Способ испытания торсионных валов на усталость и стенд для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01M19/00 

СП

с

Использование: в транспортном машиностроении. Сущноеть изобретения: торсионный вал до нагружения его циклическим моментом предварительно нагружают двумя изгибающими моментами в двух плоскостях, проходящих через ось вала, при этом нагружение одним из изгибающих моментов происходит в одной плоскости, а другим - в плоскости, перпендикулярной первой. Стенд снабжен механизмами предварительного нагружения каждого торсионного вала изгибающими моментами, направляющими, опорными площадками и средствами перемещения механизмов нагружения изгибающими моментами. Механизм предварительного нагружения крутящим моментом выполнен з виде лебедки с двумя барабанами с автономным приводом 2 с,п.ф-лы, 4 ил,

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к стендам для усталостных испытаний.

Известен стенд для испытания торсионных рессор на усталость.

Стенд содержит маховик, установленный в подшипники, боковые опорные кронштейны, механизм возбуждения резонансных колебаний и создания предварительных напряжений в испытуемых торсионных рессорах, которые соединяются одним концом с валом маховика.

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности испытания торсионных рессор с закручиванием на углы, равные или большие углов закручивания, наблюдающихся при эксплуатации, что ограничивается углом закрутки второй рессоры из-за необходимости закрутки первой рессоры на угол, в 2 раза превышающий номинал.

Указанный стенд не позволяет также производить испытания с учетом влияния реальных нагрузок.

Наиболее близким к изобретению является стенд для испытания торсионных валов на усталость, представляющий собой замкнутую кинематическую цепь, состоящую из редуктора предварительной закрутки, испытуемых торсионных валов, качающегося коромысла, несущего инерционный вибратор, соединенные между собой гибкой передачей. Асимметрия циклов нагружения обеспечивается предварительным закручиванием торсионов в захватах редукторов на равные по величине, но противоположные по знаку углы.

Недостатки стенда в том, что он не позволяет воспроизводить перекосы и сдвиги торсионных валов, которые в реальных условиях эксплуатации гусеничных машин наXIGO СЛ

xj СО

ь

гружают их дополнительными изгибными напряжениями.

Указанные перекосы возникают от несоосности и смещения опор торсионного вала и неизбежны в процессе изготовления, а также вследствие деформации корпуса машины при ее движении по дороге.

Недостатки этого стенда в том, что нагрузка от закручивания торсионных валов передается на червячные зацепления редуктора предварительной закрутки, что приводит к повышенному износу зубьев червячного зацепления и уменьшению их прочности, а также к изменению угла закручивания торсионных валов при их длительных усталостных испытаниях за счет износа зубьев и уменьшения их прочности.

Все это не позволяет получить фактическую гамму напряжений от изгиба и кручения, необходимую для оценки нагруженности торсионного вала при выборе его параметров.

Цель изобретения - повышение достоверности испытаний торсионных валов за счет приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации их,

Указанная цель достигается использованием способа испытаний, заключающегося в том, что вал до нагружения его циклическим моментом предварительно нагружают двумя изгибающими моментами в двух плоскостях, проходящих через ось вала, при этом нагружение одним из изгибающих моментов производят в одной плоскости, а другим- в плоскости, перпендикулярной первой.

Данный способ достигается стендом, который снабжен механизмами предварительного нагружения каждого вала изгибающими моментами, при этом каждый механизм снабжен направляющими, опорными площадками и средствами их переме- щения. Пассивные захваты опоры выполнены с рычагами.

Механизм предварительного нагружения крутящим моментом выполнен в виде лебедки с двумя барабанами для намотки тросов, имеющими автономные приводы, один из тросов соединен с рычагом пассив- ного захвата и одним из барабанов, а другой - с рычагом другого пассивного захвата и другим из барабанов.

Один из механизмов предварительного нагружения изгибающим моментом выполнен в виде связанного с пассивным захватом поворотного кронштейна, ось шарнира которого перпендикулярна оси испытуемого вала, другой механизм предварительного нагружения изгибающим моментом выполнен в виде опорного кронштейна, установленного с возможностью перемещения по направляющим параллельно оси шарнира первого механизма, а средство перемещения механизмов выполнено в виде винтов,

взаимодействующих с опорными площадками и соответствующими кронштейнами, при этом механизмы предварительного нагружения изгибающими моментами расположены последовательно со стороны

0 пассивного захвата каждого испытуемого вала.

На фиг.1 изображена принципиальная схема стенда, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - схема нагружения испы5 тываемого торсионного вала; на фиг.З - боковая опора с механизмами нагружения изгибающими моментами; на фиг,4 - разрез А-А на фиг.З.

Нагружение торсионных валов указан0 ным способом позволяет исследовать упругие характеристики валов и проводить выбор рациональных режимов заневолива- ния, а также исследовать влияние технологических перекосов опор валов и упругих

5 деформаций днища и блика подвески гусеничных машин на усталостную прочность валов.

Стенд для испытания состоит из торсионных валов) маховика 1 со сферическими

0 подшипниками, боковых опор 2, механизма предварительного нагружения крутящим моментом, выполненного в виде лебедки 7 с двумя барабанами, механизма нагружения циклическим крутящим моментом, который содержит электродвигатель 3 привода, бесступенчатый привод 4, кривошипно-ша- тунный механизм 5, муфту 6 фрикционную, пульт 8 управления (не показан), стойки 9 управления.

0 Маховик 1 с активными захватами на его торцах выполнен в виде вала с набором дисков, устанавливаемого на подшипниках. Установка различного числа дисков на вал дает возможность регулировать резонанс5 ную частоту колебаний торсионных валов 10. зависящую от жесткости торсионных валов и момента инерции маховика.-Привод 4 при помощи троса 11 сообщает маховику возвратно-колебательное движение, вос0 полняя потери энергии в опорах и на торси- онных валах при установившемся движении.

Боковая опора 2 содержит поворотный вал 12 с пассивным захватом 13 и рычагом

5 14 для установки торсионного вала 10 и предварительного нагружения его крутящим моментом с помощью тросов 23, поворотного кронштейна 17 с поворотом вокруг оси 18 винтом 20, для предварительного нагружения торсионного вала изгибающим

моментом; опорный кронштейн 19 с перемещением по направляющей 22 винтом 21, для предварительного нагружения вала изгибающим моментом в другой плоскости, рычаг 15 для фиксации торсионного вала относительно корпуса винтами 25 жестко на упор 16.

Электродвигатель 3 приводит в колебательное движение резонансную систему торсионный вал - маховик от среднего зна- чения угла предварительно закрученного торсионного вала.

Кривошипно-шатунный механизм 5 предназначен для преобразования вращательного движения в возвратно-колебатель- ное и изменяет угол колебания торсионных валов за счет поворота кривошипа при помощи червячной передачи (не показана).

Бесступенчатый привод 4 обеспечивает совпадение собственной резонансной час- тоты системы торсион - маховик с частотой импульсов энергии, подводимой электродвигателем 3. Достигается за счет бесступенчатого регулирования числа оборотов.

Муфта 6 фрикционная представляет со- бой набор фрикционных дисков, одни из которых имеют внутренние шлицы и сидят на валу, другие - наружные - сидят в барабане. Фрикционная муфта передает движение от кривошипно-шатунного механизма на маховик 1 при помощи троса 11. При поломке торсионного вала муфта пробуксовывает, обеспечивая сохранение привода.

Лебедка 7 состоит из установленных на раме следующих агрегатов: приводной асинхронный двигатель, тормоз ТКТГ-200М, редуктор лебедки, состоящий из червячной и планетарной передач и двух барабанов. расположенных на соосных валах.

Стенд работает следующим образом.

Устанавливают торсионные валы в гнезда активных захватов маховика 1 и гнезда пассивных захватов боковых опор 2. Вращением винта 20 разворачивают пассивные захваты 13 в каждой опоре 2 для приложе- ния крутящего момента Мкр.2 к торсионным валам с целью его изгиба. Максимальный угол перекоса + 1°. Вращением винта 21 и вывинчиванием аналогичного винта сдвигают опорный кронштейн 19 в каждой опоре 2 для приложения изгибающего момента Мизг. к торсионным валам. Максимальная несоосность + 10 мм. Нажимают кнопку Пуск электролебедки 7 и производят выборку троса 23г Выключают электролебедку и осматривают трос: правильно ли он расположен по блокам и барабану. Включают электролебедку и производят закрутку торсионного вала. Угол поворота торсионного вал максимальный р макс 80°. При установке двух торсионных валов одинаковой длины и жесткости каждый закручивают на максимальный средний угол р ср-макс 40° и маховик разворачивают делением 40° против положения О. При этом одновременно от соеднего положения сместятся заделки тросов на маховике 1 и фрикционной муфте 6. При подходе к.заданному углу нажимают на кнопку Стоп электролебедки. Вводят винтом 24 в шлицевое зацепление с поворотным валом 12 рычаг 15. Опорный винт 25 упирают в корпус поворотного кронштейна 17 и подкладывают опорный брус 16 с прокладками. Опорный винт 25 освобождают от нагрузки.

Включают реверс электролебедки, нажимают на кнопку Пуск электролебедки и освобождают трос от нагрузки. Нажимают кнопку Стоп электролебедки и рукоятку реверса устанавливают в нулевое положение. Рычагом переключения барабанов электролебедки выключают барабан, на котором производят работу и включают второй барабан. Нажимают кнопку Пуск электролебедки и производят выборку троса от второго барабана. Следят за рычагом 14. Его необходимо стронуть с опорного бруса и всю нагрузку передают на трос. Выключают электролебедку и осматривают трос: правильно ли он расположен по блокам и барабану. Выводят во второй боковой опоре 2 винтом 24 из шлицевого зацепления поворотного вала рычаг 15. Включают электролебедку и производят закрутку второго торсионного вала. Максимальный угол поворота второй опоры торсионного вала также риакс - 80°. Если первая опора торсионного вала повернута на +80°, а вторая - на -80°, то при одинаковой длине и жесткости торсионных валов маховик 1 займет свое первоначальное положение О, а торсионные валы закручены крутящим моментом МКр на средний угол р Ср макс. 80°. от которого ведется раскачка. Заделки троса на маховике и фрикционной муфте займут исходное положение. При подходе к заданному углу закрутки нажимают на кнопку Стоп электролебедки. Вводят винтом 24 в шлицевое зацепление с поворотным валом 12 рычаг 15 данной боковой опоры. Опорный винт 25 упирают в корпус поворотного кронштейна 17 и подкладывают опорный брус 16с прокладками. Опорный винт освобождают от нагрузки. Включают реверс электролебедки, нажимают на кнопку Пуск электролебедки и освобождают трос от нагрузки. Нажимают кнопку Стоп электролебедки и рукоятку реверса устанавливают в нулевое положение. Выжимают

педаль муфты 6 фрикционной. Нажимают кнопку Пуск электродвигателя 3. Рукояткой оборотов бесступенчатого привода 4 подбирают число оборотов, примерно соответствующее расчетной резонансной частоте, по формуле

,с/ч п

п -я- У (об/мин) или (цикл/м ин);

1Л 1м

где G- приведенная жесткость системы торсионных валов,кг/см;

1м,- момент инерции маховика, кг/см-с Отпускают педаль муфты фрикционной. Вращением рукоятки червячной передачи кривошипно-шатунного механизма 5 медленно выводят кривошип из нулевого положения, тем самым создавая раскачку маховика. Рукояткой оборотов бесступенчатого привода корректируют скорость соответствующей реальной резонансной частоте, что соответствует также минимальному току на амперметре, потребляемому электродвигателем 3.

Формула изобретения

крепления одноименных концов испытуемых валов, боковые опоры с пассивными захватами для крепления других концов испытуемых валов, связанные с механизмом

предварительного нагружения валов крутящим моментом, механизм нагружения циклическимкрутящиммоментом, взаимодействующим с маховиком, отличающийся тем, что он снабжен механизмами

предварительного нагружения каждого вала изгибающими моментами, направляющими, опорными площадками и средствами пе- ремещения механизмов нагружения изгибающими моментами, пассивные захваты выполнены с рычагами, механизм предварительного нагружения крутящим моментом выполнен в виде лебедки с двумя барабанами для намотки тросов, имеющими автономные приводы, один из тросов соединен с рычагом одного пассивного захвата и одним из барабанов, а другой - с рычагом другого пассивного захвата и другим из барабанов, один из механизмов предварительного нагружения- изгибающим

моментом выполнен а виде связанного с пассивным захватом поворотного кронштейна, ось шарнира которого перпендику- оси испытуемого вала, другой механизм предварительного нагружения

изгибающим моментом выполнен в виде опорного кронштейна, установленного с возможностью перемещения по направляющим параллельно оси шарнира первого механизма, а средство перемещения механизмов выполнено в виде винтов, взаимодействующих с опорными площадками и соответствующими кронштейнами, при этом механизмы предварительного нагружения изгибающими моментами расположены последовательно со стороны пассивного захвата каждого испытуемого вала.

J

&

с

т п t- ю сп

25

25

Фиг Л