Машина для испытания пружин Советский патент 1941 года по МПК G01M13/00 

Для широко применяемых в технике пружин до сих пор ие разработан метод контроля и испытания, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к пружийам.

Применяемые для иопытания пружин прессы дают весьма приближенные и совершенно недостаточные для характеристики пружины данные. Пружина, поставленная после испытания на свое место, во многих случаях снова переиспытывается со своим з/злоМ или машиной в целом, и только методом подбора удается найти подходяш,ую для данных условий пружину, причем, несмотря на значительную затрату времени и энергии, точность характеристики ее не достигается.

Предлагаемая машина для испытания пружин дает возможность быстро и с необходимой точностью получать полные характеристики пружин, работаюш,ИХ как на растяжение, так и на сжатие.

Достигается это тем, что в ней применены гидравлические цилиндры, из которых один цилиндр действует на испытуемую пружину, а другой цилиндр с динамометричеокой пружиной управляет вращением- предназначенного для записи линейных смещений барабана, согласно приложенным усилиям. Такое устройство предлагаемой машины позволяет получать одновременно запись на барабане не только линейных смещений испытуемой пружины, но и усилий, на нее действующих.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой машины; на фиг. 2 - записанная машиной диаграмма деформации пружины; на фиг. 3 - вид увеличителя масштаба деформации прлжины; на фиг. 4 - форма выполнения предлагаемой машины в виде аппарата для автоматической записи характеристик неравномерности и нечувствительности узлов машины.

Сжатый воздух через воздухопровод 1 подается IB бак 2, заполненный маслом, которое, под давлением сжатого воэдуха, через маслопроводы 3 и 4 подается под поршень 5 цилиндра 24 и вызывает поступательное движение его вверх.

Поршень 5 в своей верхней части соединен с тарелкой б, на которую накладывается испытуемая на сжатие пружина. Сжатие происходит между опорной плоскостью тарелки 6 и упорной плоскостью салазки 7, между которыми помещена пружина.

К нижней части поршня 5 привертывается стержень 8 с крючком 9. К coHOiBaiHH.io машины нрвкреплен крючок 10. За эти крючки зацепляется пружина, испытываемая на растяжение (на чертеже не показан ная).

Перемеш,ение поршня 5 передается стержням 11 к 12, на которых укреплен фиксатор (карандаш) 13, отмечаюш,ий перемешевие поршна на бумаге, навернутой на барабан 14. Это перемещение при снятии характеристики соответствует величине сжатия или растяженйя испытуемой пружины.

Одновременно с подачей масла па поршень 5 подается масло под тем же давлением через маслопровод 15 в пульсатор 16.

Между последним и упорными шайбами (сферическими) 17 и 18, прилегаюш:ими к крышке 19 цилиндра 20, находится тарированная (дина юметрическая) пружина 21, благодаря которой перемещение пульсатора 16 поставлено в строгую зависимость от испытываемой им силы давления масла.

Поступательное движение пульсатора 16 и соединенной с ним зубчатой рейки 22 вызывает вращательное движение барабана 14, на котором закреплена П1естерня 23, находящаяся в сцеплении с рейкой 22.

Таким ОбразоМ, угол поворота барабана строго зависит от силы давления масла на пульсат01р 16. Сила же давления, выраженная в килограммах, будучи разделена на, плошадь, перпендикулярную к оси пульсатора и выраженную в квадратных сантиметрах, дает число атмосфер, которое, будучи Умножено на аналогичную площадь поршня 5, дает силу, действующую на него и выраженную также в килограммах.

Следовательно, определенному моменту, зависящему от давления масла на поршень 5 и пульсатор 16, соответствует вполне определенная точка сонрикосновениЯ фиксатора с барабаном, которая имеет две координаты: по оси абсцисс - величину действующей силы на порщень, масщтаб которой для данной машины заранее известен, и по оси ординат - соответствующую этой силе величину сжатия или растяжения испытуемой цружины.

Повышая давление от «уля до заданного и обратно, мы получаем на барабане бесчисленное множество таких точек в вид линии. Полученная таким образом зависимость перемещения поршня от силы, действующей на него, не есть еще целиком сила, действующая на самую пружину. При-этом найо учесть следующие дополнительные факторы: 1) силу веса поршня 5 с присоединенньгми к нему деталями, обозн1а1чаемую через Р; 2) силу трения между поршнем 5 и цилиндром 24, а также силу Трени;я, хотя и незначительную, в передвигаемых поршнем деталях (стержнях 11, 12 фиксатора и в шестернях, служащих для увеличения масштаба снимаемой характеристики - см. ниже), обозначаемую через F; 3) тяжесть противовеса 25, служащего для уничтожения мертвого хода между зубцами рейки 22 и шестерней 23, обозначаемую через 4) силу трения между пульсатором 16 и Цилиндром 20, 0|бозначаемую через 5) силу трения в П|ОД1пятниках барабанов 14 и 26 (последний указан пунктиром и служит для пОДачи бумажной ленты), а также силу трения между фиксатором и барабаночм (хотя и незначительную), обозначаемую через R.

Вообразим, что силы Р F и R равны нулю, т. е. чувствительность пульсатора идеальна и малейшее изменение давления вызывает пульсацию его. Тогда, при повыщении давления от нуля, пульсатор сразу начинает передавать свое движение барабану, в то время как порщень 5 неподвижен и начинает перемещаться вверх лишь после ТОГО , когда сила давления масла будет достаточна для преодоления сил Р и F.

Это явление отразится на бумаге, скрепленной с барабаном 14, в виде горизонтальной линий (ав) (фиг. 2), величина которой и будет суммой обеих сил. Длина (an) соответствует силе Р, а длина (ав) - силе F.

Изображенное направление оси абсцисс соответствует направлению вращения барабана, указанному на схеме.

Масштаб сил зависит от площадей поршня 5 и пульсатора 16, от жесткости тарированной пружины 21, диаметров щестерпи 23 и барабана 14.

Дав нужнее сжатие или растяжение пружине, снижают давление, с целью перемещения поршня 5 вниз, но вследствие трения между ним и цилиндром 24 поршень 5 ие сразу пойдет вниз, а лишь после «екоторого снижения давледия, достаточного для преодоления силы трения F. Это явление отразится в верхней части диаграммы также в виде горизонтальной линии (cd), величина которой будет равяа удвоенной силе трения F, а именно: силе трения, преодолеваемой при движении поршня взерх, и такой же по величине, но обратной по направлению силе трения при движении его вниз.

ИстиН1ная же характеристика испытуемой пружины на жесткость будет выражаться линией (mn), проходящей посредине линий (Ьс) и (df). Линию (mn) и следует принимать практически за диаграмму усилия - деформации. На истинную характеристику (mn) накладывается сила трения F. которая, вообще говоря, переменна при разных натягах испытуемой пружины. Величину и значение ее увидим несколько ниже. Для этого рассмотрим влияние на диаграмму отброшенных нами сил.

Сила Р как это видно из схемы, создает некоторый натяг пружины 21; потребуется некоторое давление для того, чтобы привести в движение пульсатор и связаиную с ним систему. Это явление отразится на диаграмме в виде сокращения линии (ав) на величину (е).

Что касается сил F и R, то они будут (Несколько препятствовать движению указанной системы, и данному давлению будет соответствовать несколько меньшее перемещение.

Это отразится на диаграмме в виде сокращения линии (fb) на величину (bs) и снятая характеристика пойдет уже по линии (PS). После снятия последней и понижения давления указанные силы опять-таки будут пре пятствовать движению и потребуют некоторого понижения силы давления для преодоления их; лишь после этого система пульсатора придет в движение. Это отразится на диаграмме в виде сокращения линии (pd) на величину (gd), равную величине (ср) и характеристика при обратном ходе пойдет уже по линии {§к).

Надо отметить, что при тщательно подобранной тарированной пружине 21 и высокой степени обработки трущихся частей системы пульсатора, силы (ср) или (gd) будут практически постоянными и незначительными по величине, которую Можно вполне точно определить.

Для определения силы F необходимо к полученной на диаграмме силе (рт) или (mg), переменной для разных пружин, прибавить величину (gd) }iJi№ (ср).

Полученная таким образом величина (сш) или (md) есть величина силы F, характеризующей да-нную пружину с точки зрения правильности ее изготовления, работы ее витков и величины боковых усилий, даваемых ею при работе.

В таких дополнительных характеристиках есть довольно частая потребность, не говоря уже о том, что это дает возможность исключить посторонние силы со снимаемой основной характеристики испытуемой прул-сины.

В возможности получения таких дополнительных характеристик и усматривается дополнительное преимущество данной машины, в которой перемещение фиксатора и вращение барабана независимы друг от друга, но в то же время связаны и величиной и направлением, как только изменение давления на поршень и пульсатор получает определенное направление, и преодолеваются силы трения систем, связанных с последними, т. е. с поршнем 5 и пульсатором 16.

Центровка испытуемых пружин производится следующим образом. На поршень 5 надевается диск 27, имеющий с наружной стороны диаметральный паз, по которому ходят ползуны 28 с внутренней левой и правой резьбой.

В центре диска имеется стойка 29, через которую проходит горизонтальный винт 30, вворачиваемый в ползуны 28.

Винт 30 закреплен в стойке 29 таким образом, что имеет возможность только вращаться, не имея возможности перемещаться в осевом направлении. Ползуны при этом сближаются или раздвигаются. Они в своей верхней части имеют по две пластины 31, которые расположены симметрично под j Определенйым утлОМ, о бжимая испы- туемую пружину и перемещая ее к центру.

Для нескольких пружин наименьших диаметров в тарелке 6 сделаны соответствующие выточки, которые центрируют испытуемую пружину по наружному или -внутреннему диаметру ее.

В виду большого диапазона длин испытуемых пружин верхняя упорная плоскость их перемещается салазкой 7, которая передвигается в вертикальном направлении по вьгступу станины 32, имеющему форму ласточкина хвоста.

Передвижение салазки осуществляется при помощи вращения винта 33, который на нижнем конце скреплен с конической шестерней 34, вращаемой конической шестерней 35.

Винт 33 проходит через гайку 36, скре)пле:нную с салазкой 7. Для испытания пружины пет надобности подводить салазку вплотную к последней, а при определенно-м положении салазки можно испытать пружины с некоторым диапазоном длин.

Для жесткого крепления салазки со станиной в салазки ввинчивается упорный болт 37. Передвижением салазки 7 можно также создать предварительный натяг испытуемой пружины (приспособлепие для соответствующего изменения предварительного- натяга тарированной пружины пульсатора на схеме не показано), что важно, когда желательно испытать определенный участок пружины увеличителем для большей наглядности характеристики. Па фиг. 3 показан увеличитель масштаба деформации пружины в пять раз.

Работа увеличителя происходит следующим образом. Стйржень 38 (фиг. 3), перемещаясь вместе с прикрепленной к нему рейкой 39, передает движение шестерни 40, на общей оси с которой закреплена шестерня 41 диаметром в 2,5 раза больше. Последняя находится В сцеплении с шестерней 42; на общей оси с ней закреплена шестерня 43, диаметром в два раза больше и сцепляемая с рейкой 44, закрепленной на стержне 12 (фиг. 2 и 3).

Таким образом, фиксатор, скрепленный со стержнем 12, получает перемещение, в пять раз большее, чем стержень 38.

Все шестерни увеличителя масштаба длин вставлены в проушину серьги 45, которая вместе со стержнями 12 и 38 закреплена в обойме 46. Последняя поворачивается вокруг пальцев 47 и 48. Эта же обойма служит направляющей для стержней 12 и 38.

Поворотом обоймы имеется возможность включить в работу фиксатор 13, соединив стержень 11 непосредственно со стержнем 12 или со стержнем 38.

В первом случае получим масштаб деформации испытуемой пружины 1:1, во втором 5:1.

Для крепления обоймы 46 в определенном положении через нее проходит стопорная шпилька 49. входящая в одно из гнезд неподвижной рамы 50. Для вывода шпильки из данного гне:ь да достаточно нажать конец рычага 51.

Упомянутый выше противовес 25 подвешен на нитке 52, которая ходит по ролику 53 и наматывается на блок 54, скрепленный с барабаном 14.

Вертикальная шкала 55 закреплена в обойме 46. Кольцевая шкала 56 вращается с барабаном (неподвижная стрелка к этой шкале на схеме не показана). Вертикальная и кольцевая шкалы служат для снятия диаграмм усилий и деформаций по отдельным точкам без непосредственного нанесения таковых на бумагу, навернутую на барабан 14.

Па вертикальной шкале производятся отсчеты деформации, па кольцевой - отсчеты усилий.

Выше были указаны те маслопроводы, по которым подается масло к поршню 5 и к пульсатору 16. По этим же маслопроводам 3, 4 и 15 происходит не только подача масла, но и слив при обратном ходе поршня и пульсатора.

Для этого достаточно перекрыть доступ сжатого воздуха в бак и соединить его с атмосферой.

В случае надобности установки какого-либо предельного давления масла, а также для лучшей регулировки скорости хода поршня и пульсатора, установлены дроссели 57 и 58.

Слив масла, протекающего через поршень 5 и пульсатор 16, происходит по трубкам 59 и 60 во вторичный бак 61.

Протечки через стержень 8, благодаря сальниково1М|у уплотнению 62, незначительны. Вытекающее масло собирается в выемке станины и отводится в специальный сосуд.

Через некоторое время (довольно длительное) работы мащины, когда в первичном баке 2 окажется недостаточное количество масла, о чем можно судить по масломернбму стеклу 63, переливают масло из -вторичного бака Б первичный. Осуществляется это также сжатым возд ухо1м, который подается уже во вторичный бак 61 при атмосферном давлении в первичном баке.

Для этого достаточно соответственно поверн уть краны 57 и 64 так, чтобы соединить первичный бак 2 с атмосферным давлением и перекрыть доступ сжатого воздуха по маслопроводам 59 и 60, открыть вентиль 65 для доступа сжатого воздуха во вторичный бак 61 и открыть вентиль 66.

Тогда по маслопроводу 67, погруженному во вторичный бак, и маслопроводам 4 и 3 масло перельется в первичный бак 2.

Аппарат (фиг. 4) для автоматической записи характеристик неравномерности и нечувствительности узлов машин основан на том же принципе действия.

что и выщеописанная мащина для испытания пружин.

Этот аппарат выполнен передвижным и может быть приспособлен непосредственно к узлу, соединенному с машиной или отделенному от последней для снятия указанных характеристик.

.На фиг. 4 цифрой 56 схематически изображен испьгтуемый серзомптор, цифрой 55 обозначен штатив аппарата, на котором крепятся цилиндр 20 и Обойма 50. Остальные детали обозначены в соответствии с обозначениями на фиг. 1.

Увеличитель масштаба длин (фиг. 3) автоматической гидравлической машины может быть применен также здесь с успехом и без поворотной обоймы в виду тото, что аппарат выполнен передвижным.

Предмет и з о б р е т е н и я.

Машина для испытания пружин, отличающаяся тем, что для одновременной записи на барабане линейных смещений испытуемой пружины и усилий, действующих на нее, применены гидравлический цилиндр 24, воздействующий на испытуемую пружину, и гидравлический цилиндр 20 с динамометрической пружиной 21, шток поршня которого предназначен для управления вращением барабана, согласно приложенным усилиям.

i.J

ШиП

Шиг