Стенд усталостных испытаний

(5 (5 рд ха си иров мальн ия в змен озмо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Центральный научно-исследовательский институт материаловедения и Челябинский государственный технический университет(56) Авторское свидетельство СССР Р 1454516, кл. В 06 В 1/16, 1987.4) СТЕНД УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ 7) Изобретение относится к области вибционной техники и может быть использовано в устройствах для возбуждения колебаний, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения как постоянной амплитуды, так и плавной независимой реулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки,Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в устройствах для возбуждения колебаний.Наиболее близким к предлагаемому является стенд с инерционным нагружателем, содержащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически связанных между собой планетарных рядов с неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилом и связанных с соответствующими ступенями, приводы и механизм регулирования,Недостатками этого устройства является невозможность целенаправленного регуо.ъЖн 1 758486 А 1 расширения диапазона регулирования продолжительности периода блока программ и обеспечения реализации программ с фиксированным числом циклов нагружения в блоках, а также обеспечения пладного непрерывного изменения амплитуд динамической нагрузки по заданному закону. Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащим планетарные ряды с неуравновешенными сателлитами, центральные зубчатые колеса каждого ряда выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, которые связаны между собой червячной передачей, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружателя кинематически связаны между собой посредством соответствующего планетарного ряда. передаточные отношения от привода к неуравновешенным сателлитам каждого ряда равны, а менизм регулирования выполнен в виде стемы шарниров Гука. 2 з.п. ф-лы, 5 ил ания без переборки системы макси- .ой и минимальной амплитуд нагружеблоке программ; невозможностьения формы блоков программы, нежность имитации нормального закона аспределения амплитуд нагружения; ограичение диапазона регулирования продолительностью периода блока программы инимальными и максимальными оборота- и привода механизма регулирования.Цель изобретения - расширение функионэльных возможностей стенда за счет обеспечения как постоянной амплитуды так и плавной независимой регулировки зе личин минимальной и максимальной ампли туд динамической нагрузки; расширениедиапазона регулирования продолжительно- теля имеет свой механизм регулирования сти периода блока программы и обеспече- относительного углового положения неуние плавного изменения амплитуды равновешенныхсателлитов. На ведущем ванагрузки. лу 15 низкочастотной ступени нагружателя,Поставленная цель достигается тем, что 5 имеющем привод от двигателя 10, жестко на стенде усталостных испытаний, содержа- закреплено центральное колесо 17 первого щем раму, установленный на ней инерцион- планетарного ряда с установленным на нем ный нагружатель, включающий зубчатую с возможностью вращения дополнительпередачу, выполненную в виде четырех по- ным зубчатым венцом 18 с тем же числом парно кинематически связанных между со зубьев и посажено на подшипника: с возбой планетарных рядов с можностью вращения центральное колесо неуравновешенными сателлитами, образу второго планетарного ряда с установленющих две независимые ступени с общим ным на нем с возможностью вращения доводилом и связанных с соответствующими . полнительным зубчатым венцом 20 с тем же ступенями приводов и механизмов регули числомзубьев. Центральные колеса 17,19 и, рования, центральныезубчатые колеса каж- связанные с ними червячными зацеплениядого ряда выполнены двухвенцовыми с ми 21,дополнительныезубчатыевенцы 18 и одинаковым числом зубьев в каждом венце, 20 находятся в зацеплении с неуравновестенд снабжен червячными передачами, ус- шенными сателлитами 22, 23, симметрично тановленными каждая на центральном ко установленными по окружности и свободно лесе соответствующего планетарного ряда вращающимися на осях, установленных в и связывающими венцы двухвенцовых ко- водиле 14. предназначенном для связи челес соответствующих рядов, каждый из вен- реэ преобразователь 8 с испытуемым издецов которых предназначен для зацепления лием 9, Все неуравновешенные сателлиты споловиной неуравновешенныхсателлитов 25 22 и 23 имеют одинаковые дебалансы 24. соответствующего ряда при их симметрич- Половина неуравновешенных сателлитов 22 ном расположении по окружности: цент- и 23 каждогопланетарногорядасимметричральные двухвенцовые колеса каждой но находится в зацеплении соответственно ступени нагружателя кинематически свяэа- с центральными колесами 17 и 19 (фиг.2), а ны между собой посредством соответствую вторая половина - с дополнительными венщего планетарного ряда, а передаточные . цами 18 и 20(фиг.З). Центральные колеса 17 отношения от привода к неуравновешен- и 19 кинематически связаны между собой ныл сателлитамкаждого ряда равны; меха- планетарным рядом механизма рассогласонизм регулирования выполнен в виде вания, включающим шестерню 25, выполсистемы шарниров Гука. 35 ненную в блоке с колесом 19, входящую вНа фиг,1 представлен общий вид стенда зацепление с блоком сателлитов 26 - 27, враусталостных испытаний; на фиг.2 - кинема- щающихся на осях, симметрично располотическая схема стенда; на фиг.З - разрезы женных на водиле 28, жестко посаженном А-А и Б - Б на фиг,2; на фиг.4-динамическая на валу 15, и находящихся в зацеплении с расчетная схема нагружателя; на фиг,5 - 40 блок-шестерней 29 - 30, получающей через блоки программ испытаний, коническую передачу 30-31, систему шарСтенд усталостных испытаний (фиг,1) ниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 вращесодержит раму 1, установленный на ней ние от двигателя 5. Зубчатый редуктор 4 инерционный нагружатель 2 с двумя меха- включает две червячные 32-33, 34-35 и низмами регулирования, каждый иэ кото одну цилиндрическую 36-37 зубчатые пары.рых включает систему шарниров Гука 3, На ведущем валу высокочастотной стуэубчатый редуктор 4 и электродвигатель 5. пени 13 нагружателя, имеющем привод от червячный редуктор 6, соединенный торси- двигателя 11, жестко закреплено зубчатое оном с преобразователем 8. злектродвига- колесо 38,.находящееся в зацеплении с центель червячного редуктора 7, испытуемое 50 тральным колесом 39 первого планетарного изделие 9 и электродвигатели 10, 11 инер- ряда, с установленным на нем с возможноционного нагружателя. стью вращения дополнительным зубчатымИнерционный нагружатель содержит венцом 40 с тем же числом зубьев и свободкорпус и установленные в нем четыре кине- но вращающимся на оси водила 14. Центматически связанные между собой плане ральное колесо 41 второго планетарного тарные ряда с неуравновешенными ряда с установленным на нем с возможно- сателлитами.образующие две;независимые стью вращения дополнительным зубчатым ступени нагружателя - низкочастотную 12 венцом 42 с тем же числом зубьев так же (фиг.2) и высокочастотную 13 (фиг.2) с об- свободно на подшипниках вращается на оси щим водилом 14. Каждая ступень нагружа- водила. Центральные колеса 39.41 исвязан(1)40 45 50 55 ные с ними червячными зацеплениями 43 дополнительные зубчатые венцы 40 и 42 находятся в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 44 и 45, симметрично установленными по окружности и свободно вращающимися на осях, установленных в водиле 14. Все неуравновешенные сателлиты 44 и 45 имеют одинаковые дебалансы 46. Половина неуравновешенных сателлитов 44 и 45 каждого планетарного ряда симметрично находится в зацеплении соответственно с центральными колесами 39 и 41, вторая половина - с зубчатыми венцами 40 и 42 аналогично фиг,3. Центральные колеса 39 и 41 кинематически связаны между собой планетарным рядом механизма рассогласования, включающим блок-шестерно 47-48 один венец которой 47 входит в зацепление с центральным колесом 42, а второй венец 48 зацепляется с блоком сателлитов 49 - 50, вращающихся на осях, симметрично установленных на колесе 38. и входящих в зацепление с блок-шестерней 51 - 52,получающей вращение через коническую передачу 52 - 53, систему шарниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 от двигателя 5,Испытуемое изделие через преобразователь 8, двуплечий рычаг 53. жестко закрепленный на водиле 14, шатуны 54, упругий вал-торсион 55, червячную пару 56 - 57 и два зубчатых зацепления 58 - 59. 60 - 61 нагружается двигателем 7.Числа зубьев центральных колес и неуравновешенных сателлитов каждой ступенинагружателя могут быть выбраны из соотношения ц с а с мапл К - число циклов нагружения в блоке программы эа период изменения амплитуды динамического момента нагружения межцу ее минимальными значениями; 2 ц , 2 с(1) (1 числа зубьев центрального колеса и неуравновешенных сателлитов первоо ряда рассматриваемой ступени нагружения; Ец ,Р) 2 с- числа зубьев центрального колеса и(2) неуравновешенных сателлитов второго ряда рассматриваемой ступени нагружателя;пл - передаточное отношение планетарного ряда, связывающего оба центральных колеса рассматриваемой ступени нагружателя.Стенд усталостных испытаний работает следующим образом,Инерционный нагружатель 2 создает на водиле 14 знакопеременный нагружающий момент (см. ниже). При подсоединении испытуемого изделия 9 непосредственно к водилу 14 реализуются испытания на кручение. При подсоединении испытуемого изделия к водилу нагружателя через преобразователь 8, как показано на фиг,1, реализуются испытания на растяжение- сжатие.Червячный редуктор 6 создает через торсион 55, двуплечие рычаги 53 и шатуны постоянное усилие на испытуемом изделии 9. Работа обоих ступеней нагружателя аналогична, поэтому рассмотрим работу одной, например, низкочастотной ступени 12,Режим моногармонического нагружения обеспечивается при неработающем механизме регулирования.Ротор двигателя 10 приводит во вращение через вал 15 центральное колесо 17 с дополнительным венцом 18 и водило 28 механизма рассогласования, которое через блок сателлитов 26 - 27, обкатывающихся по неподвижному колесу 29, обеспечивает вращение центральной блок-шестерни 25 - 19 с дополнительным венцом 20. Вращение центральных колес вызывает вращение находящихся с ними в зацеплении неуравновешенных сателлитов 22 и 23 с равными угловыми скоростями в, чем обеспечивается создание на их осях постоянной по величине суммарной силы инерции (фиг.4),Рин= (щггегг) +(п 1 гзегз) + 2 аггеггпизегзсоэ Я2плечо приложение которой Н =сов р = = сов им при неработающем приводе регулирования изменяется по косинусоидальному закону, р = сж; т - текущее время; пгг, егг, егз, егз - соответственно массы и эксцентриситеты неуравновешенных сателлитов 22 и 23; ф - угол разворота неуравновешенных сателлитов 22 первого ряда относительно сателлитов 23 второго ряда - задается механизмом регулирования.Таким образом, рассматриваемая ступень нагружения создает на оси водила 14 знакопеременный динамический момент нагружения,При необходимости изменения амплитуды динамического момента нагружения включается двигатель 5, который через зубчатый редуктор 4. систему шарниров Гука 3, коническую передачу 31-30 и планетарный механизм рассогласования 29-26-27-25 создает дополнительное вращение колеса 19 с венцом 20, что обеспечивает изменение величины угла Р, т.е. изменение динамического момента нагружателя. После достижения заданного значения амплитудыдинамического момента нагружателя двигатель 5 отключается,Блок-программное нагружение реализуется при постоянном вращении приводных двигателей 5 и 10,При равенстве передаточных отношений от приводных двигателей 10 к неуравновешенным сателлитам 22 и 23 постоянноевращение двигателя 5 через зубчатый редуктор 4, систему шарниров Гука 3, коническое зацепление 30-31 и планетарный рядмеханизма рассогласования вызывает изменение угловой скорости неуравновешенн ых сателлитов 23 относительнонеуравновешенных сателлитов 22 и их относительный непрерывный разворот, чем реализуется блок-программное нагружение,при котором амплитуда динамического момента нагружения М в случае а = 0 плавнонепрерывно периодически изменяется позакону "биений" (фиг.5);М = Асов аггс+.Всоз сог 31от минимального Мп = А - В до максимального Мпз = А+В значений; А и В - соответственно амплитуды динамическихмоментов, создаваемых неуравновешенными сателлитами 22 и 23 (фиг.4:А = Ри А=пагегг вгг; В=Риаз,1 ==Ьп 23 Е 23 ш 23.11 ри А = В имеем Мв 1 п = А - В = О, т,е,суммарный динамический момент нагружения изменяется от нуля до максимальногозначения (фиг,5 а). В случае установки соответствующего угла а в системе шарнировГука реализуется изменение амплитуды динамического момента нагружения, имитирующее нормальный закон распределения сзаданным стандартом процесса, Продолжительность периода "биений" и число цикловнагружения в нем регулируются оборотамидвигателей 5 и 10, Следует отметить, чтодиапазон регулирования продолжительности "биений" при этом ограничивается минимально устойчивыми и максимальнодостижимыми оборотами двигателя 5,При необходимости исключения из блока программы нагружения амплитуд динамического момента ниже. требуемогозначения (фиг,5 б), т.е, при необходимостирегулирования минимальной амплитудойблока нагружения в одном из планетарныхрядов с неуравновешенными сателлитами,например, втором при остановленном стенде с помощью червячной передачи 21 разворачивают через дополнительный зубчатыйвенец 20 (фиг.З) находящиеся с ним в зацеплении неуравновешенные сателлиты отно-.сительно неуравновешенных сателлитов,находящихся в зацеплении с центральным колесом 19, уменьшая тем самым амплитудугармоники динамического момента В, создаваемого рассматриваемым рядом, Приэтом амплитуда (минимальная) суммарного5 динамического момента нагружения рассматриваемой ступени нагружателя Мв и=.А-В определится углом относительного разворота центральных. колес 19 и 20 и находящихся с ними в зацеплении групп10 неуравновешенных сателлитов 23. Обеспечив требуемую величину минимальной амплитуды. динамического моментанагружения, фиксируют относительное положение центральных колес 19 и 20 путем15 выбора зазоров в червячном зацеплении 21.При необходимости изменения величины максимального значения амплитуды суммарного динамического моментарассматриваемой ступени нагружателя,20 разворачивая червячными передачами 21дополнительные зубчатые венцы 18 и 20 относительно соответствующих центральныхколес 17 и 19 на равнь е углы, обеспечиваюттребуемый разворот групп соответствую 25 щих неуравновешенных сателлитов, что реализует изменение на равные величиныамплитуды гармоник А и В обоих рядов инеобходимое изменение максимальногозначения амплитуды суммарного динамиче 30 ского момента нагружателя,При необходимости одновременногорегулирования величин максимальной и минимальной амплитуд динамического момента нагружения разворот центральных колес35 и дополнительных венцов осуществляетсясоответственно на требуемые величины углов,Аналогично работает и высокочастотная ступень нагружателя, кинематика кото 40 рой обеспечивает более высокие частотынагружения. Отличие заключается в том, чтопривод центральных колес 39 и 42 от двигателя 11 осуществляется через шестерни 38и 47.45 При выборе чисел зубьев центральныхколес и неуравновешенных сателлитов согласно выражению (1) при неподвижном колесе 29, т.е, при неработающем приводемеханизма регулирования, реализуется50 блок-программное нагружение с фиксированным числом циклов нагружения в блокепрограммы (фиг,5), при котором амплитудадинамического момента нагружения изменяется по закону "биений" с возможностью55 целенаправленного регулирования максимальной и минимальной,.амплитуд в блоке.Вращение привода 5 механизма регулирования обеспечивает уменьшение разности угловых скоростей вращениянеуравновешенных сателлитов, т.е. увели 1758486 10чение продолжительности периода "биений". При вращении привода 5 со скоростью, обеспечивающей равенство угловых скоростей вращения неуравновешенных сателлитов 22 и 23, амплитуда динамического 5 момента рассматриваемой ступени нагружателя неизменна, т.е. продолжительность периода блока программы равна бесконечности.Таким образом, при выборе чисел зубь ев центральных колес и неуравновешенных . сателлитов согласно выражению (1) реализуется практически любой диапазон изменения продолжительности периода блока программы нагружения, вплоть до периода 15 равного бесконечности.Изменением угла й системы шарниров Гука при работе привода 5 реализуется требуемый характер. изменения амплитуды динамического момента нагружения, 20Совместная работа обеих ступеней нагружателя реализует полигармоническое блок-программное нагружениеФормула изобретения1. Стенд усталостных испытаний, содер жащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически связанных между собой планетарных рядов с 30 неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилам и связанных с соответствующими ступенями, приводы и механизм регулирования,отличающийся тем,что,сцелью 35 расширения функциональных возможностей путем обеспечения как постоянной амплитуды, так и плавной неэависимой регулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки, центральные зубчатые колеса каждого ряда выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, стенд снабжен червячными передачами, установленными каждая на центральном колесе соответствующего планетарного ряда и связывающими двухвенцовые колеса соответ- - ствующих рядов, каждый из венцов которых предназначен для зацепления с половиной неуравновешенных сателлитов соответствующего ряда в момент их симметричного расположения по окружности.2. Стенд по п 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования продолжительности периода блока программ и обеспечения реализации программ с фиксированным числом циклов нагружения в блоках, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружателя кинематически связаны между собой посредством соответствующео планетарного ряда, а передаточные отношения от привода к неуравновешенным сателлитам каждого ряда равны,3, Стенд по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения плавного непрерывного изменения амплитуд динамической нагрузки, механизм регулирования выполнен в виде системы шарниров Гука,1758486 Составитель П.ВиницкийТехред М.Моргентал Корректор С,Патрушева Редактор М.Циткина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 Заказ 2993 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5