Устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия

.Я 2 1727012 А 1 М 5/О 51)5 Е ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛ ЬСТВУ ОПИ угад ,;. ЮТ",СКОМУ СВ(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЖЕСТКОСТИ ВИНТОВЫХ ПРУЖИН СЖАТИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель и зобретения - повышение точности и расширение эксплуатационных возможностей - достигается за счет установки шарниров, связывающих опоры с концами направляющих, Одна из опор, подвижная в продольном направлении, установлена с возможностью поперечного смещения. Для исключения влияния на пружину изгибающего момента линия центров шарниров неподвижной опоры находится на одном уровне с поверхностью торца пружины, 4 ил,силами, Под д пружина откло тарый угол р,ную деформац дополнительно которую можно оперечной силь тикали на некоиствием ится от в ее торец ию Л Пр удлинитс вычислит олучит попере этом пружинана величину Н,о формуле дН зп ( агс 1 у - ) где Н - высота пружи Дополнительное значительно снизит т жесткостных характер для пружины с диаме высотой 582 мм допол линение составит окол нения 720 мм при поп торцов друг относител Наиболее близки ности к изобретениюГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследоватеский, проектно-конструкторский и техногический институт электровозостроения(56) Авторское свидетельство СССРЛЬ 635401, кл. 6 01 М 5/00, 1978.Технический отчет М. 4-14-74, ВНИТУДК 625,2.012,8:539,4(047.1), 1974.Патент Франции М 2609803,кл. 0 01 М 13/00, 1989. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении при определении продольной и поперечной жесткостей пружин рессорного подвешивания транспортных средств и локомотивов при различных вариантах опирания их торцов.Известны устройства, содержащие основание с жестко установленными на нем направляющими и смонтированную с возможностью осевого перемещения по ним верхнюю опору, снабженную фиксаторами, Для расширения диапазона измеряемых характеристик устройство снабжено расположенной между верхней опорой и основанием промежуточной опорой, связанной с водилами, взаимодействующими с силовыми проводами.В этих устройствах испытуемую пружину для определения осевой и поперечной жесткостей нагружают соответствующими ны,удлинение пружиныочность измерения ееистик. Так;напримертром прутка 42 мм инительное осевое удо 12 , рабочего удлиеречном смещении ееьно друга на 120 мм,м по технической сущявляется устройство,содержащее основание с жестко установленными на нем направляющими, две опоры, связанные с соответствующими приводами и предназначенные для закрепления на них испытуемой пружины. Одна из 5 опор имеет возможность осевого смещения, вторая опора установлена на шарнирах, опирается на основание через силоизмеритель и имеет возможность поперечного смещения, 10Однако вышеуказанное устройство имеет низкую точность измерения из-за того, что пружина во время испытания получает паразитные деформации растяжения и изгиба. Происходит это по следующим при чинам. При поперечном нагружении, как было показано выше, пружина получит дополнительную деформацию удлинения д Н= Л ВП р, которая нагрузит пружину дополнительно осевой силой 20 .с ЯП (дГСт 9 р)25 где С - жесткость пружины,Ввиду конструктивных особенностей устройства линия действия поперечной силы эксцентрична по отношению к торцу исследуемой пружины, что приводит к воз никновению дополнительного (паразитного) момента, изгибающего пружину Мизг = С 1 ф ,35 где Миног - изгибающий момент; 0 - поперечная сила;- расстояние от торца пружины до оси силового привода.Цель изобретения - повышение точно сти измерения устройства и расширение его функциональных возможностей,Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия, содер жащее основание с размещенными на нем параллельно друг другу направляющими, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, связанные с соответствующими концами направляющих через две 50 пары шарниров, причем линия центров одной пары шарниров находится на одном уровне с поверхностью неподвижной опоры, силовой привод, шток которого связан сподвижной опорой, датчики силы и датчики 55 перемещений жестко закрепленными на кронштейнах основания и предназначенными для измерения относительных угловых и линейных смещений торцов испытуемой пружины,Известно техническое решение, предназначенное для измерения, главным образом, наклона оконечных частей пружин, содержащее две расположенные на некотором расстоянии одна от другой стендовые опоры, каждая из которых установлена на универсальном шарнире, при этом на осях шаровых шарниров расположены датчики угла поворота, измеряющие величину наклона соответствующей опоры. По величинам измерений ЭВМ рассчитывает наклон торцов пружины при наличии или отсутствии ее нагружения,Однако указанное техническое решение не позволяет измерять параметры жесткости пружин,На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - конструкция подвижной опоры, представляющая собой сферический (универсальный) шарнир; на фиг. 3 - неподвижная опора, предусматривающая жесткое крепление торца пружины; на фиг, 4 - расчетная схема, позволяющая оценить погрешность осевого нагружения пружины при определении ее поперечной жесткости с помощью предлагаемого устройства,Устройство состоит из основания 1 с установленными на нем направляющими 2, двух опор 3 и 4, между которыми размещена испытуемая пружина 5. Устройство снабжено двумя шарнирами 6, связывающими одни концы стоек 2 с основанием 1, а другие их концы связаны через два других шарнира с опорой 3, образуя четырехзвенник, имеющий возможность поперечного перемещения, Через центр плиты 3 проходит шток 7, Гайка 8 предназначена для фиксирования осевой нагрузки Р, На штоке 7 и на опоре 4, опирающейся на основание 1 через силоизмеритель 9 (контролирует осевую силу Р), закреплены болтами соответственно опоры 10 и 11 для установки на них испытуемой пружины 5, Опора 11 может быть выполнена в виде сферического шарнира(фиг,2). Опорная поверхность неподвижной опоры 10 находится на одном уровне с линией центров одной пары подшипников 6, Угловые и линейные перемещения торцов пружины 5 измеряются датчиками 12 и 13, закрепленными при помощи кронштейнов 14 на основании 1, по направлению осей универсального шарнира опоры 11, Сигналы датчиков 12 и 13 регистрируются при помощи соответствующей тензометрической аппаратуры, которая может подключаться к ЭВМ,По величинам измерений рассчитываютнепараллельность торцов пружины и откло1727012 При наклоне стоек 2 на угол а, точка Во переместится по дуге радиуса Нст (высота направляющих) и займет новое положение в точке В, ток 7 опустится вниз и сожмет пружину 5 на величину ЬНпр = -ВВ Угол а можно вычислить по формуле 9 а = Н, Из фиг. 4 видно, что ВВ = АВ -ЬНстАВ где АВ =Очевидно, что ЬНпр =- Ьяпа= -ВВ= -В В сов а.При наклоне стоек на угол а пружина 5 наклонится на угол с 9 а -Нпр - ЛНпр ЛНст т 9 35где Нст - высота направляющих,а - угол наклона стоек,Развиваемую приводом силу 0 определяют по силоизмерителю, входящему в комплект привода, При наклоне пружины 5 ее 40осевая жесткость несколько уменьшится,что в свою очередь приведет к уменьшениюосевой нагрузки на пружину 5 при неизменной ее осевой деформации, Силоизмеритель 9 зафиксирует падение нагрузки, 45после чего включением силового приводадля осевого нагружения пружины 5, догружают ее до требуемой программой испытания величины и фиксируют ее гайкой 8.Поперечную жесткость пружины находят по 50формуле Са =,0 55 нение ее оси от перпендикулярности к торцам,Устройство работает в трех режимах:нагружение исследуемой пружины в осевомнаправлении, определяется осевая жесткость; нагружение пружины осевой и поперечной силами при различных вариантахзакрепления ее торцов, определяется поперечная жесткость в зависимости от изменения величины осевой силы и способов 10закрепления торцов пружины; измерениевеличины неперпендикулярности торцовпружины и величины отклонения от перпендикулярности ее оси к торцам,В первом режиме устройство работает 15следующим образом. На опорах 3 и 4 устройства жестко закрепляется пружина 5.П ри включении привода осевогонагружения шток 7 перемещает опору 10 инагружает пружину в осевом направлении, 20Осевая жесткость определяется по показателям силоизмерителя 9 и по величине осевой деформации пружины 5.Во втором режиме работы устройствапосле включения привода осевого нагружения по показаниям силоизмерителя 9 устанавливают нужную для испытаний величинуосевой силы. После включения привода поперечного нагружения, связанного с направляющими 2, последние наклоняются на 30некоторый угол а, а торец пружины 5 получит сдвиг Л на величину Са - поперечная жесткость;0 - поперечная сила;Л - поперечное перемещение торцовпружины,где Нпр - высота предварительно сжатой пружины при вертикальном положении стоек.В результате наклона пружина 5 удлиняется на величину С С =Л Нпр = ОС - ОСгде ОС = Нпр - Ь Нпр, ОСЛЗп и Вертикальная составляющая удлинения СС" пружины 5 равна С 1 С = С С соз а, Суммарная паразитная деформация пружины 5 равна ЛНпр = Ь Нпр +. Л НпрПри высоте сжатой пружины 5 Нпр = 600 мм, высоте стоек Нст = 700 мм и максимальном угле их наклона около 8 ( Ь =120 мм) паразитное максимальное удлинение. пружины 5 составляет примерно 1,25;4 от рабочей деформации 130 мм,В третьем режиме устройство испол ьзуется для определения технологических погрешностей формы пружины 5, Для этого пружину 5 без зазора устанавливают на опоры 10 и 11, одна из которых, например верхняя - шарнирная, а нижняя - жесткая (неподвижная). Если испытуемая пружина 5 изготовлена с геометрическими отклонениями формы, то торец верхней опоры 11 получит линейные и угловые перемещения, о величине которых можно судить по показаниям тензометрической аппаратуры, например, тенэометрического измерителя деформаций ИДЦ(не показано), к которому подключаются датчики 12 и 13,Предлагаемое устройство имеет по сравнению с прототипом расширенные функциональные возможности: оно позволяетдля свободной и нагруженной пружины измерять непараллельность торцов, отклонение оси пружины от перпендикулярности к торцам, исследовать их влияние на поперечную жесткость, Вышеуказанные измерения нельзя выполнять при помощи прототипа, 1727012Формула изобретения Устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия, содержащее основание, размещенные на нем параллельно друг другу направляющие, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, связанные с соответствующими концами направляющих, силовой привод, шток которого связан с подвижной опорой, датчики силы и датчики перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения эксплуатационных возможностей, опоры шарнир но связаны с концами направляющих, линияцентров шарниров неподвижной опоры совмещена с ее опорной поверхностью, а подвижная в продольном направлении опора установлена с возможностью поперечного 10 смещения.1727012 Фыг 4 Составитель В.ОлейникРедактор М,Товтин Техред М.Моргентал Корректор Н,Ревс Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 1273 ТиражВНИИПИ Государственного комитет113035, Москва,Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС35, Раушская наб 4/5