Стенд для динамических испытаний Советский патент 1983 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к испытатёл ной технике и предназначено для дина мических испытаний изделий на воздей ствия, имитирующие реальные условия их эксплуатации. Известен стенд для воспроизведения сложных законов движения, снабженный автономными приводами 1. Однако указанный стенд решает ограниченные задачи. Известен стенд, имеющий три независимых привода и вращающиеся противовесы. Достоинство указанного стенда состоит в том, что на нем возможно воспроизведение большой номенклатуры испытательныхвоздействий, причем благодаря применению вращающихся противовесов удалось в значительной степени компенсировать возмущающие моменты и снизить мощность приводов 23. Однако конструктивное решение ком пенсации возмущающих моментов в указанном стенде не обеспечивает необхо димой степени точности испытательных воздействий. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стенд содержащий платформу с вертикальной осью вращения, расположенную на ней раму с горизонтальной осью вращения на которой установлена платформа с возможностью радиального перемещения относительно вертикальной оси посредством кулачка с регулируе1 лм наклоном и ролика., и три автономщлх привода платформ С31. К недостаткам известного стенда относится следующее. На валу третьего привода имеется неуравновешенный момент от сил инерции При работе стенда в его приводах возникают моменты сопротивления от сил инерции. Для третьего привода момент сопротивления определяется вы ражением if. stn4. (1) где 2 - MONjeHT инерции вращающей, ся части третьего привода относительно оси вращения угловая скорость вра1;;ения первого привода, 1/с; угловая скорость вращения второго привода,1/с; Момент сопротивления М, воздействуя на третий привод, вызывает колебание угловой скорости привода, которое определяется выражением . Wj « sinYj . (2) Погрешность угловой скорости з i вызванная моментом сопротивления М, определяется выражением V, if.sinctsinMn э т Расчеты показали, что погрешность угловой скорости f3 о действия момен та М может достигать 18-20%. Из выражения (З) видно, что для уменьшения погрешности Vj необходимо уменьшить угловую скорость первого привода, либо увеличить угловую скорость третьего привода стенда. Все это ведет к уменьшению диапазона, воспроизводимых на стенде испытательных воздействий и снижению его точностных характеристик. Стол для установки объекта испытания и симметрично ему противовес приводятся во вращение от автономных электродвигателей. Использование дополнительного электродвигателя в противовесе требует выполнения условия §Ч (4, ) - момент инерции вращающих ся частей в противовесе. Невыполнение условия (4) ведет к увеличению момента сопротивления на втором приводеi Если для выполнения условия (4 ) на противовесе будет поставлен электродвигатель, аналогичный третьему приводу, то необходимо будет обеспечить полную синхронизацию двух электродвигателей по углу и по фазе, что технически обеспечить крайне трудно и требует дополнительного оборудования. Введение дополнительного электродвигателя в противовесе привело к увеличению общей мощности стенда вообще, а второго привода в частности. Сказанное подтверждается следующими выражениями: ,j , Z2 2-7„-2 Ч МрА Чгде -Ьр - время разгона второго привода, .с/ t - время перехода с одного параметр а испытания на другой tJp4для второго привода, с; время торможения второго привода (в случае отсутствия тормозного момента двигателя ); 7 приведенный момент энер гии к валу второго привода;

l2 момент сопротивления на

валу второго привода; MO- момент, разбиваемый электродвигателем второго привода.

Из выражений (5 },(б ), (7 ) видно, что с увеличением момента инерции З, (от установки электродвигателя в прс тивовесе ), увеличивается время пуска перехода с одного режима испытаний на ддаугой и время торможения. Это ведет к уменьшению эффективности использования стенда за смену. Увеличение времени цикла испытаний не позволяет использоватьданный стенд для изделий с ограниченным ресурсом.

Уменьшить время цикла испытаний можно лишь за счет увеличения мощности электродвигателя второго привода.

Имеют место неблагоприятные условия работы электродвигателей третьего приводу и противовеса.

При работе стенда электродвигатель третьего привода и противовес находятся в поле ускорений, создается первым и вторым приводами. Это ведет к ухудшению условий коммутации из-за воздействия центробежньпс сил на щетки коллектора, а ракже к дополнительным нагрузкам на валы электродвигателей, что ведет К их деформации.

Указанные недостатки полностью устранены в предлагаемом-стенде для динамических испытаний.

Цель изобретения состоит в повышении точности восЬроизведения задаваемых законов движения, расширении диапазона воспроизводимых на стен- . де испытательных воздействий.

Цель- достигается тем, что электродвигатель третьего привода установлен соосно с электродвигателем второго привода, а его корпус жестко сое.динен с валом двигателя второго привода, при этом вал электродвигателя третьего привода соединен гибкими связями.с валами, установленными симметрично на периферии рамы, жестко соединенной с валом двигателя второго привода.

На чертеже изображен стенд для динамических испытаний, общий вид.

Стенд включает установленную на шпиндельном узле 1 платформу 2. На платформе 2 расположен двигатель 3 с горизонтальной осью вращения, вал которого соединён с рамой 4 и корпусом электродвигателя 5 третьего привода. Рама 4 имеет две направляющие 6 и два валика 7, приводикых во вращение от зубчато-цепной передачи 8. Каретка 9 включает в себя зубчатую передачу и устройство Ю для изменения угла оС . На выходном валу устройства 10 находится стол, на котором устанавливается объект 11 испытаний. Каретка 9 вместе с зубчатой передачей, устройством 10 и оовектом 11 испытаний может перемещаться вдоль направляющей 6. Вращение на объект 11 испытаний передается от электродвигателя 5 через зубчатоцепную передачу 8, зубчатую передачу каретки 9 и через устройство 10. Противовес 12, который выполнен аналогично каретке 9, соединен с последней рычагом 13. Ось вращения рычага

13 расположена на штанге 14, которая жестко защеплена на раме 4. Противовес 12 снабжен роликом 15, который под действием разности радиальных сил прижимается к направляющему кулачку 16.

Стенд работает следукицим образом. На стол каретки 9 устанавливается объект 11 испытаний. .На объект 11 испытаний подается необходимое :элекпропитание. На столе противовеса 12 устанавливается уравновешивающаяся масса, которая немного больше (0,5 кг) массы объекта 11 испытаний. Это необходимо для того, чтобы при работе

стенда возникала разность центробежных сил, создаваемых первым приводом. Далее по известным режимам испытаний определяется, величина угла у и выставляется угол наклона направляющего кулака 16 к оси второго привода 3.

Величина угла -г определяется выражением

.2

(8

гагссоз

г)

где Ь - расстояние от центра масс объекта испытаний до оси вращения второго привода, м;

R - расстояние от центра масс

объекта испытаний до оси .вращения первого привода,м. Далее последовательно включаются электродвигатели: третьего привода 5, первого 1 и второго 3 приводов. Под действием разности центробежных сил, действующих в результате работы трех приводов имитационного стенда, объект 11 испытаний получает вращение вокруг собственной оси, которая в свою очередь описывает коническую поверхность с углом dL при вершине в поле , ускорения, создаваемое первым приводом 1. При этом объект 11 испытаний совершает воз вратно-поступательное движение вдоль оси конуса от напргшляющего кулачка 16.

В результате применения указанного устройства удалось достигнуть следующего.

Повысилась точность воспроизведения задаваемых законов движения.

Использование одного электродвигателя для изделия и противовеса ведет к выпОлнен ию условия (4). УглоВые скорости противовеса и объекта испытаний будут всегда синхронны и синфазны, а точность компенсации моментов сопротивления от сил инерции на валу изделия и противовеса будет определяться степенью идентич ности изготовления противовеса и объ екта испытаний, т.е. 2.0 22 Значит, если выполнить условие 3-Zn , то колебания угловой скороети tf3 будут сведены к минимуму. Одновременно с этим достигается компен сация момента сопротивления Мэ от сил инерции в третьем приводе. Из выражения (1 ) видно, что напра ление момента сопротивления М от си инерции, действующего на вал изделия и вал противовеса, противоположны . друг другу. Значит, эти моменты буду восприниматься гибкими связями в вид зубчатых цепей, будут уравновешивать друг друга и не будут передаваться связями непосредственно на электродв гатель, т.е. электродвигатель не будет воспринимать воздействие моментов сопротивления от сил инерции. Благодаря компенсации указанного момента сопротивления от сил инерции расширился диапазон воспроизводимых на стенде испытательных воздействий с заданной погрешностью). Одновремен но с этим последовательное, т.е. соосное расположение второго и третьего электродвигателей, позволяет складывать их угловые скорости, если они вращаются в одну сторону. Если электродвигатели вращаются в разные стороны, то их угловые скорости вычитаются, в результате чего диапазон изменения скорхэсти вращения объекта испытаний увеличивается. Значительно снизилась масса вращающихся частей стенда и моидаость приводов, улучшились условия эксплуатации электродвигателя третьего привода, так как отсутствуют центробежные силы, которые нарушает контакт щеток с коллектором электродвигателя. ГГспользуя один электродвигатель для вращения изделия и противовеса, общая мощность приводов стенда уменьшилась . &лагодаря уменьшению приведенного момент,а инерции к валу второго привода Jzo Из выражений (5), (б ) и 17 ) видно, что уменьшение приведенного мокЕнта З зедет к уменьшению мощности второго привода, либо к уменьшению времени цикла испытаний, что ведет к повышению эффективности использования стенда за сменуj ,т.е. повышается КПД стенда.

СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ, содержащий платформу с вертикальной осью вращения, расположенную на ней раму с горизонтальной осью вращения, на которой установлена платформа с возможностью радиального переьющения относительно вертикальной оси посредством куЛачка с регулируемым наклоном и ролика, и три автономных привода платформ, о тли чающий с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона и повьшения точности воспроизведения задаваемых законов движения, электродвигатель третьего привода установлен соосно с электродвигателем второго привода, а его корпус жестко соединен с валом двигателя второго привода, при этом вал двигателя третьего привода соединен с гибЫми связями свалами, установленными симмет (Л рично на периферии pcU4bi, жестко соединенной с валом двигателя второго привода. to да