RU2735259C1

RU2735259C1 - Test bench for splined joints for wear resistance

Info

Publication number: RU2735259C1
Application number: RU2020108142A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Колесников; Александр Павлович Сычев; Игорь Владимирович Колесников; Алексей Александрович Сычев; Евгений Сергеевич Новиков; Дмитрий Сергеевич Мантуров
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-10-29

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to test equipment, namely, to stands for tribological tests, in particular, to fatigue strength and fretting of spline devices. Test bench comprises bed, axial load mechanism with servomotor and distributor, spline part torque device (cup), connected by levers system, sample holders. Axial reciprocating movement mechanism consisting of hydraulic cylinder, rod of which is connected by fork and splined part (tip), and torque loading unit made in form of spindle of splined part (cup), connected by lever with rod of hydraulic cylinder, are configured to provide complex action of high specific load of up to 100 MPa, torque to 10 kN·m, axial pulse load with preset frequency in range of 10–50 Hz and constant displacement amplitude of 100 mcm.

EFFECT: high accuracy of evaluating the wear resistance of the splined joint by achieving a high degree of conformity of conditions of operation of the splined joint on the bench to actual conditions of operation of splined joints of drives of tail reduction gearboxes of helicopters due to development of hydraulic mechanism loading of splined unit, which enables to realize conditions including leading to fretting.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к стендам для трибологических испытаний, в частности на усталостную прочность и фреттинг шлицевых устройств в условиях, наиболее приближенным к тем, которые возникают при работе шлицевых соединений в составе приводов хвостовых редукторов вертолетов, в шлицевых соединениях которых основным видом повреждения является изнашивание при фреттинг-коррозии вследствие многократного циклического нагружения контактных микрообъемов при малых колебательных и относительных перемещениях сопрягаемых поверхностей.The invention relates to test equipment, namely, to stands for tribological tests, in particular for fatigue strength and fretting of spline devices in conditions closest to those that arise when spline joints operate as part of helicopter tail gear drives, in which spline joints are the main the type of damage is wear during fretting corrosion due to repeated cyclic loading of contact microvolumes at small vibrational and relative displacements of the mating surfaces.

Известен стенд для испытаний шлицевых соединений на изностойкость содержащий основание, держатель образца, держатель контробразца. Устройство радиального нагружения, узел нагружения крутящим моментом и привод возвратно-поступательного перемещения держателя образца. Этот стенд позволяет исследовать на износостойкость шлицевые соединения только при осевом перемещении образца-вала относительно контробразца-шлицевой втулки. (А.С. СССР №396578, кл. G01M 13/02 29.08.1974)Known stand for testing spline joints for wear resistance containing a base, a sample holder, a counter sample holder. Radial loading device, torque loading unit and sample holder reciprocating drive. This test bench allows examining spline joints for wear resistance only with axial movement of the sample-shaft relative to the counter-sample-splined sleeve. (AS USSR No. 396578, class G01M 13/02 29.08.1974)

Недостатком данного стенда является то, что он не обеспечивает достаточную точность исследований шлицевых соединений на износостойкость в условиях работы, близких к эксплуатационным, которые характеризуются сложным напряженным состоянием в шлицевом соединении, обусловленном одновременным воздействием радиального возвратно-поступательного движения образца относительно контробразца и крутящего момента.The disadvantage of this stand is that it does not provide sufficient accuracy of studies of spline joints for wear resistance under operating conditions close to operational conditions, which are characterized by a complex stress state in the spline joint, due to the simultaneous effect of the radial reciprocating movement of the sample relative to the counter-sample and the torque.

Известен стенд для испытаний шлицевых соединений на изностойкость содержащий основание, держатель образца, держатель контробразца. Нагружающее устройство для создания радиальной нагрузки, механизм статического и динамического нагружения крутящим моментом и привод держателя образца/ держатель образца выполнен в виде установленного на основании с возможностью вращения барабана с радиальным отверстием, предназначенного для размещения устройства радиального нагружения, соединяемого через подшипник с испытуемым образцом. (А.С. СССР №947701, кл. G01N 3/56 30.07.1982)Known stand for testing spline joints for wear resistance containing a base, a sample holder, a counter sample holder. A loading device for creating a radial load, a mechanism for static and dynamic loading by a torque and a sample holder drive / sample holder are made in the form of a drum with a radial hole mounted on the base with the possibility of rotation, designed to accommodate a radial loading device connected through a bearing to the test sample. (AS USSR No. 947701, class G01N 3/56 30.07.1982)

Недостатком данного стенда является то, что он не обеспечивает достаточную точность исследований шлицевых соединений на износостойкость в условиях работы, близких к эксплуатационным. Так как не реализуется условия, вызывающие возникновение фреттинга (частота и амплитуда работы шлицевого соединения).The disadvantage of this stand is that it does not provide sufficient accuracy in studies of spline joints for wear resistance under operating conditions close to operational. Since the conditions that cause the occurrence of fretting are not realized (frequency and amplitude of the spline connection).

Цель изобретения - повышение точности оценки износостойкости шлицевого соединения путем достижения высокой степени соответствия условий работы шлицевого соединения реальным условиям работы шлицевых соединений приводов хвостовых редукторов вертолетов за счет комплексного воздействия, приводящего к возникновению фреттинга.The purpose of the invention is to improve the accuracy of evaluating the wear resistance of a spline joint by achieving a high degree of compliance of the spline joint operating conditions with the real operating conditions of the spline joints of helicopter tail gear drives due to a complex effect leading to the occurrence of fretting.

Поставленная цель достигается тем, что на испытываемое шлицевое соединение обеспечивается комплексное воздействие таких факторов как высокая удельная нагрузка до 100 МПа, крутящий момент до 10 кНм, осевая импульсная нагрузка с задаваемой частотой в диапазоне 10-50 Гц и постоянной амплитудой перемещения 100 мкм.This goal is achieved by the fact that the tested spline connection is provided with a complex effect of such factors as a high specific load up to 100 MPa, a torque up to 10 kNm, an axial impulse load with a set frequency in the range of 10-50 Hz and a constant displacement amplitude of 100 μm.

В процессе испытания фиксируются нормальное и тангенциальное усилие, при заданных частоте и амплитуде работы шлицевого соединения.During the test, normal and tangential forces are recorded at a given frequency and amplitude of the spline connection.

Испытательный стенд (фиг. 1) состоит из станины 1, представляющей собой жесткую силовую конструкцию. С одной стороны, на станине 1 через шарнир 15 закреплен силовой гидроцилиндр 16 с серводвигателем 14 и гидрораспределителем 17. Шток гидроцилиндра 16 через силоизмерительный датчик 2 и соединение ухо-вилка 4 соединен с рычагом 5 установленном в шпинделе 3. Стакан шлицевой муфты 7, с помощью элементов крепления закреплен на рычаге 5. Наконечник шлицевой муфты 7 закреплен на поводке 8, перемещение которого создается штоком гидроцилиндра 12, жестко закрепленного на верхней балке станины 1, через силоизмерительный датчик 10 и соединение ухо-вилка 9. Управление гидроцилиндром 12 осуществляется серводвигателем 11 и гидрораспределителем 13.The test bench (Fig. 1) consists of a frame 1, which is a rigid load-bearing structure. On the one hand, a hydraulic power cylinder 16 with a servomotor 14 and a hydraulic distributor 17 is fixed on the frame 1 through a hinge 15. fastening elements is fixed on the lever 5. The tip of the splined clutch 7 is fixed on the leash 8, the movement of which is created by the rod of the hydraulic cylinder 12, rigidly fixed on the upper beam of the frame 1, through the force-measuring sensor 10 and the ear-fork connection 9. The hydraulic cylinder 12 is controlled by the servomotor 11 and the hydraulic valve 13.

Силоизмерительные датчики 2 и 10 измеряют усилия, развиваемые гидроцилиндрами 16 и 12, крутящего момента и осевой нагрузки соответственно. Сигналы с датчиков 2, 10 поступают на тензометрическую станцию для контроля и записи параметров испытаний шлицевых муфт.Force-measuring sensors 2 and 10 measure the forces developed by hydraulic cylinders 16 and 12, torque and axial load, respectively. Signals from sensors 2, 10 are fed to the strain gauge station to control and record the test parameters of spline couplings.

Схема нагружения испытательного узла стенда приведена на фиг. 2.The loading diagram of the test unit of the stand is shown in Fig. 2.

Стенд работает следующим образом. После установки элементов шлицевой муфты 6, 7 на рычаг 5 и поводок 8 соответственно, положение наконечника устанавливается, по средствам перемещения штока гидроцилиндра 12, в рабочее положение.The stand works as follows. After installing the elements of the splined clutch 6, 7 on the lever 5 and the leash 8, respectively, the position of the tip is set, by means of moving the rod of the hydraulic cylinder 12, into the working position.

Нагружение испытываемого изделия крутящим моментом осуществляется с помощью гидроцилиндра 16, элементов шлицевой муфты 6 и 7 входят в зацепление. Далее задается серводвигателем 11 через гидрораспределитель 13 возвратно-поступательное движение штока гидроцилиндра 12 который в сою очередь осуществляет возвратно-поступательное перемещение наконечника шлицевой муфты 7, с заданной амплитудой и частотой.The test product is loaded with a torque by means of a hydraulic cylinder 16, the elements of the spline clutch 6 and 7 engage. Further, the reciprocating movement of the hydraulic cylinder rod 12 is set by the servomotor 11 through the hydraulic valve 13, which, in turn, carries out the reciprocating movement of the tip of the splined clutch 7, with a given amplitude and frequency.

Таким образом, данное изобретение направлено на обеспечение имитации эксплуатационных условий работы шлицевых муфт хвостовой трансмиссии вертолета. В частности, на воспроизведение динамических нагрузок и передачу крутящего момента, создаваемых силовыми гидроцилиндрами, аналогично воспроизведению нагрузок, создаваемых приводом трансмиссии и отклонениями валов трансмиссии от оси вращения. Стенд позволяет в лабораторных условиях моделировать динамику шлицевых муфт хвостовой трансмиссии вертолета; исследовать работоспособность элементов шлицевой муфты хвостовой трансмиссии вертолета.Thus, the present invention is aimed at simulating the operating conditions of the splined couplings of the tail transmission of a helicopter. In particular, the reproduction of dynamic loads and the transmission of torque generated by hydraulic power cylinders is similar to reproduction of the loads created by the transmission drive and the deviations of the transmission shafts from the rotation axis. The stand allows in laboratory conditions to simulate the dynamics of splined couplings of the tail transmission of a helicopter; to investigate the operability of the elements of the splined clutch of the tail transmission of the helicopter.

Claims

1. A stand for testing spline joints for wear resistance, consisting of a bed, an axial load mechanism with a servo motor and a distributor, a torque loading device for a spline part (glass) connected by a system of levers, specimen holders, characterized in that the mechanism of axial reciprocating movement, consisting of a hydraulic cylinder, the rod of which is connected by a fork and a driver with a spline part (tip), and a torque loading unit made in the form of a spindle of a spline part (glass), connected by a lever with a hydraulic cylinder rod, are made with the possibility of providing a complex effect of a high specific load up to 100 MPa, torque up to 10 kNm, axial impulse load with a set frequency in the range of 10-50 Hz and constant displacement amplitude of 100 μm .

2. The stand according to claim 1, characterized in that for measuring the forces developed by the hydraulic cylinders of the axial load and the torque, force-measuring sensors are installed, connected to the strain-gauge station for monitoring and recording test parameters.