Стенд для испытания упругих элементов на усталость Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Фиг.1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для испытания упругих элементов, амортизационных стоек, тросовых заделок.

Цель изобретения - снижение энергоемкости используемого привода.

Поставленная цель достигается тем, что в стенде для испытания упругих элементов на усталость, содержащем раму с направляющей, две опоры для закрепления одного из концов соответствующих упругих элементов, размещенный в направляющей ползун с подвижными опорами для крепления вторых концов соответствующих упругих элементов, и. привод перемещения ползуна, включающий кривошипный механизм, палец которого связан с ползуном, опоры установлены соосно направляющей и симметрично относительно ползуна, а стенд снабжен двумя находящимися в зацеплении зубчатыми колесами, одно из которых закреплено на оси кривошипа, а второе установлено на раме, дополнительным кривошипом, закрепленным на втором колесе, и силовой пружиной, один конец которой связан с рамой, а другой - с дополнительным кривошипом, а диаметр первого зубчатого колеса в два раза больше диаметра второго зубчатого колеса.

На фиг. 1 изображен предлагаемый ртенд, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 стенда через ползун в положении, когда ползун максимально смещен вправо; на фиг. 4а - упрощенная схема кривошипного механизма с упругими элементами; схема сил, действующих на кривошипный механизм, вывод формулы крутящего момента; на фиг. 46 - палец кривошипного механизма в нейтральном положении; на фиг. 5 - кинематическая схема дополнительного кривошипного механизма.

Стенд состоит из рамы 1, на концах которой расположены неподвижные регулируемые винтовые опоры 2 с гайками 3, к которым крепится один из концов испытуе- мых упругих элементов 4, привода в виде электродвигателя 5 со шкивом б, который посредством ремня 7 соединен со шкивом 8, сидящем жестко на валу 9, который жестко соединен с шестерней 10. Вал 9 установлен в кронштейнах 11, расположенных на раме ,1. В середине рамы 1 установлен вал кривошипного механизма 12 на подшипниках 13, на одном конце которого вне рамы 1 жестко закреплено зубчатое колесо 14, находящееся в зацеплении с шестерней 10. На палец 15 вала кривошипного механизма 12 насажен подшипник 16, который входит в прямоугольный паз 17 ползуна 18 с проушинами 19 для крепления подвижных концов соответствующих упругих элементов 4. Направляющими для ползуна 18 служат брусья рамы 1. Прямоугольный паз 17 своим наибольшим размером ориентирован по вертикали и поэтому вертикальные биения пальца 15 не передаются на ползун, в то время, как горизонтальный размер паза выполнен с малым (тепловым) зазором относительно наружного размера подшипника 16 и.потому ползун 18 отслеживает горизонтальные биения пальца 15, передавая их упругим испытуемым элементам 4.

С внешней стороны рамы 1 на оси 20

установлено зубчатое колесо 21, находящееся в зацеплении с колесом 14. На колесе 21 закреплен жестко кривошип 22, который входит в прямоугольный паз 23 ползуна 24 который размещен в направляющих 25 и

соединен с силовой пружиной 26, другой конец которой закреплен неподвижно на раме 1. На кривошипе 22 насажен подшипник 27 для уменьшения трения при перемещении по пазу 23. Паз 23 большей длиной

ориентирован перпендикулярно направлению движения ползуна 24, что позволяет дополнительному кривошипу свободно перемещаться перпендикулярно направляющим 25, а малый разм.ер выполнен по

размеру наружного кольца подшипника 27 с тепловым зазором и потому смещение кривошипного механизма вдоль направляющих вызывает равное перемещение ползуна 24 с закрепленной силовой пружиной

26. Сверху на раме 1 закреплен счетчик циклов 28.

Стенд работает следующим образом.

В проушинах 19 закрепляются испытуемые упругие элементы 4 своими подвижными концами. Отпуская гайки 3, к неподвижным опорам 2 крепятся другие концы соответствующих упругих элементов 4. Включая двигатель 5 привода, поворачивают колесо 14 в такое положение, чтобы палец кривошипного механизма стал нейтрально, т.е. он не создаст натяга ни в одном из упругих элементов, расположенных горизонтально (см. фиг. 46). При этом силовая

пружина 26 растянута кривошипом 22 максимально.Тайками 3 выбираются зазоры в сочленениях упругих элементов 4 с проушинами 19 и опорами 2, а если необходимо (по техническим требованиям к упругим элементам4), то создаются или натяги, или сжатия. Для фиксации колеса 14 в этом установочном (нейтральном) положении могут быть предусмотрены фиксаторы, а для его опознавания - риски или метки на колесе 14 и на раме 1.

Так как силовая пружина 26 была растянута и в ней запасена энергия, то при включении привода (двигателя 5) палец 15, поворачиваясь, начнет сжимать один из упругих элементов 4, а другой - растягивать, на что будет расходоваться энергия, запасенная силовой пружиной 26. При повороте колеса 14 на 90а один из упругих элементов 4 будет максимально сжат, а другой растянут, колесо 21 повернется на 1804 т.е. пружина 26 полностью отдаст энергию, крутящий момент станет равен нулю, т.к. в этом положении плечо действия сил от других элементов будет равно нулю I cos ) - см. фиг. 4а. При дальнейшем повороте на 90° упругие элементы 4 будут возвращать накопленную энергию, т.е. крутящий момент будет отрицательным, Эта энергия будет поглощена силовой пружиной 26. Далее процесс будет повторяться на других четвертях поворота колеса 14. При этом колесо 21 будет поворачиваться на 180°, т.к. его диаметр в 2 раза меньше диаметра зубчатого колеса 14 (фиг, 5). Среднее усилие силовой пружины 26 найдем из условия равенства моментов, создаваемых на валу кривошипного механизма 12 (см. фиг. 4а) при sin 2 , т.е. при максимальном моменте и момента на колесе 21, создаваемого силовой пружиной 26, воздействующей посредством ползуна 24 на кривошип 22, расположенный на радиусе rk (см. фиг. 5) Рсо

Се

Для удовлетворительного уравновешивания желательно, чтобы усилия пружины 26 в крайних точках положения кривошипа 22 отличались не более, чем на 10%. Таким образом, получаем, что ,05РСр ,95 PCp. Ход при этом (деформация пружины) составит . Отсюда находим рекомендации для выбора жесткости силовой пружины 26-Сс.п.:

0,1Р

-

ср

2гк

(кгс/мм)

П 1П2П2

та 0-025 f

()

От использования заявленного стенда для испытания упругих элементов на усталость в сравнении с прототипом по а.с. СССР М 1401328. принятым за базу сравне- ния, ожидается следующий положительный эффект:

а) технические преимущества - обеспечено полное уравновешивание крутящего момента дополнительным механизмом, ре- ализующим механически тригонометрическую функцию синуса двойного угла;

б) общественно-полезные преимущества, производные от технических - обеспечен возврат энергии деформации.

испытуемых элементов, снижены затраты энергии в десятки раз, повышена долговечность стенда в несколько раз.

Формула изобретения Стенд для испытания упругих элементов на усталость, содержащий раму с направляющей, две опоры для закрепления одного из концов соответствующих упругих элементов, размещенный в направляющей ползун с подвижными опорами для крепления вторых концов соответствующих упругих элементов, и привод перемещения ползуна, включающий кривошипный механизм, палец которого связан с ползуном, отличающийся теМ, что, с целью

снижения энергоемкости используемого привода, опоры установлены соосно направляющей симметрично относительно ползуна, а стенд снабжен двумя находящимися в зацеплении зубчатыми колесами,

первое из которых закреплено на оси кривошипа, а второе установлено на раме, дополнительным кривошипом, закрепленным на втором колесе и силовой пружиной, один конец которой связан с рамой, другой - с

дополнительным кривошипом, а диаметр первого зубчатого колеса в два раза больше диаметра второго зубчатого колеса.

Фиг.З

Стенд для испытания упругих элементов на усталость относится к машиностроению и может быть использован для испытания упругих элементов, амортизационных стоек, тросовых заделок и пр. на усталость. Цель изобретения - снижение энергоемкости используемого привода. Стенд содержит раму 1, на концах которой расположены неподвижные регулируемые винтовые опоры 2 с гайками 3, к которым крепится один из концов испытуемых упругих элементов 4, привод в виде электродвигателя 5 со шкивом 6, который посредством ремня 7 соединен со шкивом 8, сидящим жестко на валу 9, ЮрГИХ нтов нию ния стость. мкодерены оподин в 4, киедилу 9, который жестко соединен с шестерней 10, Вал 9 установлен в кронштейнах 11, расположенных на раме 1. В середине рамы 1 установлен вал кривошипного механизма 12 на подшипниках на одном конце которого вне рамы 1 жестко закреплено зубчатое колесо 14, находящееся в зацеплении с шестерней 10. На палец вала кривошипного механизма 12 насажен подшипник/который входит в прямоугольный паз ползуна с проушинами для крепления подвижных концов соответствующих упругих элементов 4. С внешней стороны рамы 1 на оси установлено зубчатое колесо 21, находящееся в зацеплении с колесом 14. На колесе 21 закреплен жестко кривошип 22, который входит в прямоугольный паз 23 ползуна 24, который размещен в направляющих 25 и соединен с силовой пружиной 26, другой конец которой закреплен неподвижно на раме 1. на кривошипе 22 насажен подшил ник 27 для уменьшения трения при перемещении по пазу 23. Сверху на раме 1 закреплен счетчик циклов 28. 5 ил. Ј

a

c esinoc