DE2149232C3 - Dauerpruefeinrichtung fuer kleine Schraubenfedern - Google Patents

Description

ml + 2/H₁/ + Ml + Wj₃Zi₁ = m₂h₂

ml = 2/M₁/
(Wi + 2 »j, + M)Ib = wij/jjö

■,o

mit m als Ungleichsgewichtsmasse der Welle (12') und M als sich drehender Masse außer m, und m

„„...:„ J. „i„ :_i au-« ι :_.«_._ j .

ανττχ*. " cxio α/\ιαχ\.ιΐι riuaiuliu z.wia\.licii UCII Schwerpunkten der sich drehenden Masse und der benachbarten Umlaufausgleichsmasse erfüllen.

und ihre Kontraktion ermöglicht, und mit einem zweiten Federhalter, der das andere Ende der Feder hält.

Bekannte Schraubenfederprüfeinrichlungen verwenden als Federspanngerät einen Kurbelmechanismus oder einen Mechanismus mit Kurvenscheibe und Rolle zur Umwandlung der rotatorischen Antriebsbewegung in eine lineare hin- und hergehende Bewegung, um die Dehn- und Konlraktionsbewegung der zu untersuchenden Feder zu ermöglichen. Der Betrieb des Kurbelmechanismus ist jedoch unvermeidlich von Schwingungen begleitet, und die Kurvenscheibe und die Rolle trennen sich voneinander bei hoher Geschwindigkeit, so daß die bekannten Dauerpriifeinrichtungen bei hoher Geschwindigkeit ungenau sind.

Ferner ist keine bekannte Federprüfeinrichtun» in der Lage, die Dauerfestigkeit von kleinen Schraubenfedern mit einer Federkonstante von IO bis 100 p/mm τα prüfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dauerprüfemrichlung für Schraubenfedern mit einem verbesserten Feder-Dehn- und Kontraktionsgeral zu schaffen, das ohne störende Schwingungen arbeitet und sowohl eine schnelle Prüfung als auch eine Prüfung von Federn mit kleiner Federkonstante ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einei Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindur ,zsgemäß gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs.

Ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ortsdiagramm eines Punktes auf einer Scheibe, die zugleich eine Drehung und einen Umlauf mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und in entgegengesetzten Richtungen ausführt,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer vollständigausgewuchteten VorricMungzur Umwandlung einer Drehbewegung in eine iin- und hergehende Bewegung für ein Federspanngeräl,

F i g. 3 ein Vektordiagramm der in F i g. 2 dargestellten Punkte, wobei die Masse der sich bewegenden Teile jeweils in die Ebene X-Y projiziert ist,

F i g. 4a einen Längsschnitt durch ein Federspanngerät,

F i g. 4 b einen Schnitt nach 4b-4b in F i g. 4 a,

F i g. 5 eine Draufsicht einer schnellen Datierprüfeinrichtung für kleine Schraubenfedern mit einer Vorrichtungzurschwingungsfreien Umwandlungeiner Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung und

F i g. 6 eine Seilenansicht der Prüfeinrichtung nach F i g. 5.

60

Die Erfindung betrifft eine Dauerprüfeinrichtung für kleine Schraubenfcdein mit einem die rotatorische Antriebsbewegung in eine lineare, hin- und hergehende Bewegung umwandelnden Federspanngerät, das die Feder mittels eines ersten Federhalters an ihrem einen Ende hält so\,ie die Dehnung der Feder herbeiführt

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geradlinig hin- und hergehenden Bewegung, die bei dem beschriebenen Federspanngerät verwendet wird, erläutert. Die theoretische Analyse des grundlegenden Prinzips der Erzeugung einer geradlinig hin- und hergehenden Bewegung durch die Kombination von zwei gleichförmigen Kreisbewegungen liefert folgendes:

Die in F i g. 1 dargestellte Scheibe D mit einem Radius dreht sich um ihren Mittelpunkt O_x mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω; die Scheibe D läuft zugleich um einen Punkt O im Abstand / vom Mittelpunkt O₁ mit gleicher Winkelgeschwindigkeit w in entgegengesetzter Richtung um. Unter diesen Be-

^l/

2

dingungen führen alle Punkte der Scheibe D aiii dem Radius/ eine geradlinig hin- und hergehende Bewegung aus. Wenn daher eine Verbindungssian°e O O sich mit konstanter Winkelgeschwindiukek ,, ' um den Punkt O₁ dreht und sich zugleich ein K urMann 0O₁ mit der gleichen Winkelgeschwindjokeit "in der entgegengesetzten Richtung dreht, so daß er einen Umlauf der Verbindungsstange O₁O, erzeugt, führt der Punkt O₂ auf der Verbindungsstange θ[θ, eine geradluiig hin- uml hergehende Bewegung rmi dem Hub Al längs der Achse X aus.

Iui folgenden wird die theoretische Anahse des vollständigen Ausgleichs der beschriebenen geradlinig hin- und hergehenden Bewegung beschrieben Bei dieser Analyse wird angenommen, daß der'sich drehende Körpersich mi» ko-is-. iw Winkel«esch\vin digkeit dreht daß di=> Re^ bu;. zwischen den Teilen und die Wirkung oc» S,.^ -wischen Wellen und Lagern Null sind.

Es werden folgende . virmel/eichen verwendet

232 a =

cd =

Abstande zwischen der Achse durch den Umlaufmittelpunkt 0 und den Schwerpunkten C und D der Umlaufautigleichsmassen.

Axialer Abstand zwischen den Schwerpunkten der Umlaufausgleichsmassen.
Axialer Absland zwischen den Schwerpunkten der sich drehenden Masse und der benachbarten Umlaufau.sgleichsmasse. Axiale Abstände zwischen den Schwerpunkten der Drehausgleichsmassen und der Ungleichaew ichtsmasse der Kurbelwelle.

Iu

0 F A B CJD

m₂, m₃

Umiau''= iitttlpunkt der Kurbelwelle. Drehmittelpuiikl der Kurbelwelle. Mittelpunkt des KurbHzapfens. Schwerpunkt der Drenauseleichsmasse. Schwerpunkt der Umlaufausgleichsmassen.

Ungleichgewichtsmasse der Kurbelwelle. Masse jeder Drehausgleichsmasse. Masse der Umlaufausgleichsmassen. w

Sich drehende Masse außer in und Hi,. Abstand zwischen der Achse durch den Drehmittelpunkt P und der Achse durch den Umlaufmittelpunkt O. Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Drehausgleichsmasse und der Achse durch den Drehmittelpunkt P.

R_Op — Orts\ektor des Punktes P vom Mittelpunkt 0.

R,, ι = Orts\ektor des Punkte«· 1 vom Mitielpunkt O

R_oc = Ortsvektor des Punktes C vom Mittelpunkt O.

R^ = Ortsvektor des Punktes D vom Mittelpunkt O

Ri>λ — Urisvekior des Punktes A vom Mittelpunkt P.

Rp_n = Ortsvektor des Punktes B vum Mittelpunkt P.

>■· = Konstante Winkelgeschwindigkeit der
Drehung und des Umlaufs, gleich f).

Die Argumente der Ortsvektoren sind in Fig. 3 dargestellt.

Die Massenträgheitskräfte, die in den Punkten A. B. C. P und D wirken, sind die folgenden:

^r4 = -'»£;;.; = »ΚΑ¹;,; + r_pa) = muUH - ή + eil - *)} =·* = - 2m, [R₀₁, + r\_b) = ι«,, „r f /_e'(2 ή _ /_e'( ] * ή \

■'.. — — MB — Λ.

= — DhR₀₁, - m

₂h₂„rdl '") -- - nuU₂ <·γe'(: ")

im ausgewuchteten Zustand mul3 die resull'ert.ide Kraft Null sein. d. h.. es muß erfüllt

sein:

F₄ + ?„ + F',, f F\ 4 F₁, = m-[ml + 2/H,/ + Af/ t »;,/i - /ii₂/',)c'(

Daraus folgt als Ausgleichsbedingung Das Drehmoment M₁, um den Drehmittelpunkl P

(χ) beträgt: ml + 2m,/ + Ml + Hi₃Ii₁ = /»,//,

" ' (M und außerdem hi/= 2/H₁ / . Λ/,, -■ R_ri\l\ f Κ,,,,χϊ,, - !■ -~ *'m (-/',ml Im₁J).

(4)

Wenn somit Gleichung 3 erfüllt ist. sind die Massen- <·>
triighcilskräfie ausgeglichen bzw. ausgewuchtet. Daraus Mg! mn < neichung 3

Ferner müssen die Drehmomente der Massuntriigheilskräfie ebenfalls ausgeglichen sein. \1_r- O. (5)

In ähnlicher Weise ergibt sich das Drehmoment M₀ um den Unilaufmiltclpunkt O folgendermaßen:

M_n - R'opxil·'., + !■'„) = U,r sin 2Vi-ml + ImJ).

(6)

Wiederum ergibt sich mit Gleichung!: AZ₀-O.

Somit werden wiegezeigt keine resultierenden Ungleichgewichtskraftc durch die Drehmomente der Masscnträgheitskrjfte erzeugt

Der Drehimpuls M₁. um den Punkt P kann umgewandelt werden in einen Drehimpuls M₁, um den Punkt C), im vorliegenden I all gilt M₁, - M_r

Das Gcsamtmmnent W um den Punkt O lsi

M_n + M_r M₁, M₁.

(7)

Mit den Gleichungen 5 und 6 folgt A/ = 0. Demzufolge wird durch Ungleichgcwichtskrafte kein Drehimpuls um den Punkt 0 erzeugt.

Wenn bei der obenbeschriebenen Anordnung die Massen längs der Z-Aehsc verteilt sind, muli zum Ausgleich des Drehimpulscs der in F i g 2 dar geteilten Vorrichtung die folgende Ausglcichsbcdingung erfüllt sein·

im + Zw₁ + M)Ib --- Ηΐ,/i..ci j.

(H)

Wenn .somit Abmessungen und Massen so gewählt werden, dali sie die Gleichungen 3 und S erfüllen, ist die obcnbcschriebcne Vorrichtung theoretisch vollständig ausgeglichen

Nachdem das grundlegende Prinzip der geradlinig hm- und hergehenden Bewegung de> I ederspann-&:rales und des vollständigen Auswuchtens dieses Gerätes erläutert sind, wird im folgenden ein Ausfiihrungsbcispicl eines Federspanngeräfes mit einer vollständig ausgeglichenen Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung eri.i'.ten

Die F ig.4 ι und I ig 4b zeigen ein Federspanns:crjf. bei dem die erläuterte Theorie zum vollständigen Ausgleich bei der Umwandlung einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung angewendet wird Eine Antriebswelle,4 ist fest verbenden mit einem Zahnrad 2 und einem exzentrischen Zahnrad 3 .dessen Exzentrizität Zbeiräat Das exzentrische Zahnrad 3' ist in Eingriff mit einem Zahnrad 5 . das an einer Kurbelwelle 9 befestigt ist. die um die Exzentrizität Z gegenüber der Achse durch den Mittelpunkt 0 einer sie tragenden Welle 12 in dieser exzentrisch gelagert ist. An der Welle 12 ist ein Zahnrad 6 befestigt. Das. Zahnrad 2 ist in Fingnff mit eincji. Zahnrad Γ. das seinerseits in Eingriff mit dem /.ihn· id 6 is! Die Zahnrader 5 und 3 und die Zahnrader 6 und 2 haben jeweils die gleiche Anzahl Zahne Dahri diehen sich die Zahnräder 5 und 6' in entgegengesetzter Richtung bei gleicher Winkelgeschwindigkeit «.. un.i der Punkt A bei PA - Z führt eine geradlinig hm- und hergehende Bewegung mit dem Hub4/ längs der Geraden 40 aus. Die Kurbel-

welle 9' hat Kurbclwangen 15', die mit einem Kurbelzapfen T fest verbunden sind, der einen ersten Federhalter 8' trägt, an dem ein Ende: einer zu untersuchenden Schraubenfeder 10' eingehängt ist. Das andere Ende der Feder wird von einem zweiten Federhalter 15 gehalten, der an einer drehbaren Trommel 14 befestigt ist (F i g. 5).

Die Kurbelwelle 9' wird von der Welle 12' mittels Nadellagern 11' drehbar gehalten; die Welle 12' wird mitteU Kugellagern 13' von dem Gehäuse 8 drehbar gehalten (l· ig 5|

Die Kurbelwelle 9 ist an den Kurbelwangcn 15 mit Drchausglcichsmassen wi, versehen, und die Welle 12 ist mit Umlaufausgleichsmassen m₂ und ;;i, verschen, die so ausgewählt sind, daß die Gleichungen 3 und S erfüllt sind.

Bei diesem Federspanngerät kommt eine vollständig ausgeglichene Vorrichtung zur Umwandlung einer Dichbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung zur Anwendung, und die zu untersuchende Feder fuhrt eine geradlinig hin- und hergehende Bewegung aus.

Dk- 1 t g 5 und 6 zeigen eine Prüfeinrichtung fur S<_hraubenfcdern mit dem Fcdcrspanngcräi in der Ausführurigsform nach den F i g. 4 a und 4b

I in Antriebsmotor 1 treibt mittels eines Keilriemens V über ein Getriebe 2 eine Hauptwelle 3 an. an deren einem Ende ein Kegelrad 9 befestigt ist Das Kegelrad 9 ist im Eingriff mit dem Kegelrad 5. das eine Welle 6 antreibt. We¹In eine Klauenkupplung 34 eingedrückt ist. Die Weih 6ist über eine Kupplung 7 mit der Welle 4 des Federspanngerätes nach den Fig. 4 a und Fig. 4 b verbunden. Die Welle 6 wird von Kugellagern IO in einer Buchse Il drehbar gehalten, die an einem Gelriebegehäuse 60 befestigt ist. Auf ihrem Außcnumfang hält die Buchse Il mit Hilfe von Prazisionskugellagern 12 einen Trommeltr igcr 13. der um einen kleinen Winkel hm- und zurückgedreht werden kann An einer Stirnfläche des Frommeltriigers 13 ist eine drehbare Trommel 14 befestigt, die mit dem zweiten Federhalter 15 versehen ist. der das untere Ende der Feder 10' hält (F ι g. 4al. Im folgenden wird das mechanische Aufzeichnungsgerät zui Aufzeichnung der Federdehnung bei DauerteM beschrieben.

Wenn ein auf der Welle 3 verschiebbares Zahnrad 16 in Eingriff mit einem Zahnrad 18 kommt, das an einer zur Welle 3 parallelen Welle 17 nefesügt ist. dreht sich eine Schnecke 19 am anderen Ende der Welle 17 und treibt ein Schneckenrad 20 an. das an einer Welle 21 befestigt ist. an deren einem Ende ein Zahnrad 22 befestigt ist. Die Drehung des Zahnrades 22 wird über ein mit ihm im Eingriff befindliches Zahnrad 24. eine mit dem Zahnrad 24 fest verbundene Welle 23. ein mit der Welle 23 fest verbundenes Zahnrad 25. Zwischenrädcr 26 und 27. ein Zahnrad 28 und eine Kupplung 29. die mit dem Zahnrad 28 verbunden ist. auf die Antriebswelle 30 für den Vorschub des Aufzeichnungspapiers übertragen. Die Welle 30 ist mit Vorschubrollen 31 verschen, die das Aufzeichnungspapier 30 in Pfeilrichtung transportieren. Wenn eine GegenpJattc33 in Eingriff mit der Klauenkupplung 34. die aus dem Kegelrad 5 ausgerückt ist. kommt, wird die Drehzahl der Welle 6 vermindert, und das Kegelrad 5 für den schnellen Antrieb dreht frei auf der Welle 6. Bei manueller Auslösung der Aufzeichnung wird der Eingriff zwischen den Zahnrädern 16 und 18 durch

Verschiebung des Zahnrades 16 mittels eines Handgriffes 35 an eiocm Ende der Welle 17 von Hand bewirkt.

Die durch die eingehängte Feder 10' verursachte Hin- und Herbewegung der Trommel 14 wird über den Ti Jmmckrägcr 13, ein an der anderen Stirnfläche des Trommelträgers 13 befestigte» Zahnrad 36. ein mit dem Zahnrad 36 kämmendes Zahnrad 37, eine mit dem Zahnrad 37 verbundene Wehe 38 und eine Kupplung 39. die mit der Welle 38 verbunden ist, auf eine Eingangswcllc 41 eines Verstärkers 40 übertragen.

Der Verstärker 40 weist einen Hilfsmotor 44 auf. der über einen Riemen 45 und Zahnräder 46, 47 und 48, zwei Verstärkcrrollen 42 und 43 in zueinander entgegengesetzten Richtungen antreibt. Reibbänder 50 und 51 bremsen durch Reibung die Verstärkerrollen 42 und 43 und bewirken eine dem Winkel «, der von den Verstärkerrollcn 42 und 43 und den Reibbändern 50 und 51 an den Berührungspunkten gebildet wird, entsprechende Verstärkung um den Faktor e"" der Drehung der Eingangswcllc 41 an der Ausgangswclle 52: dabei ist c die Basis des natürlichen Logarithmus und μ der Reibungskoeffizient zwischen dem Reibband und der Verstärkerrolie. Die Ausgangswellc 52 ist über eine Kupplung 53 mit einer Welle 54 verbunden, die ein Schraubenfad 55 aufweist, das mit einem Schraubenrad 56 im Eingriff ist.

Das Schraubenrad 56 ist mit einem Aufzeichnungsstift 58 über eine Welle 57 verbunden, wodurch eine

ίο Aufzeichnung der Hin- und Herbewegungen der Feder, die bei der Prüfung hervorgerufen werden, auf das Aufzeichnungspapier erfolgt.

Zu den Vorteilen der beschriebenen Dauerprüfeinrichtung für Schraubenfedern gehört, daß sie theoretisch vollkommen ausgewuchtet ist, so daß eine Feder ohne Störschwingungen und schnell geprüft werden kann. Da ferner der Hub geradlinig hin- und hergehend ist, kann auch eine sehr genaue Dauerprüfung von kleinen Schraubenfedern durchgeführt und die Charakteristik der Dauerverformung automatisch aufgezeichnet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dauerprüfeinrichtung für kleine Schraubenfedern mit einem die rolatorische Antriebsbewegung in eine lineare, hin- und hergehende Bewegung umwandelnden Federspanngerät, das die Feder mittels eines ersten Federhalters an ihrem einen Ende häit sowie die Dehnung der Feder herbeiführt und ihre Kontraktion ermöglicht, und mit einem zweiten Federhalter, der das andere Ende der Feder hält, gekennzeichnet durch eine drehbar in einem Gehäuse (8) gelagerte Welle (12') mit einem ersten Zahnrad (6'), eine in der Welle 12') mit einer Exzentrizität vom Betrag I drehbar gelagerte Kurbelwelle (9') mil Kurbelwangen (15') und einem zwischen diesen angeordneten Kurbelzapfen (7'), wobei der Kurbelzapfen (7') um den Betrag I exzentrisch zur Kurbeiwellenachse angeordnet ist und den ersten Federhalter (8') drehbar hält, ein zweites, mit der Kurbelwelle [Ψ) fest verbundenes Zahnrad (5'), ein um den Betrag I exzentrisch auf einer Antriebswelle (4) befestigtes drittes Zahnrad (3'), das die gleiche Zähnezahl wie das zweite Zahnrad (5) aufweist und mit diesem kämmt, ein viertes, auf der Antriebswelle (4) befestigtes Zahnrad (2 ), das die gleiche Zähnezahl wie das erste Zahnrad (6') hat, ein fünftes Zahnrad (Γ), das mit dem ersten Zahnrad (6') und dem vierten Zahnrad (2') in Eingriff ist, zwei Drehausgleichsmassen, von denen jede an e.aer Kurbelwange (15') auf der dem Kurbelzapfen gegenüberliegenden Seite und im gleichen Af and d vom Ort ^er Federanhängung befestigt ist, wobei jede Dre !ausgleichsmasse die Masse Wi₁ im Abstand / von cer Mittellinie der Kurbelwelle (9') aufweist, zwei Umlaufausgleichsmassen, die an der Welle (12') aufeinander gegenüberliegenden Seiten im gleichen Abstand — entlang der Mittelachse der Welle (12') -- vom ersten Zahnrad (6') befestigt sind, wobei die Umlaufausgleichsmassen die Masse m₂ bzw. m₃ im radialen Abstand k₂ bzw. H₁ von der Mittelachse und jeweils einen axialen Abstand α aufweisen und wobei schließlich Ausgleichsmassen und Abmessungen so festgelegt sind, daß sie die Gleichungen