальный захват (фиг. 3, 4) содержит корпус 11 (фиг. 1, 3), крышка 12 (фиг. 1, 4), сменные вкладыши-сухариками 13, продольные полукруглые пазы 14 (фиг. 1, 3), 15 (фиг. 4) под вкладыши-сухарики, и поворотную цапфу 16 (фиг. 1).

Крепление крышки 12 поворотного универсального захвата к его корпусу 11 осуществляется винтовым соединением 17 (фиг. 1).

Поворотная цапфа 16 (фиг. 1) крепится к корпусу 11 (фиг. 1, 3) универсального поворотного захвата с помощью винтового соединения 18 (фиг. 1).

Поворотная цапфа 16 (фиг. 1) снабжена подшипником 19.

Универсальный неповоротный захват (фиг. 5) выполнен из двух частей, корпуса 20 (фиг. 1, 5) и крышки 21 со сменными вкладышами-сухариками 22. Вкладыши-сухарики 22 (фиг. 1) неповоротного захвата аналогичны сухарикам 13 поворотного захвата.

Внешние виды вкладышей-сухариков в двух вариантах (под варианты применения упругого канатного элемента меньшего и большего диаметра каната представлены на фиг. 6, 7. Для обеспечения универсальности как подвижного (фиг 1, 3, 4), так и неподвижного (фиг 1, 5) захватов наружные диаметры всех вкладышей-сухариков выполнены одинаковыми, а внутренние диаметры-разные, под конкретные диаметры упругого канатного элемента 1 (фиг. 1, 6, 7).

Крепление крышки 21 (фиг. 1, 5) универсального неповоротный захвата к его корпусу 20 осуществляется винтовым соединением 23 (фиг. 1).

Нагрузочное устройство содержит рычаг 26 (фиг. 1, 2), стержень 27 (фиг. 2), гири 28 (фиг. 2), пластину 29 (фиг. 1, 2) с градуированной шкалой (фиг. 2), стрелку 30 (фиг. 2), шайбу 31 (фиг. 2), крепежный болт 32 (фиг. 1, 2).

Универсальность устройства обеспечивается следующими особенностями:

1. Одинаковостью наружных диаметров парных комплектов сменных вкладышей-сухариков 13, 22 (фиг. 1) и разными внутренними диаметрами (фиг. 6, 7) под упругий канатный элемент 1.

2. Проведением статических испытаний различных вариантов стальных канатных упругих элементов 1 с разной кривизной рабочей части, путем использования продольных пазов 9 (фиг. 1) на продольной пластине 2 (фиг. 1).

Порядок подготовки и проведения статических испытаний упругого канатного элемента 1 (фиг. 1) заключается в следующем.

1. Перед испытанием упругого канатного элемента 1 (фиг. 1) с кривизной составляют план испытаний, где в качестве основного исходного параметра является выбор максимального угла закручивания (канатного упругого элемента 1), например, 30°. Угол закручивания определяется по стрелке 30 и шкалы 29 (фиг. 2).

2. Устанавливают и закрепляют концы испытуемого образца упругого канатного элемента 1 (фиг. 1) с выбранной кривизной и диаметром каната, вкладышей сухариков 13, 22 в соответствующих универсальных составных поворотном (11, 12) и неповоротном (20, 21) захватах (фиг. 1).

3. Предварительной тренировкой испытуемого упругого канатного элемента 1 выбирают шаг регистрации крутящего момента по углу закручивания, например, через 2° с подбором соответствующего веса с помощью гирь 28 (фиг. 2).

4. Затем начинают приложение крутящим моментом упругому канатному элементу 1 со скоростью углового деформирования в пределах от 1 до 10 мм в минуту с регистрацией через каждый 2° величины соответствующего крутящего момента. При приложении крутящего момента с помощью нагрузочного устройства под действием рычага 26 (фиг. 1, 2) на цапфу 16 (фиг. 1) поворотного захвата, происходит угловая деформация средней-рабочей части канатного упругого элемента 1, поскольку один конец каната зафиксирована между корпусом 20 и крышкой 21 неповоротного захвата (фиг. 1). Для стабилизации упругодемпфирующих характеристик испытания канатного упругого элемента 1 следует производить не менее трех циклов.

5. После достижения, выбранного (например, 30°) угла закручивания канатного упругого элемента 1 (фиг. 1), начинают медленную разгрузку с соответствующей регистрацией крутящего момента.

6. В результате получают статическую нагрузочную характеристику канатного упругого элемента 1 (фиг. 1), в виде гистерезисной петли.

7. Обработкой нагрузочных характеристик определяют значения податливостей (или статических жесткостей) и коэффициенты демпфирования, которые можно использовать в качестве исходных данных при проектировании и создании широкого спектра модификаций канатных муфт.

Таким образом, вышеуказанные отличительные конструктивные особенности предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом [2] подтверждают новизну и универсальность устройства, которое обеспечивает определение крутильной жесткости и коэффициента демпфирования упругих стержней разной кривизны из стального каната различного диаметра, в том числе из композитных материалов.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для определения нагрузочной характеристики упругих канатных или композитных элементов на кручение. Сущность: устройство содержит боковые кронштейны (3, 4), прикрепленные к продольной пластине (2), неповоротную и поворотную части крепления испытуемого упругого элемента (1), средство прикладываемой силы, рычаг. Неповоротная и поворотная части выполнены в виде универсальных захватов со сменными вкладышами-сухариками (13, 22). Причем наружные диаметры всех вкладышей-сухариков (13, 22) выполнены одинаковыми, а внутренние диаметры – разными, под конкретные диаметры испытуемого упругого элемента (1). Поворотный захват крепится к боковому кронштейну (3) и снабжен поворотной цапфой (16) с подшипником, нагрузочным устройством и градуировочной шкалой со стрелкой. Неповоротный захват крепится к продольной пластине (2) с продольными пазами (9) для обеспечения возможности испытания упругих элементов (1) разной длины. Технический результат: точное определение величины крутильной жесткости и коэффициента демпфирования упругих или композитных элементов. 7 ил.

Устройство для статических испытаний упругих элементов на кручение, содержащее испытуемый на кручение упругий элемент, неповоротную и поворотную части крепления упругого элемента, средство прикладываемой силы, рычаг, отличающееся тем, что поворотная и неповоротная части устройства выполнены в виде универсальных захватов со сменными вкладышами-сухариками для закрепления только одного упругого элемента с возможностью его вариативности по размерам диаметра и длин, а также по выполнению его рабочей части как дугообразной формы с различными радиусами, так и прямолинейной формы, при этом поворотный универсальный захват крепится к боковому кронштейну и снабжен поворотной цапфой с подшипником, нагрузочным устройством, градуированной шкалой со стрелкой, а неповоротный универсальный захват крепится к продольной пластине с продольными пазами для испытания упругих элементов разной длины.