Способ испытаний валов машин на усталость при кручении Советский патент 1991 года по МПК G01M13/02 

о со

Изобретение относится к машиностроению. Цель изобретения - повышение достоверности испытаний. При реверсивном вращении вала скорость реверсирования и угол поворота вала задают соотношениями Q - Циакс 2, (A sin а ад t + В cos b ад t) ; i 1 «i амакс Z, (С sin а ад t + D cos b ад t), i 1 где Qj ,- скорость реверсирования зала приводного агрегата ;Ц аКс максиная скорость реверсирования; А и В - амплитудные значения колебаний скорости реверсирования; а и b - эмпирические коэффициенты; ад - угловая скорость вала приводного агрегата; t - время вращения вала; угол поворота вала приводного агрегата; «макс -максимальный угол поворота ;С и D амплитудные значения колебаний угла по - ворота вала приводного агрегата. Способ позволяет более полно имитировать эксплуатационный характер нагружения валов машин при испытании, в результате чего повышается их достоверность. 1 ил. (Л С

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам испытаний деталей и узлов машин, например валопроводов и их элементов, и может быть использовано для ускоренной оценки параметров надежности и долговечности роводов и их элементов.

Цель изобретения - повышение достоверности-испытании.

На чертеже изображена конструктивная схема стенда для осуществления предлагаемого способа.

Стенд содержит приводной электродвигатель 1 либо с реверсивной тиристорной системой 2 управления, либо без зтой системы (но соединенный с силовозбудителем 3 с возвратно-поворотным действием выходного звена с возможностью регулирования угла его поворота). Вал приводного электродвигателя 1 с реверсивной тиристорной системой управления (или входной вал силовозбудителя 3) жестко связан через муфту 4 с испытуемым валом 5 с насаженным на свободный конец маховиком 6.

XI

Ьь

В эксплуатационных условиях при произвольном нагружении вала угол его закру- чивания прямо пропорционален скручивающей нагрузке, причем с изменением нагрузки одновременно .изменяется угол закручивания, т.е. оба эти процесса протекают одновременно и в одном направлении.

При такой взаимосвязи законы изменения идентичны.

При испытании валов инерционным на- гружением (с помощью, например, маховой массы) изменение угла поворота вала приводного агрегата, связанного с испытуемым валом, определяет (благодаря наличию маховой массы на свободном конце .вала) изменение угла закручивания испытуемого вала, а скорость реверсирования определяет угловую скорость маховой массы в процессе реверса и в итоге величину приложенной к валу нагрузки.

Поэтому, задавая закон измене.жя угла поворота вала приводного агрегата, задают закон изменения угла закручивания испытуемого вала, а задавая закон изменения скорости реверсирования (частоты реверса) задают закон изменения нагрузки, скручивающей испытуемый вал.

Поскольку в реальных условиях эксплуатации изменение нагрузки на вал приводит к адекватному изменению угла его закручивания, то и при испытаниях с целью приближения условий (характера нагруже- ния испытаний к эксплуатационным) необходимо одновременно и в одном направлении изменять угол поворота вала приводного агрегата и скорость его реверсирования, задав характер их изменения аналогично эксплуатационному,

В условиях эксплуатации скручивающие нагрузки (колебания крутящего момента - крутильные колебания) меняются по переменному закону и описываются соотношением

Мскр Ммакс

2, (A sin ад t + В cos b ад t).

О)

i - 1

Как следствие приложения нагрузки, угол закручивания испытуемого вала при эксплуатации (исходя из изложенного) также описывается аналогичным соотношением

d закр - «макс jЈ (С sin а ад t + D cos b ад t)

(2)

Мскр вал;

В уравнениях (1) и (2):

величина нагрузки, скручивающей

Ммакс максимальная величина скручи- вающей нагрузки;

А, В - амплитуда колебаний скручивающей нагрузки на валу;

a, b - эмпирические коэффициенты, отражающие влияние в условиях эксплуата- ции испытуемого вала на характер его динамического нагружения;

ад - угловая скорость вала;

t - время вращения вала, с;

«закр - угол закручивания вала;

&макс максимальный угол закручивания вала;

С, D - амплитуда колебаний угла закручивания вала, причем значения А, В, С, D при колебаниях

меняютзнак:

25

А, В, С, D 0 при 0 t tp; А, В, С, D 0 при tp t 2tp,

где tp - время вращения вала в одном направлении в течение одного крутильного колебания.

Коэффициенты а и b изменяются в зависимости от условий эксплуатации. Например, для мобильных энергетических средств (автомобили, тракторы, комбайны, самолеты) в зависимости от состояния дороги для

спектральной плотности воздействия в вертикальном направлении они изменяются в пределах: а 0,014-0,111; b 0,029-0,14.

Таким образом, уравнения (1) и (2), описывающие характер протекания процессов,

изменения скручивающей вал нагрузки и угла закручивания вала, справедливы для опи- сания характера изменения скорости реверсирования вала приводного агрегата и угла его поворота.

Поскольку нагрузка на вал при его испы

таниях задается реверсированием вала приводного агрегата (с учетом наличия маховой массы на свободном конце вала), а угол закручивания испытуемого вала - углом поворота вала приводного агрегата, то можно записать следующее;

Qj Олакс X (A sin а ад t + В cos b ад t);

i 1 55(3)

сц - «макс z, (С sin а ад t + D cos b ад t) ,

где Qi скорость реверсирования вала приводного агрегата;

Олакс максимальная скорость реверсирования;

А, В - амплитуда колебаний скорости реверсирования;

a, b - эмпирические коэффициенты; d) - угловая скорость вала приводного агрегата;

t - время вращения вала, с;

« - угол поворота вала приводного агрегата;

«макс - максимальный угол поворота вала приводного агрегата;

С, D - амплитуде колебаний угла пово- рота вала приводного агрегата.

При осуществлении способа испытуемый вал 5 устанавливают в опоры и жестко соединяют муфту 4 одним концом с приводным агрегатом 1 циклического (возвратно- поворотного)действия - электродвигателем с реверсивной тиристорной системой 2 управления или силовозбудителем 3 с возвратно-поворотным действием выходного звена с возможностью регулирования угла его поворота, причем входное звено сило- возбудителя связано с приводным агрегатом, не снабженным тиристорной системой управления. На свободном конце вала 5 неподвижно закрепляют маховик 6, приводят вал в циклическое вращательное движение - реверсирование, задавая при этом закон изменения скорости реверсирования и угла поворота (управляемого электродвигателя или выходного звена силовозбудителя), имеющих синфазный характер, согласий соотношениям (3) и (4). Это приводит к тому, что изменяются скорость и угол вращения маховой массы в обоих направлениях при реверсировании, что из-за ее инерционности приводит к нагружению испытуемого вала с изменением характера нагружения (уровень нагрузок и угол закручивания вала), идентичным характеру изменения скорости реверсирования и характеру изменения угла поворота вала приводного агрегата. Поскольку согласно способу законы изменения скорости реверсирования и

,-

5

0

203035

25

40

45

угла поворота вала приводного агрегата идентичны эксплуатационным, режимы испытания максимально приближены к эксплуатационным, что увеличивает достоверность испытаний.

Использование изобретения дает возможность более полно имитировать эксплуатационный характер нагружения валов машин при испытаниях, в результате чего повышается их достоверность.

Формула изобретения

Способ испытаний валов машин на усталость при кручении, включающий установку вала в захваты с последующим реверсивным вращением с заданными имеющими синфазный характер скоростью реверсирования и углом поворота вала, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний скорость реверсирования и угол поворота вала задают соотношениями;

Qi, ЈWc 2) (A sin а од t -I- B cos b од t);

I 1

a амакс 2) (С sin а од t + D cos b од t) , i 1

где Qt - скорость реверсирования вала приводного агрегата;

максимальная скорость реверсирования;

А, В - амплитудные значения колебаний скорости реверсирования;

a, b - эмпирические коэффициенты; од - угловая скорость вала приводного агрегата;

t - время вращения вала; О) - угол поворота вала приводного агрегата;

2макс - максимальный угол поворота;

С, D-амплитудные значения колебаний угла поворота вала приводного агрегата.

-Г

М

ч