Способ испытания на долговечность цилиндрического вала и устройство для его реализации Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

6 if I 8 7 Ю/1

,iIt .

i

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способу определения долговечности цилиндрических валов и устройству для его реализации. Цель изобретения способа - повышение достоверности за счет снижения локальных напряженки и учета затрат энергии на преодоление сил трения в устройстве и диссипацию материалом вала. Цель изобретения устройства - повышение достоверности за счет снижения локальных напряжений и моделирования диссипации энергии. Моделируют параметры вала, условия и порядок нзгружения модели вала с имитацией его напряженного состояния и регистрацией затрат энергии деформирования модели вала с учетом расхода ее на трение. Устройство содержит основание в виде цилиндра 1. опоры 2, 3, 5 модели вала 4, гидроцилиндр 16 осевой нагрузки и гидроцилиндр 14 закручивающей нагрузки. Имитация кругового изгиба вала 4 достигается с помощью гидроцилиндров 10 и ползунов 9. охватывающих опоры 2, 3, 5 и синхронного вращения гидроцилиндров 10, установленных на плитах 7, относительно цилиндра 1, при котором энергия привода 12 расходуется лишь на преодоление трения в кинематических соединениях и диссипацию ее материалом модели вала. 1 ил. (Л С

/4

15 4 -Щ

ел со

со

Изобретение относится к испытательной технике и позволяет определять долговечность цилиндрических валов и диссипацию энергии материалами, из которых они выполнены.

Известен способ испытания на долговечность цилиндрического вала, заключающийся в том, что модель вала устанавливают в опоры устройства, нагружают модель вала через опоры круговым изгибом и определяют число циклов до разрушения, с учетом которого судят о долговечности. Устройство для реализации способа содержит основание, установленные на нем захваты вала, привод их вращения и силовозбудитель поперечных сил.

Недостатками способа и устройства для его реализации являются отсутствие осевого и закручивающего нагружений вала, возможности моделирования нагружения модели вала и определения диссипации энергии материалом, из которого он выполнен.

Наиболее близким техническим решением является способ и устройство для его реализации. Этот способ испытания на долговечность цилиндрического вала по сравнению с аналогом позволяет дополнительно осуществлять осевое нагру- жение вала, а устройство содержит соответствующий механизм.

Недостатками способа и устройства для его реализации являются отсутствие закручивания вала, возможности моделирования нагружения модели вала и определения диссипации энергии материалом, из которого он выполнен.

Цель изобретения в отношении способа - повышение достоверности за счет снижения локальных напряжений и учета затрат энергии на преодоление сил трения в устройстве и диссипацию материала вала.

Указанная цель достигается тем, что модель вала устанавливают в опоры устройства для испытания, нагружают модель вала через опоры циклически и статически круговым изгибом и осевой статической силой и определяют число циклов до разрушения, с учетом которого судят о долговечности, статическому нагружению изгибоми осевой си- лой и циклическому нагружению, идентичному нагружению основной модели, подвергают дополнительную модель из упругого материала, подвергают модели вала дополнительному нагружению статическим закручивающим моментом, при циклическом нагружений дополнительной модели определяют затраты энергии, при циклическом нэгружении установку моделей вала осуществляют посредством охватывающих их жестких втулок на опоры, форма рабочих поверхностей которых соответствует форме статического изгиба дополнительной модели, нагружение основной модели вала осуществляют радиальными силами, обеспечивающими постоянство его деформации или равными опорным реакциям, возникающим при статическом нагружений дополнительной модели,

0 действующими в плоскости активных сил, моделирующих нагрузку на вал, и вращающимися вместе с опорами вокруг оси недеформированной модели вала с частотой, при которой саморазогрев материала не

5 превышает температуры, влияющей на механические характеристики модели вала, а о долговечности судят с учетом затрат энергии, которые определяют по сравнению с затратами энергии при испытании дополни0 тельной модели вала.

Цель изобретения в отношении устройства -повышение достоверности за счет снижения локальных напряжений и модели- 5 рования диссипации энергии.

Указанная цель достигается тем. что устройство, содержащее основание, привод вращения, соосно установленные и связан0 ные с приводом вращения две опоры для крепления концов модели вала и связанные с опорами механизмы, предназначенные для создания осевой и поперечных сил. включающие каждый автономный силовоз5 будитель, снабжено дополнительными си- ловозбудителями и опорами модели вала, соосными основным опорам и размещенным между последними, ползунами по числу опор и механизмом, предназначенным для

0 создания в модели вала скручивающего момента, включающим автономный силовозбудитель, основание выполнено в виде полого жесткого цилиндра, механизмы создания поперечных сил жестко связаны

5 между собой, каждый из них выполнен в виде установленной соосно в полости цилиндра с возможностью вращения шарнир- но взаимодействующей с цилиндром плиты с диаметральным вырезом, предназначен0 ным для размещения соответствующих ползуна и установленного на плите и связанного с ползуном силовозбудителя, ползуны охватывают соответствующие опоры, силовозбудитель механизма создания

5 скручивающего момента кинематически связан с одной из основных опор, силовозбудитель механизма создания осевой силы связан с другой основной опорой, а привод вращения кинематически связан с плитой одного из механизмов создания поперечных сил.

На чертеже изображена схема устройства для испытания на долговечность цилиндрического вала.

Устройство содержит основание, выполненное в виде полого жесткого цилиндра 1, основные опоры 2, 3 модели вала 4, модели дополнительных опор 5 вала 4, жестко связанные между собой, например. кольцами 6, и установленными в жестком цилиндре 1 с возможностью вращения механизмы образования поперечных сил, каждый из которых выполнен в виде круглой плиты 7, шарнирно взаимодействующей по окружности с поверхностью жесткого цилиндра, с прямоугольным вырезом 8, в котором установлен ползун 9, охватывающий соответствующую опору 2 или 3 или 5, с которой он жестко связан, и гидроцилиндр 10, толкатель 11 которого связан с ползуном 9, а полость сообщена с источником (на чертеже не показан) индивидуального регулируемого давления, и привода 12 вращения. Устройство содержит также зубчатую или фрикционную цилиндрическую передачу 13, связывающую привод 12 вращения с плитой 7 одного из крайних механизмов образования поперечных сил, гидравлический механизм 14 закручивания модели вала 4, шарнирной муфтой 15 соединенный с одной из крайних опор 3 модели вала 4,и гидроцилиндр 16 осевой нагрузки, соединенный с другой из крайних опор 2 последовательно установленными шлицевым соединением 17 и двумя шарнирными муфтами 18, 19, одна из которых размещена в опоре 2.

Устройство работает следующим образом.

Давлением в гидроцилиндрах 16 и 14 создают осевую и закручивающую модель вала 4 статические нагрузки. Давлением в гидроцилиндрах 10 создают нагрузку, которая изгибает модель вала 4 модельными радиальными активными силами и силами, равными модельным силам реакций опор реального вала. Включают привод 12 механизмов образования поперечных сил. которые, вращаясь вместе с моделями опор 5, создают дополнительное нагружение вала 4 модельным круговым изгибом, при котором энергия привода 12 вращения затрачивается лишь на преодоление сил трения, возникающих в кинематических соединениях устройства, и диссипацию энергию материалом модели вала 4.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают серию одинаковых моделей зала в форме полого цилиндра, например, из композиционного материала

путем подбора параметров модели по п -тереме с учетом технологических ограничений. Такое моделирование позволяет имитировать напряженное состояние вала 5 на модели.

Изготавливают упругую, например металлическую, модель модели вала из композиционного материала.

Все модели охватывают моделями жес- 10 тких втулок и соединяют их с моделями валов на расстояниях от их торцев, пропорциональных соответствующим расстояниям у реального вала. Моделирование втулок позволяет имитировать локальные 15 напряжения в материале модели вала.

Упругую модель вала размещают в жестких кольцевых опорах, локально охватывающих соответствующие втулки по середине 0 их длины, нагружают ее подобно реальному валу статически. Форму изгиба ее определяют, например, с помощью перемещающегося вдоль модели индикатора перемещений. Затем эту модель нагружают 5 круговым изгибом и измеряют затраты энергии, как работу привода устройства. Так как модель упругая, то энергия привода расходуется только на работу сил трения в кинематических соединениях устройства. 0Изготавливают модели жестких и упругих, выполненных из металла и композиционного материала, опор валов, форма образующих которых имеет форму изгиба упругой модели вала у опор. При такой фор- 5 ме образующих опор, уложенная на них и нагруженная модель вала, например, из композиционного материала облегает их так, что осуществляется контакт по всей длине его образующей, а контактные ло- 0 кальные напряжения имитируют соответствующие напряжения, возникающие в материале реального вала. Использование жестких и упругих опор позволяет выявить их влияние на долговечность и диссипатив- 5 ные свойства вала. Опорами охватывают части поверхностей жестких втулок каждой модели вала, например, из композиционного материала. Каждую модель вала нагружают одновременно осевой силой, 0 закручивающим моментом, плоскость действия которого совпадает с плоскостью торца модели вала, и имитируют закручивание реального вала, радиальными активными силами и силами, равными величинам реак- 5 ций опор при изгибе упругой модели, действующими на жесткие и упругие модели опор в одной плоскости с активными силами и моделирующими нагрузку на вал

Радиальные активные силы и жестко связанные с опорами реакции синхронно вращают вокруг недеформированной оси

модели вала и осуществляют, таким образом, ее круговой изгиб. Частота вращения выбирается такой, при которой саморазогрев композиционного материала не превышает температуры, влияющей на его механические характеристики.

Круговым изгибом модели вала нагружают до разрушения при постоянных значениях радиальных сил или соответствующих деформаций, то есть при мягком или жестком режимах нагружения материала вала, определяют числа циклов до разрушения каждой модели вала и затраты энергии привода вращения до разрушения.

По числу циклов до разрушения определяют долговечность, например, вала, выполненного из композиционного материала с учетом действия локальных напряжений.

Диссипацию энергии определяют путем вычитания из затрат энергии привода вращения до разрушения материала модели вала затрат энергии того же привода на работу сил трения при нзгружении круговым изгибом упругой модели вала.

Испытание моделей валов из различных материалов позволяет выбрать наиболее рациональную конструкцию вала, обладающую большой долговечностью и в то же время большой диссипацией энергии, которая значительно снижает шум при работе. Формула изобретения 1. Способ испытания на долговечность цилиндрического вала, заключающийся в i ом. что модель вала устанавливают в опоры устройства для испытания, нагружают модель вала через опоры циклически и статически круговым изгибом и осевой силой и определяют число циклов до разрушения, с учетом которого судят о долговечности, о т- личающийся тем, что, с целью повышения достоверности за счет снижения локальных напряжений и учета затрат энергии на преодоление сил трения в устройстве и диссипацию материалом вала, статическому нагружению изгибом и осевой силой и циклическому нагружению, идентичному нагружению основной модели, под- вергают дополнительную модель из упругого материала, подвергают модели вала дополнительному нагружению статическим закручивающим моментом, при циклическом нагружении дополнительной модели определяют затраты энергии, при циклическом нагружении установку моделей вала осуществляют посредством охватывающих их жестких втулок на опоры, форма рабочих поверхностей которых соответствует форме статического изгиба дополнительной модели, нагружение основной модели вала осуществляют радиальными силами, обеспечивающими постоянство его

деформаций или равными опорным реакциям, возникающим при статическом нагружении дополнительноймодели, действующими в плоскости активных сил, моделирующих нагрузку на вал, и вращаю0 щимися вместе с опорами вокруг оси недеформированной модели вала с-частотой, при которой саморазогрев материала не превышает температуры, влияющей на механические характеристики материала мо5 дели вала, а о долговечности судят с учетом затрат энергии, которые определяют по сравнению с затратами энергии при испытании дополнительной модели вала.

0 напряжений и моделирования диссипации энергии, оно снабжено дополнительными силовозбудителями и опорами модели вала, соосными с основными опорами и размещенными между последними, ползунами по

5 числу опор и механизмом, предназначенным для создания в модели вала скручивающего момента, включающим автономный силовозбудитель, основание выполнено в виде полого жесткого цилиндра, механизмы

0 создания поперечных сил жестко связаны между собой, каждый из них выполнен в виде установленной соосно в полости цилиндра с возможностью вращения шарнир- но взаимодействующей с цилиндром плиты

5 с диаметральным вырезом, предназначенным для размещения соответствующих ползуна и установленного на плите и связанного с ползуном силовозбудителя, ползуны охватывают соответствующие опо0 ры, силовозбудитель механизма создания скручивающего момента кинематически связан с одной из основных опор, силовозбудитель механизма создания осевой силы связан с другой основной опорой, и привод

5 вращения кинематически связан с плитой одного из механизмов создания поперечных сил.