Стенд для испытания шатунов на циклическую прочность Советский патент 1991 года по МПК G01M13/00 

А-Аft

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания шатунов на циклическую прочность. Цель изобретения - повышение достоверности испытаний за счет приближения испытаний к реальным условиям работы шатунов„ Изобретение

4ь С

т/////:

/S///// S//// ////

4

позволяет повысить эффективность и достоверность получаемых результатов испытаний шатунов на усталостную прочность путем включения в стенд допол- . нительного возбудителя циклической нагрузки в виде неуравновешенных шкивов 14, синхронизированных между со- ,бой и закрепленных к нижней головке испытуемого шатуна 5 посредством

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания шатунов на циклическую прочность.

Известно устройство для испытания шатунов на циклическую прочность, содержащее средства для установки испытуемого шатуна на станине и связанный с ним центробежный возбудитель циклической нагрузки, выполненный в виде неуравновешенного шкива. Приводной неуравновешенный шкив установлен на валу, конец которого размещен в отверстии нижней головки шатуна „ а в число элементов средства для установки испытуемого шатуна на станине стенда входят три других испытуемых шатуна.

Такое выполнение стенда вызывает нагрев нижней головки шатуна за счет трения вала в отверстии нижней головки шатуна и приводит к перекосу конца вала в этом отверстии за счет разброса размеров межцентровых расстояний шатунов, устанавливаемых на стенде. Вследствие неодинакового расположения испытуемых шатунов на данном стенде относительно неуравновешенного шкива условия их испытания (нагружения) различны. Поэтому стенд не обеспечивает получени достоверных результатов испытаний,

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для испытания шатунов на циклическую прочность, содержащий средство для установки испытуемого шатуна на станине и связанный с ним центробежный возбудитель циклической нагрузки, выполненный в виде неуравновешенного шкива, средство для установки испытуемого шатуна выполнено в виде коромысла, размещенного на станине и имеющего отверстие в его средней части, элементы лля шарнирной связи одной головки шатуна со

втулок 12 и подшипников 13 качения Работа дополнительного возбудителя циклической нагрузки согласована с работой основного нагружателя испытуемого шатуна 5 - гидроцилиндра, который расположен параллельно оси Испытуемого шатуна 5 и перпендикулярно осям нагрузочного стержня 6 и коромысла 3. 2 ил.

0

5

0

5

0

5

0

5

станиной, стержень, одним концом установленный в отверстиях коромысла и другой головки шатуна, а другим шарнирно связанный со станиной, и пружины для упругой подвески свободного коромысла относительно станины. Приводной неуравновешенный шкив стенда смонтирован на подшипниках качения.

Однако при таком выполнении стенда не воспроизводится реальная нагруа ка шатуна, так как центробежный возбудитель циклической нагрузки в виде неуравновешенного шкива способен нагружать испытуемую деталь силой, изменяющейся по величине и направлению аналогично синусоиде, т.е. испытуемый шатун подвергается только растяжению-сжатию,а величины силы, если пренебречь гравитационными силами (силой тяжести нагружателя стенда) , как при растяжении шатуна, так и при сжатии равны, и происходит испытания не шатуна, а шатунных болтов на растяжение. Действительную суммарную силу, воздействующую на нижнюю головку шатуна при работе двигателя, в любом положении коленчатого вала описывает годограф сил, действующих на шатунный подшипник. Кроме того, реальная нагрузка шатуна не воспроизводится потому, что не учтено влияние инерционных сил, возникающих при работе двигателя в криво- шипно-шатунном механизме, в частности шатуне, которыми при оборотах коленчатого вала автомобильных карбюраторных двигателей, достигающих 3200... 6000 об/мин, а в отдельных случаях 9000...12000 об/мин, пренебречь нельзя. Учесть инерционные силы необходимо и потому, что на нижней головке сосредоточено около 75% массы шатуна. В результате действующих сил при работе кривошипная головка

шатуна подвергается изгибу и растяжению в среднем сечении кривошипной рышки от действия сил инерции воз-.- вратно-поступательно движущихся масс , Кроме того, центробежный возбудитель циклической нагрузки, примением мый для создания сил величиной несколько тонн и более, не является безопасным из-за больших инерционных сил.

Цель изобретения - повышение достоверности испытаний за счет приближения испытаний к реальным условиям работы шатунов.

Стенд для испытания шатунов на цик лическую прочность, содержащий установленное на основании коромысло с концевой частью, стержень, снабженный посадочным местом для кривошип- ной головки испытуемого шатуна и одним концом установленный в отверстии коромысла, а другим шарнирно связанный с основанием, элементы для шарнирной связи поршневой головки шатуна с основанием, пружины для упругой подвески концевой части коромысла относительно основания, центробежный возбудитель циклической нагрузки в виде неуравновешенного шкива, установлен- ного на стержне, дополнительно снабжен пульсатором, гидроцилиндром и обоймой, гидроцилиндр гидравлически связан с пульсатором, PJTOK гидроцилиндра шарнирно соединен с обоймой, обойма размещена на стержне, при этом ось гидроцилиндра расположена параллельно прямой, проходящей через ось элемента шарнирной связи поршневой головки шатуна и ось посадочно- го места для кривошипной головки шатуна и перпендикулярно осям стержня и коромысла, а центробежный возбудитель циклической нагрузки выполнен в виде двух синхронизированных между собой шкивов, размещенных с двух сторон посадочного места для кривошипной головки шатуна.

Положительный эффект, заключается

в создании условии испытания шатунов на циклическую прочность, приближен- ных к реально существующим. Применение гидравлического нагружателя шатуна совместно с дополнительными центробежными возбудителями цикличес кой нагрузки нижней головки шатуна . позволяет воспроизводить любую нагрузку на шатун с учетом сил инерции.

,5

Q

15

- 20 25JQ,, Q 45

50

55

При включении стенда одновременно включается и испытательная машина, генерирующая импульсы давления, передаваемые в гидроцилиндр нагружения, и привод центробежного возбудителя циклической нагрузки. Воздействие штока гидроцилиндра нагружения на нагрузочный стержень посредством последнего передается на шатун. Испытуемый шатун нагружается продольно оси последнего согласно выбранному и заданному испытательной машине режиму нагружения в зависимости от числа тактов двигателя, степени нагружения, а также скоростного режима работы двигателя. Так как оси штока гидроцилиндра и испытуемого шатуна параллельны, а ось стержня нагружения им перпендикулярна, заданный закон нагружения сохраняется . Так как ось коромысла перпендикулярна оси испытуемого шатуна, -|Нагружение на коромысло практически отсутствует, что также способствует сохранению закона нагружения.

Возбудители циклической нагрузки, например центробежные, выполненные в виде неуравновешенных шкивов, пятся к нижней головке шатуна посредством втулок и подшипников качения. Возбудители циклической нагрузки нагружают нижнюю головку шатуна циклической силой, аналогичной инерционным силам, изменяющейся по окружности нижней головки шатуна Работа возбудителя циклической нагрузки нижней головки согласована с работой испытательной машины для воет произведения реальной нагрузки шатуна, так iKaK и осевая нагрузка шатуна, и направление инерционных сил зависят от утла поворота коленчатого вала. Согласование возбудителей циклической нагрузки осуществляется с целью исключения появления разворачивающего и изгибающего шатун момента сил,

На фиг.1 представлена схема стенда для испытания шатунов, на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1.

На станине ,1 с помощью пальца 2 смонтировано коромысло 3, Палец 4 предназначен для установки верхней головки испытуемого шатуна 5 на станине. Нагрузочный стержень 6 одним кольцом шарнирно связан со станиной 1. Другой конец стержня 6 размещен в отверстии .коромысла 3 и в отверстии

нижней головки испытуемого шатуна 5. К нагрузочному стержню 6 через обойму 7 шарнирно прикреплен шток 8 нагрузочного гидроцилиндра 9, под- 5 ключенного к пульсатору испытательной машины (не показана). Ось штока 8 гидроцилиндра 9 параллельна оси спытуемого шатуна 5 и перпендикуярна оси нагрузочного стержня 6, а ю сь коромысла 3 перпендикулярна осям

атуна 5, стержня 6 и штока 8, Конец 10 коромысла 3 связан со станиной 1 через пружины 11, обеспечивающие упругую подвеску этого конца коромыс 15 ла. К нижней головке испытуемого шатуна 5 с помощью втулок I2 и подшипников 13 качения прикреплены неуравновешенные шкивы 14 (центробежные возбудители циклической нагруз- 20 ки). Стенд имеет датчик 15 для отключения привода неуравновешенных шкивов 14 и испытательной машины при деФормации испытуемого шатуна, превышающей заданное значение. 25 Стенд работает следующим образом. Испытуемый шатун 5 устанавливают

посредством пальца 4 на станине, , , Стержень 6 размещают в отверстии коромысла 3 и отверстии нижней голов- 30 ки шатуна 5, предварительно к которой прикреплены неуравновешенные шкивы 14 посредством втулок 12 и подшипников 13 качения. С пуском испытательного стенда включается привод 25 (не показан) пульсатора 16 и привод (не показан) вращения дополнительного средства нагружения - шкивов 14. Импульсы давления,,генерируемые пульсатором 16, в гидроцилиндре 9 превра- 40 щаются в возвратно-поступательное . перемещение штока 8, вследствие чего посредством стержня 6 шатун 5 нагружается согласно заданному режиму. Геометрия взаиморасположения узлов 45 (деталей) стенда сохраняет заданный закон нагружения,

Центробежные возбудители циклической нагрузки - неуравновешенные шкивы 14, нагружая нижнюю головку шату- jO на, работают согласованно с пульсатором 16 стенда и вращаются с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя (частоте работы пульсатора), если испытываются ша- туны компрессора, поршневого насоса или двухтактного двигателя внутреннего сгорания, или вращаются с частотой, в два раза большей частоты

работ пульсатора, если испытывается шатун четырехтактного двигателя. Вследствие этого как частота нагружения шатуна, так и направление на- Тгрузки согласованы,вследствие чего обеспечиваются реальная нагрузка шатуна и достоверные результаты испытаний В процессе испытаний при достижении деформации шатуна заданного значе-. ния датчик отключает стенд,

Предлагаемый стенд позволяет расширить диапазон воспроизведения действующих нагрузок на шатун, повысить безопасность работы устройства за счет использования в качестве нагружателя гидроцилиндра. Таким образом, применение стенда повышает эффективность испытаний, так как полностью воспроизводится любая реальная нагрузка на испытуемую деталь, в том числе с учетом сил инерции, и, следовательно, результаты испытаний являются достоверными.

Формула изобретения

Стенд для испытания шатунов на циклическую прочность, содержащий установленное на основании коромысло с концевой частью, стержень, снабженный посадочным местом для кривошипно головки испытуемого шатуна и одним , концом установленный в отверстии коромысла, а другим юарнирно связанный с основанием, элементы для шарнирной связи поршневой головки шатуна с основанием, пружины для упругой подвески концевой части коромысла относительно основания, центробежный возбудитель циклической нагрузки в виде неуравновешенного шкива, установленного на стержне, о т л и ч a torn, и и с я тем, что, с целью повышения достоверности испытаний за счет приближения испытаний к реальным условиям работы шатунов, он снабжен пульсатором, гидроцилиндром и обоймой, гидроцилиидр гидравлически связан с пульсатором, шток гидроцилиндра шарнирно соединен с обоймой, обойма размещена на стержне, при этом ось гидроцилиндра расположена параллельно прямой, проходящей через ось элемента шарнирной связи поршневой головки шатуна и ось посадочного места для кривошипной головки шатуна и перпендикулярно осям стержня и коромысла, а центробежный возбудитель циклической нагрузки выполнен в

виде двух синхронизированных между собой шкивов, размешенных с двух

П// ////////////////// ////////Г/7/

;Н

сторон посадочного места для криво- |шипной головки- шатуна.

Риг.1