Машина для испытания пружин

Зарегнслрировано в Бюро изобрегпений Госплана при СНК СССР-1 ;т.:-1чЕ. М, Шмерлинг, т:;.",.". . ,рМашина для испытания пружин.Заявлено 23 апреля 1939 года в НКОМ за Лв 23471, с присоединенпегн заявки от того же рнсла за Лд 23470.Опубликовано 31 января 1941 года. Для широко применяемых в технике пружин до сих пор не разработан метод контроля и испытания, удовлетворяющий требованиям, предъявляехым к пружинам.Применяемые для испытания пружин прессы дают весьма приближенные и совершенно недсстаточные для характеристики пружины данные. Пружина, псставленная после испытания на свое место, во многих случаях снова пере- испытывается со своим, узлом или машиной в целом, и только методом подбора удается найти подходящую для даиных 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, работающих 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 действу;ощих.На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой машины; на фиг. 2 - записанная машиной диаграмма деформации пружины; на фиг. 3 - вид увеличителя масштаба деформации пружины; на фиг. 4 - форма выполнения предлагаемой машины в визе аппарата для автоматической записи характеристик неравномерности и нечувствительности узлов машины,Сжатый воздух через воздухопровод 1 подается в бак 2, заполненный маслом, которое, под давлением сжатого воздуха, 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 6, 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 основанию машины прикреплен крючок 10. За этикрючки зацепляется пружина, испытываемая на растяжение (на 1чертеже не показанная).Перемещение поршня 5 передаетсястержням 11 и 12, на которых укреплен фиксатор (карандаш) 13, отмечающий перемещение поршня на бумаге,навернутой на барабан 14. Это перемещение при снятии характеристики соответствует величине сжатия или растяжения испытуемой пружины,Одновременно с подачей масла папоршень 5 подается масло под тем жедавлением через маслопровод 15 впульсатор 16,Между последним и упорными шайбами (сферическими) 17 и 18, прилегающими к крышке 19 цилиндра 20,находится тарирэванная (динамометрическая),пружина 21, благодаря которой перемещение пульсатора 16 поставлено в строгую зависимость от испытываемой им силы давления масла.Поступательное движение пульсатора16 и соединенной с ним зубчатой рейки 22 вызывает вращательное движение бараоана 14, на котором закреплена шестерня 23, находящаяся в сцеплении с рейкой 22.Таким образом, угол поворота барабана строго зависит от силы давлениямасла на пульсатор 16. Сила же давления, выраженная в килограммах,будучи разделена на. площадь, перпендикулярную к оси пульсатора и выраженную в квадратных сантиметрах,дает число атмосфер, которое, будучиумножено на аналогичную площадьпоршня 5, дает силу, действующую нанего и выраженную также в килограммах.Следовательно, определенному моменту, зависящему от давления маслана поршень 5 и пульсатор 16, соответствует вполне о)пределенная точка соприкосновения фиксатора с барабаном,которая имеет две координаты: по осиабсцисс - величину действующей силы на поршень, масштаб которой дляданной машины заранее известен, и пооси ординат - соответствующую этойсиле величину сжатия или растяженияиспытуемой пружины,Г 1 овышая давление от нуля до заданного и обратно, мы получаем на барабане бесчисленное множество таких точек в виде линии. Полученная таким образом зависимость перемещения поршня от силы, действующей;на него, не еоть еще целиком сила, действующая на самую пружину, При этом надо учесть следующие дополнительные факторы: 1) силу веса поршня 5 с присоединенными к нему деталями, обозначаемую через Р; 2) силу трения между поршнем 5 и цилиндром 24, а также силу 1 рения, хотя и незначительную, в передвигаемых поршнем деталях (стержнях 11, 12 фиксатора и в шестернях, служащих для увеличения масштаба снимаемой характеристики - см. ниже), обозначаемую через 1.; 3) тяжесть противовеса 25, служащего для уничтожения мертвого хода между зубцами рейки 22 и шестерней 23, обозначаемую через Р"; 4) силу трепля между пульсатором 16 и цилиндром 20, обозначаемую через Р; 5) силу творения в подпятниках барабанов 14 и 26 (последний указан пунктиром и служит для подачи бумажной ленты), а также силу трения между фиксатором и барабаном (хотя и незначительную), обозначаемую через К,Вообразим, что силы Р", 1.и Е равны нулю, т. е, чувствительность пульсатора идеальна и малейшее изменение давления вызывает пульсацию его. Тогда, при повышении давления от нинуля, пульсатор сразу начинает передавать свое движение барабану, в то время как поршень 5 непсдвижен и начинает перемещаться вверх лишь после того, когда сила давления масла будет достаточна для преодоления сил РиР.Это явление отразится на бумаге, скрепленной с барабаном 14, в виде горизонтальной линий (ав) (фиг, 2), величина которой и будет суммой обеих сил. Длина (ап) соответствует силе Р, а длина (ав) - силе 1.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 шестерни 23 и барабана 14.Дав нужное сжатие или растяжение пружине, снижают давление, с целью перемещения поршня 5 вниз, но вследствие трения между ним и цилиндром 24 поршень 5 не сразу пойдет вниз, а лишь после некоторого снижения давления, достаточного для преодоления силы трения Р. Это явление отразится в верхней части диаграммы также в виде горизонтальной линии (сй), величина которой будет равна удвоенной силе трения 1, а именно; силе трения, преодолеваемой при движении поршня вверх, и такой же по величине, но обратной по направлению силе трения при движении его вниз.Истияная же характеристика испытуемой пружины на жесткость будет выражаться линией (гпП, проходящей посредине линий (Ьс) и (сП). Линию (гпп) и следует принимать практически за диаграмму усилия - деформации. На истинную характеристику (птп) накладывается сила трения г, которая, воооще 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 ввдно из схемы, создает некоторый натяг пружины 21; потребуется некоторое давление для того, чтобы привести в движение пульсатор и связанную с ним систему. Это явление отразится на диаграмме в виде сокращения линии (ав) на величину (е).Что касается сил 1. и К, то они будут несколько препятствовать движению указанной системы, и данному давлению будет соответствовать несколько меньшее перемещение.Это отразится на диаграмме в виде сокращения линии (1 Ь) на величину (Ьз) и снятая характеристика пойдет уже по линии (рз). После снятия последней и понижения давления указанные силы опять-таки будут препятствовать движению и потребуют некоторого понижения силы давления для преодоления их; лишь после этого система пульса- тора придет в движение, Это отразится на диаграмме в виде сокращения линии (рс) на величину(с 1), равную ве. личине (ср) и характеристика при обратном ходе пойдет уже по линии (Рк). Надо отметить, что при тщательно подобранной тарированной пружине 21 и высокой степени обработки трущихся частей системы пульсатора, силы (ср) или (ос 1) будут практически постоянными и незначительными по величине, которую можно вполне точно определить,Для определения силы Р необходимо к полученной на диаграмме силе(рп 1) или(п 1 о), переменной для разных пружин, прибавить величину(дс 1) или(ср),Полученная таким образом величина (с 1 п) или (п 1 с 1) есть величина силы Г, характеризующей данную 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 пружины.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 связанны 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, ко торые расположены симметрично подопределенным углом, обжимая испытуемую пружину и перемещая еек центру.Для нескольких пружин наименьшихдиаметров в тарелке 6 сделаны соответствующие выточки, которые центрируют испытуемую пружину по наружному или внутреннему диаметру ее,В виду большого диапазона длиниспытуемых пружин верхняя упорнаяплоскость их перемещается салазкой7, которая передвигается в вертикальном направлении по выступу станины32, имеющему форму ласточкина хвоста,Передвижение салазки осуществляется при помощи вращения винта 33,который на нижнем конце скрепленс конической шестерней 34, вращаемойконической шестерней 35,Винт 33 проходит через гайку 36,скрепленную с салазкой 7. Для испытания пружины нет надобности подводить салазку вплотную к последней,а при определенном положении салазки можно испытать пружины с некоторым диапазоном длин.Для жесткого крепления салазки состаниной в салазки ввинчивается упорный болт 3. Передвижением салазки7 можно также создать предварительный натяг испытуемой пружины (при-способление для соответствующегоизменения предварительного натягатарированной пружины пульсатора насхеме не показано), что важно, когда,желательно испытать определенныйучасток пружины увеличителем длябольшей наглядности характеристики.На фиг. 3 показан увеличитель масштаба деформации пружины в пятьраз.Работа увеличителя происходит следующим образом. Стержень 38 (фиг. 3),перемещаясь вместе с прикрепленнойк иему рейкой 39, передает движениешестерни 40, на общей оси с которойзакреплена шестерня 41 диаметромв 2,5 раза больше. Последняя находится в сцеплении с шестерней 42; наобщей оси с ней закреплена шестерня43, диаметром в два раза больше исцепляемая с рейкой 44, закрепленнойна стержне 12 (фиг. 2 и 3). Таким образом, фиксатор, скргпленный со стержнем 12, получает перемещение, в пять раз большее, чемстержень 38,Все шестерни увеличителя масштаоадлин вставлены в проушину серьги 45,которая вместе со стержнями 12 и 38закреплена в обойме 46, Последняяповорачивается вокруг пальцев 47 и48. Эта же обойма служит направляющей для стержней 12 и 38.Поворотом обоймы имеется возможность включить в работу фиксатор 13,соединив стержень 11 непосредственносо стержнем 12 или со стержнем 38.В первом случае получим масштабдеформации испытуемой пружины 1; 1,во втором 5: 1.Для крепления обоймы 46 в определенном положении через нее проходитстопорная шпилька 49. входящая в одно из гнезд неподвижной рамы 50.Для вывода шпильки из данного гнезда достаточно нажать конец рычага 51.Упомянутый выше противовес 25подвешен на нитке 52, которая ходитпо ролику 53 и наматывается на блок54, скрепленный с барабаном 14,Вертикальная шкала 55 закрепленав обойме 46, Кольцевая шкала 56 вр -щается с барабаном (неподвижнаястрглка к этой шкале на схеме не показана). Вертикальная и кольцеваяшкалы служат для снятия диаграммусилий и деформаций по отдельнымточкам без непосредственного нанесения таковых на бумагу, навернутую набарабан 14,На вертикальной шкале производятся отсчеты деформации, на кольцевой - отсчеты усилий.Выше были указаны те маслопроводы, по которым подается масло к поршню 5 и к пульсатору 16. По этим жемаслопроводам 3, 4 и 15 происходитне только подача масла, но и слив приобратном 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 регулировкискорости хода поршня и пульсатора,установлены дроссели 57 и 58, Слив масла, протекающего черезпоршень 5 и пульсатор 16, происходит по трубкам 59 и 60 во вторичныйбак 61.Протечки через стержень 8, благодаря сальниковому уплопнению 62, незначительны. Вытекающее масло собирается в выемке станины и отводитсяв специальный сосуд,Через некоторое время (до 1 волынодлительное) работы машины, когдав первичном баке 2 окажется недостаточное количество масла, о чем можносулить по масломерноцу стеклу 63,переливают масло из вторичного бакав первичный. Осуществляется это также сжатым воздухдм, который подается уже во вторичный бак 61 приатмосферном давлении в первичномбаке.Для этого достаточно соответственно повернуть краны 57 и 64 так, чтобы соединить первичный бак 2 с атмосферным давлением и перекрытьдоступ сжатого воздуха по маслопроводам 59 и 60, открыть вентиль 65 длядоступа сжатого воздуха во вторичныйбак 61 и открыть вентиль 66.Тогда по маслопроводу 67, погруженному во вторичный бак, и маслопроводам 4 и 3 масло перельетсяв первичный бак 2.Аппарат (фиг. 4) дланя автоматическойзаписи характеристик неравномерностии нечувствительности узлов машин основан на том же принципе действия,что и вышеописанная машина для испытания пружин,Этот аппарат выполнен передвижным и может быть приспособлен непосредственно к узлу, соединенному с машиной или отделенному ог последней для снятия указанных характеристик,На фиг. 4 цифрой 56 схематически изображен испытуемый сервомотор, цифрой 55 обозначен штатив аппарата, на котором крепятся цилиндр 20 и обойма 50. Остальные детали обозначены в соответствии с обозначечиями на фиг, 1.Увеличитель масштаба длин (фиг, 3) автоматической гидравлической машины может быть применен также здесь с успехом и без поворотной обоймы в виду того, что аппарат выполнен передвижным.П р е д м е т 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 динамомегрической пружиной 21, шток поршня которого предназначен для управления вращением барабана, согласно приложенным усилиям.