Стенд для испытания шатунов на усталость Советский патент 1989 года по МПК G01M13/00 

4

СП СП tvO

СП

РО

Изобретение позволяет повысить достоверность результатов испытаний. Устройство 2 для установки шатунов, механизмы статического и динамического нагружений и балка 10 с подвижным элементом 11 и опорой 12 размещены на раме 1. Механизм динамического нагружения выполнен в виде возбудителя 9 колебаний. Размещение на раме механизмов выполнено по сторонам от опоры 12 балки 10 на ее концах. Пружинный механизм выполнен в виде пакета тарельчатых пружин 14. Стенд позволяет получить на испытуемом шатуне большие динамические усилия при малых динамических нагрузках возбудителя. 2 ил. .о б

////

/////////4 ////// /////////////////

10

Изобретение относится к оборудованию для испытания деталей машин и может быть использовано для испытаний шатунов двигателей внутреннего сгора- ния на усталостную прочность.

Цель изобретения - повьшение достоверности результатов испытаний при заданном коэффициенте асимметрии цикла нагружения.

На фиг.1 изображен предлагаемый стенд, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Стенд содержит виброизолированную раму I, на которой размещены устройство 2 для установки под одинаковыми углами к горизонтали с помощью шарниров 3 и 4 двух шатунов 5 и 6 с датчиками 7 силы, пружинный механизм 8

балки позволяет увеличить значение амплитуды силы, действующей на шатун при прочих равных условиях, поскольку перемещение S пружины уже не зависит от перемещений, вызванных деформацией колеблющейся балки со стороны возбудителя колебаний.

Размещение механизма статического нагружения и вибратора по концам бал ки по сторонам шатуна обусловлено тем, что размещение статического механизма между шатуном и инерционным вибратором при работе стенда S режиме резонанса значительно снижает точность поддержания коэффициента асимметрии цикла на заданном уровне Поскольку энергия упругой деформации балки расходуется дополнительно на

15

статического нагружения, механизм ди-20 преодоление упругой деформации прупр

с и

- раст

В намического нагружения, выполненный в виде электродинамического возбудителя 9 колебаний и балки 10 с закрепленным на ней подвижным элементом 11, установленным в подшипниках опоры 12. 25 ляют по формуле Верхние головки шатунов 5 и 6 шарнир- но установлены на одной оси подвески г 13, закрепленной на балке 10. Механизм 8 статического нагружения и воз- где Р будитель 9 колебаний размещены с про- 30 тивоположных сторон от опоры 12 балки 10. Пружинньгй механизм 8 статического нагружения выполнен в виде пакета тарельчатых пружин 14, упиранлцих- ся в балку 10.35

Стенд работает следукшщм образом.

С помощью механизма 8 посредством тарельчатых пружин 14 воздействующих на балку 10, нагружают шатуны 5 и 6 до заданного значения силы пред- 40 варительного сжатия, фиксируемой с помощью датчика 7 силы. С помощью возбудителя 9 балка 10 совершает колебания в вертикальной плоскости. Развиваемые при этом циклические си- 45 лы упругой деформации балки 10 обеспечивают заданное значение аУвглитуДы переменной силы, которая, наклады- ваясь на постоянную составляющую си- ; лы предварительного сжатия шатунов, JQ обеспечивает заданный коэффициент асимметрии цикла. Достоверность результатов испытаний повышается за счет стабилизации силы предварительного сжатия шатунов 5 и 6 в процессе работы стенда.

Размещение механизма статического

нагружения и возбудителя колебаний -12 с г с противоположных сторон от опоры

жины, обеспечивающей предварительно сжатие шатуна и совершагадей упругие колебания в одной фазе с балкой, то коэффициент; асимметрии цикла опреде

P....I.,., (О Рраст е C S - амплитуда силы, эа

55

трачиваемой на деформацию пружины; усилия сжатия и ра тяжения соответственно;

жесткость пружины; перемещение пружин определяемое суммо перемещений за сче зазоров в шарнирны соединениях и дефо мации шатуна, а та же деформации само балки в режиме кол баний с учетом соо ношения плеч от оп ры балки до шатуна и до пружины, опре деляемого величиной Kg.

При испытаниях шатунов, на усталость для получения достоверных ре зультатов необходимо реализовать асимметричный цикл нагружения с Ko фицкентами асимметрии, равными т Значение коэффициента асимметрии ц ла может изменяться в пределах

5,

-им

10

52532

балки позволяет увеличить значение амплитуды силы, действующей на шатун при прочих равных условиях, поскольку перемещение S пружины уже не зависит от перемещений, вызванных деформацией колеблющейся балки со стороны возбудителя колебаний.

Размещение механизма статического нагружения и вибратора по концам балки по сторонам шатуна обусловлено тем, что размещение статического механизма между шатуном и инерционным вибратором при работе стенда S режиме резонанса значительно снижает точность поддержания коэффициента асимметрии цикла на заданном уровне. Поскольку энергия упругой деформации балки расходуется дополнительно на

15

преодоление упругой деформации пруляют по формуле г где Р

жины, обеспечивающей предварительное сжатие шатуна и совершагадей упругие колебания в одной фазе с балкой, то коэффициент; асимметрии цикла опредепр

с и

- раст

В ляют по формуле г где Р

P....I.,., (О Рраст е C S - амплитуда силы, эа

трачиваемой на деформацию пружины; усилия сжатия и растяжения соответственно;

жесткость пружины; перемещение пружины, определяемое суммой перемещений за счет зазоров в шарнирных соединениях и деформации шатуна, а также деформации самой балки в режиме колебаний с учетом соотношения плеч от опоры балки до шатуна и до пружины, определяемого величиной Kg.

При испытаниях шатунов, на усталость для получения достоверных результатов необходимо реализовать асимметричный цикл нагружения с Koailr- фицкентами асимметрии, равными . Значение коэффициента асимметрии цикла может изменяться в пределах

5,

-им

где P и РИЦ - нагрузки от газовых и инерционных сил соответственно.

Для обеспечения предварительного сжатия шатуна усилием в несколько тонн требуется применение, например, витой пружины большой жесткости и обеспечение соотношения плеч рычагов удовлетворяющего условию Kg 1. С другой стороиы, в динамике даже небольшие перемещения пружины приведут к существенным изменениям коэффициента асимметрии цикла по сравнению с заданной его величиной, особенно при увеличении за счет выработки зазоров в шарнирных соединениях при длительных испытаниях шатуна на усталость. Кроме того, введение пружины при одной и той же амплитуде возмущающей силы приводит к уменьшению нагрузки на шатун.

Выполнение пружины механизма статического нагружения в виде пакета тарельчатых пружин позволяет уменьшить жесткость С пружины при большой величине предварительного усилия сжатия шатуна и тем самым (согласно (1))

уменьшить значение величины Kg.

Стенд обеспечивает испытания шатунов на усталость при заданном козффи- циенте асимметрии цикла с высокой степенью точности его поддержания в течение всего процесса испытаний, что существенно повыщает достоверность результатов эксперимента в условиях, приближенных к реальным нагрузкам, действующим на шатун в двигателе от сил инерции и газовых сил на тактах сжатия и рабочего хода, которые, в основном, и определяют разру

шение шатуна. На предлагаемом стенде с достаточной степенью достоверности можно отрабатывать различные конструкции шатунов с целью определения их ресурса работы. Кроме того, стенд позволяет получить на испытуемом шатуне большие динамические усилия растяжения-сжатия при малых динамических нагрузках самого возбудителя колебаний, т.е. схема дает большой коэффициент усиления наг1)узки, который дополнительно возрастает а счет расположения шатунов под углом об к горизонтальной оси при at 30 .

Формула изобретения

Стенд для испытания шатунов на усталость, содержащий раму, устройство для установки шатунов, пружинный механизм статического нагружения , механизм Динамического нагружения, балку с подвижным элементом и опору балки,

на которой размещен подвижный эле мент, причем устройство для установки шатунов, механизмы статического и динамического нагружений и балка с подвижным элементом и опорой размеЩены на раме, а механизм динамического нагружения выполнен в виде возбудителя колебаний, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния достоверности результатов испытаний при заданном коэффициенте асимметрии цикла нагружения, размещение на раме механизмов статического и динамического нагружения выполнено по сторонам от опоры балки на ее концах, а пружинный механизм статического нагружения выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.

Ю

7//////4i/