Стенд для динамических испытаний изделий Советский патент 1993 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, к ротационным испытательным стендам для воспроизведения линейных ускорений с высокой интенсивностью нарастания.

Известен стенд для испытания изделий на воздействие импульса ускорения, содержащий платформу с приводом ее вращения, установленный на платформе маятник, ось поворота которого параллельна.оси вращения платформы и расположена на ее периферии, имеющий возможность вращения стол для крепления испытуемого изделия, установленный в исходном положении по оси вращения платформы, фиксатор для удержания маятника и стола в исходном радиальном положении, установленную на платформе планшайбу с приводом ее вращения, включающим реверсивный двигатель, установленный на платформе, стол размещен на планшайбе, ось, на которой установлен маятник выполнена в виде винта, в маятнике выполнена навинченная на этот винт гайка, на маятнике закреплен палец, который в исходном положении входит в отверстие, выполненное в планшайбе, при том длина расположен ной в отверстии части пальца не превышает I/4 шага винта.

Наиболее близким по технической сущности является стенд.для испытания изде- лийд на воздействие импульса ускорения, содержащий платформу с приводом вращения, планшайбу, установленную на платформе с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, закрепленной на платформе привод вращения планшайбы, размещенный на периферии планшайбы

ю

3

со

стол для закрепления испытуемого изделия, фиксатор для удержания планшайбы в исходном положении и устройство для импульсного поворота планшайбы, включающее установленный на ней с возможностью перемещения груз, смещенный от оси вращения платформы, груз установлен на планшайбе с возможностью радиального перемещения в направлении, противоположное столу, устройство снабжено механизмом для преобразования поступательного перемещения груза во вращательное движение планшайбы и установленными на последней средствами для фиксации груза в конце его перемещения, при этом груз и стол расположёны по разные стороны от оси вращения планшайбы, механизм для преобразования поступательного движения планшайбы выполнен в виде винтовой пары, гайкой которой служит груз, винт зафиксирован на планшайбе от осевого перемещения, и конической переачи, одни из колес которой закреплено на винте, а второе - на платформе по оси вращения планшайбы, при этом длина нарезки винта выбрана из условия выхода груза из зацепления с винтом при повороте планшайбы на заданный угол разгона.

Недостатком прототипа является невозможность воспроизведения импульса скорений с крутым задним фронтом, а также неуравновешенность конструкции при раскручивании платформы.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет воспроизведения импульса ускорения крутым задним фронтом.

Поставленная цель достигается тем, что стенд для динамических испытаний издеий, содержащий платформу с приводом вращения, установленную на платформе с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы планшайбу, закрепленный на платформе привод вращения планшайбы, закрепленный на платформе привод вращения планшайбы, размещенный на периферии п ланш айбы стол для закрепления испытуемого изделия, фиксатор для удержания планшайбы в исходном положении, устройство для импульсного поворота планшайбы, включающее установленный с возможностью радиального перемещения груз, смещенный от оси вращения платформы, механизм для преобразования поступательного перемещения груза во вращательное движение планшайбы, включающий винтовую пару, гайкой которой служит груз , а винт зафиксирован от осевого перемещения и длина его нарезки выбрана из условия

выхода груза из зацепления с винтом при повороте планшайбы на заданный угол разгона, коническую передачу, одно из колес которой закреплено на винте, а второе на

планшайбе, и средства для фиксации груза в конце его перемещения, снабжен маятниками, установленными на платформе с возможностью врщаения относительно осей, параллельных оси вращения платформы,

0 под действием центробежных сил, средствами фиксации маятников в исходном положении, а также упором и крешером, закрепленными на планшайбе и на маятнике, который свободно установлен на валу

5 планшайбы с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения планшайбы, при этом упор и крешер расположены с возможностью их соударения при вращении маятника.

0Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид сбоку на заявляемый стенд: на фиг.2 - вид сверху, на фиг.З - вид сверху на маятнике; на фиг.4 - разрез стола; на фиг,5 - эпюра ускорений,

5 действующих в базовой точке испытуем.ого изделия; на фиг.б - вид сверху на планшайбы,

Стенд содержит установленную на неподвижном основании с возможностью вра0 щения платформу 1 с приводом (на чертежах не показан), установленную на периферии платформы 1 с возможностью поворота относительно оси, параллельной оси вращения платформы 1, планшайбу 2,

5 установленную на диаметрально противоположной стороне платформы 1 дополнительную планшайбу 3 с возможностью поворота в направлении, противоположном направлению вращения основной планшай0 бы 2, привод 4 вращения планшайб 2 и 3, установленный на дополнительной несущей 5 и платформы 1, симметрично относительно оси вращения платформы 1, имеющий два выходных вала и связанный с валом 6 и

5 7 основной 2 и дополнительной 3 планшайб посредством угловых редукторов в виде конических передач 8. На периферии планшайбы 2 установлен с возможностью вращения относительно оси, параллельной

0 оси вращения планшайбы 2, стол 9. На диаметрально противоположной столу 9 стороне планшайбы 2 установлен дополнительный стол 10 для закрепления противовеса 11. Основной 9 и дополнитель5 ный 10 столы снабжены общим приводом

12. закрепленным на планшайбе и симметрично относительно оси ее вращения и установленным внутри поперечного отверстия

13. выполненного в валу 6. Привод 12 связан со столами 9 и 10 посредством двух выходных валов 14, 15 и редукторов в виде конических передач 16, 17, причем каждое из ведомых колес 18 выполнено по периметру столов 9, 10, На столе 9 с возможностью вращения относительно беи, перпендикулярной, оси вращения планшайбы 2, установлен контейнер 19 для закрепления испытуемого изделия 20. Контейнер 19 снабжён собственным приводом 21 .закрепленным на стойках, симметрично относительно, оси вращения платформы 1, на дополнительной несущей 5 над приводом 4, Привод 21 связан с контейнером 19 посредством передачи гибким валом 22, кожух ко- торого размещен в осевом5 бтвёрстии 23 вала 6 планшайбы 2, закреплен на ней, про- веден через осевое отверстие 24 (фиг.4) вала .25 стола 9, и закреплен на столе 9. На конце гибкого в.аЛика 22 закрёплейо кбйичёскоё колесо 26, связанное с коническим колесом 27, закрепленным на валу контейнера /19. Дополнительная планшайба 3 снабжена противовесами 28, размещаемыми на ее периферии симметрично относительно оси ее вращения, и противовесом 29, установленным внутри отверстия 30, выполненного в валу 7; Планшайбы 2 и 3 снабжены дополни- тельйым.инёрциоКНЫмпривбдЬм, действующим согласно с .приводом 4 и Включающим направляющие .3.1 (фиг2) ра- диально закрепленные -на дополнительной несущей 5, установленные на направляющих31 подвижные элементы 3.2, двухступенчатый вал .33, связывающий выходные валы привода 4 с редукторами 8 и размещенный внутри отверстия 34, выполненного в подвижном элементе 32, скользящих элементов 35, закрепленных в подвижном элементе и введённых во взаймодёйствиб с винтовым пазом 36, выполненным на боковой поверхности 37 большего диаметра двухступенчатого вала 33, и упругий элемент 38 для торможения подвижного элемента 32, установленный на периферии Направляющих 31, средства фиксации подвижных элементов 32 в исходном положении включающие, стопор 39. размещаемый в отверстии 40 подвижного элемента 32, и управляемый электромагнитом 41, и средства торможения планшайб 2 и 3, включающие шкивы 42, 43 закрепленные на валах 6 и 7 соответственно, гибкие связи 44, намотанные на шкивы 42, 43 и связанные с пружинами 45, концы которых закреплены на платформе 1, Гибкие связи 44 имеют избыток длины, обеспечивающий свободный поворот планшайб 2 и 3 на угол до 110 град.

Стенд снабжен устройством формирования заднего фронта воспроизводимого ускорения, включающим установленные соосно основной 2 и дополнительной 3 планшайбам маятники 46 и 47 с возможностью поворота относительно валов 6 соответственно, средства фиксации маятников 46 и 5 47 в исходном положени.й; включа б щимй стопор 48, управляемый электромагнитом : 49, установленным на платформе 1 по ее оси. Форма концов маятников 46 и 47 обес - печйбаёт их освобождение при опускании

0 стопора 48 (фиг. 1, 3). На маятнике 46 уста- новл.ен крешер 50, взаимодействующий при

его развороте с упором 51, закрепляемым

на планшайбе 2 со стороны до пойнте ль но; го cfo/ief 10, v.о$ъсп ёч л ю №$ ум&ъ№ъ л&

5 радиуса вращения изделия путем Ловорота планшайбы 2 за счетгэ/й%ргии ударного вза- . имЬдёйствйя, V- V- ;V- -. -T Vv ./ .П ; -: ;п:;

Стенд работает следующим образом. Маятники 46 и 47 подвбдятся косй п;лат0 формы Т и фиксируются стопором 48, как показано йа фиг.3, Т. На маятник 46 устанавливается крешер 50. Испытуемое изделие 20 устанавливается в койТеинере 19. Плзн- шайба бЬиентирует ся образом чтр5 бы издёл иё 20 размещалось на оси врёщёния платформы 1. При этом поДвйж- ные элементы 32 подводятся на максимат- но близкое расстояние к приводу 4, один из них фиксируется стопорбм 39 (фиг.1). Плат- 0 форма Т раскручивается приводом (на чертежах доказан) до расчетной угловой скброст Гкёторая в ДаЛьйейщем поддерживается постоянной. Стопор 39 освобождается подвижные элёмейты 32, которые под

5 действием центробежных сил пёремёщают- ся к периферии направляющих 31. Одновременно включается привод 4. Крутящий момент, создаваемый благодаря винтовой передаче при движении подвижных элеменQ тов, передаётся гглайщайбам 2 и 3, которые . ус корен но ridtioрачИва ю тсяГизмён яя радиус вращения Изделия в сторону увеличения. Быстрое увеличение радиуса вращения испытуемого изделия посредством поворота

5 основной планшайбы 2 под действием момента привода 4 и дополнительного момента, создаваемого инерционным приводом, обеспечивает интенсивное нарастание ускорения. При этом формируется передний

0 фронт воспроизводимого испытательного воздействия. Крутящий момент, создаваемый инерционным приводом, значительно больше момента привода 4... . По мере перемещения подвижных эле5 ментов 32 к периферии направляющих 31, скользящие элементы 35 выходят из винтового паза 36, при этом инерционный привод отключается благодаря наличию ступени вала 33 малого диаметра. Далее планшайбы 2, 3 поворачиваются по инерции, а подвижные

элементы 32 затормаживаются упругими элементами 38 и центробежными силами прижимаются к упорам, на которых закреплены упругие элементы 38. В дальнейшем процессе испытания подвижные элементы 32 участия не принимают, При угле поворота планшайбы 2 более 110 град., наматываясь на шкивы 42, 43, .выбираются избытки гибких связей 44, которые растягивают пружины 45. Планшайбы 2. и 3 эффективно за- торма жйваются. Дальнейшее программное изменение радиуса вращения изделия 20 прризв.рдят только приводом 4 в диапазоне изменения угла поворота планшайбы 2 0- 110 град., при этом пружины 45 на характер угловых перемещений планшайб 2,3 не влияют, .. :.-. V .-: -.:...; ....,...:, :../ .. ..,

В про цёсКе программных поворотов планшайбы 2 одновременно приводами 12 и 21 производят заданные (расчетные) повороты изделия 20 относительно осей стола 9 и контейнера 19, путем поворота соответст- вующих элементов. Углы поворота стола 9 и контейнера 19 рассчитываются из условия обеспечения .заданных ускорений Wx(t), Wy(t). Wz(t), действующих по осям X, Y, Z связанных с изделием (фиг.5,а). В соответствии с :фиг.5а абсолютное ускорение Wa(t), действующее в базовой точке изделия 20 (точка 0) и воспроизводимое за счет изменения радиуса вращения изделия и параметров движения платформы 1 и планшайбы 2, определяется по формулам

Wa(t) Wx(t) + WY(t) + Wz(t).(1) Wa(t) Y /vit O + Wyt t) 4- Wftt ) :(2)

Результирующее ускорение Wv(t), действующее в плоскости ZOY изделия, определяется следующим образом:

УУч- (t) Wz(t) + Wy(t)

WЈ(t) - ) +Wy)

.(3) (4)

при этом угол/J(t), отсчитшза емый от оси OY до направления вектора Wr(t), определяется:.. ... .... Л . Of..-:.. Wy(t) . WZ(t)

/(t) arccos arcsm

Л. - (5) Угол a(t) между направлениями осей ОХ и вектора Wa(t) определяется:

W W,

- arcsm

Wtft

Wa

Используя выражения (1)-(5) можно отыскать требуемые углы повор.ота изделия o(t) и Дт.) относительно направления вектора абсолютного ускорения.

5Поскольку вектор абсолютного ускорения Wa(t) лежит в плоскости вращения платформы 1 (в горизонтальной плоскости), то для обеспечения, воспроизведения заданных ускорений Wx(t), Wy(t), W2(t) (фиг.56) из10 делие со столом 9 поворачивают относительно нaпpaJлeния вектора абсолютного ускорения Wa(t) и оси ОСИ на угол o(t) и угол /3(t) относительно оси ОХ. При этом ось OOi соответствует оси поворота

15 стола 9, ось ОХ изделия при его установке в контейнере совмещается с осью вращения - контейнера, а базовая точка О изделия находится на оси и вращения стола 9.

Для обеспечения крутого заднего фрон20 та воспроизводимого ускорения электро:

магнитом 49 опускается стопор 48,

освобождая маятники 46 и 47, которые уско, ренно разворачиваются относительно осей

6 и 7 планшайб 2 и 3 соответственно. При

25 этом скачком увеличивается момент инерции платформы, угловая скорость которой падает. Момент инерции маятников выбираются из условия обеспечения значительного падения угловой скорости платформы

30 и поворота маятников на углы, не превыша- -ющие 220-260 град. Привод 4 при этом также поворачивает планшайбу 2 в сторону уменьшения радиуса вращения изделия. Поскольку перед формированием заднего

35 фронта испытательного воздействия изделие находится неблизком к максимальному расстоянии от оси вращения платформы 1 планшайба 2 своей стороной, на которой размещен противовес 11 и упор 51, поворо40 та в направлении к оси платформы 1, маятник 46 при развороте крешером 50 взаимодействует с упором 51, сообщая планшайбе 2 дополнительный крутящий момент, обеспечивающий быстрое,.изменение

45 радиуса вращения изделия. Во время взаимодействия упора 51 с крешером 50 последний срезается (или сминается). При этом формируется крутой задний фронт воспроизводимого ускорения за счет резкого

50 уменьшения радиуса вращения изделия путем поворота планшайбы 2 под действием момента, сообщаемого ее при упруго-пластической деформации крешера 50. Использование инерционного привода позволяет

55 увеличить крутизну нарастания переднего фронта воспроизводимого ускорения, введение в стенд дополнительных элементов (планшайбы 3, стола 10), параметры движения которых равны по величине и противо.положны по знаку, обеспечивает инвариантность приводов стенда по отношению друг к другу. Введение в стенд маятников, крешера и упора, закрепленного на планшайбе, позволяет формировать крутой задний фронт воспроизводимого ускорения. Установка изделия в контейнере, ось поворота которого перпендикулярна оси стола, и который снабжен собственным приводом позволяет производить нагружение объекта испытаний ускорениями в трех .взаимно перпендикулярных направлениях. Использование при этом передачи гибким валиком не увеличивает инерционности планшайб и их общего привода.

Таким образом, техническая реализация изобретения позволяет повысить достоверность, испытаний, проводимых на данном .стенде, за счет воспроизведения крутого заднего фронта импульса ускоре-

НИЯ. . . . .-. .

Крутизну нарастания переднего фронта воспроизводимого ускорения можно регулировать изменением частоты вращения платформы, массой подвижных элементов, их начальным смещением относительно оси платформы, параметрами винтовой передачи и передаточным отношением редуктора планшайбы. Крутизну спада заднего фронта воспроизводимого ускорения можно регу- лировать изменением инерционно-геометрических параметров маятников, твердости крешера.

Формула изобретения 1. Стенд для динамических испытаний изделий, содержащий платформу с приводом вращения, установленную на платформе с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платфор-

мы. планшайбу, закрепленный на платформе привод вращения планшайбы, размещенный на периферии планшайбы стол для закрепления испытуемого изделия, фиксатор для ударжения планшайбы в исходном положении, устройство для импульсного поворота планшайбы, включающее установленный с возможностью радиального перемещения груз, смещенный от оси вращения платформы, механизм для преобразования поступательного перемещения груза во вращательное движение планшайбы, включающий винтовую пару, гайкой которой служит груз, а винт зафиксирован от осевого перемещения и длина его нарезки выбрана, из условия выхода груза из зацепления с винтом при повороте планшайбы на заданный угол разгона, коническую передачу, одно из колес которой закреплено на винте, а второе - на планш айбе, и средства для фиксации груза в конце его перемещения, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей за счет воспроизведени я импульса ускорения с крутым задним фронтом, он снабжен маятниками, установленными на платформе с возможностью вращения относительно осей, параллельных оси вращения платформы, под действием центробежных сил, и средствами фиксации маятников в исходном положении.

2. Стенд по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен упором и крешером, закрепленными на п ланшайбе и на маятнике, который свободно установлен на валу планшайбы с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения планшайбы, при этом упор и крешер расположены с возможностью их соударения при вращении маятника.

Изобретение относится к испытательной технике. изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет воспроизведения импульса ускорения с крутым задним фронтом. Стенд содержит платформу 1 с приводом вращения, планшайбу 2. стол 9 для закрепления 2 испытуемого изделия, устройство для импульсного поворота планшайбы, маятники 46 и 47. Последние установлены на платформе с возможностью вращения относительно осей, параллельных оси вращения платформы, под действием центробежных сил. Средствами фиксации маятники удерживаются в исходном положении. После разгона платформы срабатывает устройство для импульсного поворота планшайбы, Воспроизводится крутой передний фронт импульса ускорения. При расфиксации маятники поворачиваются под действием центробежных сил, Происходит быстрое увеличение момента инерции всей вращающейся системы, что приводит к ее торможению. При торможении воспроизводится крутой задний фронт импульса ускорения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. ел С

Ж, Ј1 н JL Q Д 4с Ж 21

1зв 22

УГТГУ;-ЛГи./ /Г /„

/ .25

/„

/ .25 П И

; Ч.::ч ;- ;;й Ш ШШ

: . .. AT- /.6v: v;-v:V 4.-: r : .:; . -2- : - |-------i------ -

/

.; .- .-.

;-.v ;::; ,,....,../. ;.;.,.-.. //,... Фи Д/л-т

..--. - . -.-. -.-- .. - - -.-- -. : : :..

:;--- ;. -.,..::v,,: .:-;;.v: . .-: -: - .-. .. - .- .. .. - -.; -... :-: -,. ; ... .::..- :: . :; I : . . -, ,., ,-..„. .. . „ 1 ./ ...,- , ,.-.: , . : ..;-V-...; ..

.: ::::; ;::..5:v:- .

7 ,

м

,

м.4

Фиг. 5 a

-№