SU1758486A1 - Стенд усталостных испытаний - Google Patents

Description

1

(21)4653795/28

(22)20.02.89

(46) 30.08.92. Бюл. № 32

(71)Центральный научно-исследовательский институт материаловедени  и Чел бинский государственный технический университет

(72)П.Г.Виницкий, В.В.Воробей и И.Г.Мишин

(56)Авторское свидетельство СССР № 1454516, кл. В 06 В 1/16, 1987.

(54) СТЕНД УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

(57)Изобретение относитс  к области вибрационной техники и может быть использовано в устройствах дл  возбуждени  колебаний. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей за счет обеспечени  как посто нной амплитуды, так и плавной независимой регулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки.

расширени  диапазона регулировани  продолжительности периода блока программ и обеспечени  реализации программ с фиксированным числом циклов нагружени  в блоках , а также обеспечени  плапного непрерывного изменени  амплитуд динамической нагрузки по заданному закону. Дл  достижени  поставленной цели в устройстве , содержащим планетарные р ды с неуравновешенными сателлитами, центральные зубчатые колеса каждого р да выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, которые св заны между собой черв чной передачей, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружател  кинематически св заны между собой посредством соответствующего планетарного р да, передаточные отношени  от привода к неуравновешенным сателлитам каждого р да равны, а механизм регулировани  выполнен в виде системы шарниров Гука. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относитс  к вибрационной технике и может быть использовано в устройствах дл  возбуждени  колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  стенде инерционным нагружателем. содержащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически св занных между собой планетарных р дов с неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилом и св занных с соответствующими ступен ми , приводы и механизм регулировани .

Недостатками этого устройства  вл етс  невозможность целенаправленного регулировани  без переборки системы максимальной и минимальной амплитуд нагружени  в блоке программ; невозможность изменени  формы блоков программы, невозможность имитации нормального закона распределени  амплитуд нзгружени ; ограничение диапазона регулировани  продолжительностью периода блока программы минимальными и максимальными оборотами привода механизма регулировани .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечени  как посто нной амплитуды, так и плавной независимой регулировки зе- личин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки; расширение

-ч ел

00

диапазона регулировани  продолжительности периода блока программы и обеспечение плавного изменени  амплитуды нагрузки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что на стенде усталостных испытаний, содержащем раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически св занных между собой планетарных р дов с неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилом и св занных с соответствующими ступен ми приводов и механизмов регулировани , центральные зубчатые колеса каждою р да выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце. стенд снабжен черв чными передачами, установленными кажда  на центральном колесе соответствующего планетарного р да и св зывающими венцы двухвенцовых колес соответствующих р дов, каждый из венцов которых предназначен дл  зацеплени  с половиной неуравновешенных сателлитов соответствующего р да при их симметричном расположении по окружности: центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружзтел  кинематически св заны между собой посредством соответствующего планетарного р да, а передаточные отношени  от привода к неуравновешенным сателлитам каждого р да равны; механизм регулировани  выполнен в виде системы шарниров Гука.

На фиг. 1 представлен общий вид стенда усталостных испытаний; на фиг.2 - кинематическа  схема стенда; на фиг.З - разрезы А-А и Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - динамическа  расчетна  схема нагружател ; на фиг.5 - блоки программ испытаний.

Стенд усталостных испытаний (фиг.1) содержит раму 1, установленный на ней инерционный нагружатель 2 с двум  механизмами регулировани , каждый из которых включает систему шарниров Гука 3, зубчатый редуктор 4 и электродвигатель 5. черв чный редуктор 6, соединенный торси- оном с преобразователем 8. электродвигатель черв чного редуктора 7, испытуемое изделие 9 и электродвигатели 10, 11 инерционного нагружател .

Инерционный нагружатель содержит корпус и установленные в нем четыре кинематически св занные между собой планетарные р да с неуравновешенными сателлитами, образующие две .независимые ступени нагружател  - низкочастотную 12 (фиг.2) и высокочастотную 13 (фиг.2) с общим водилом 14. Кажда  ступень нагружател  имеет свой механизм регулировани  относительного углового положени  неуравновешенных сателлитов. На ведущем валу 15 низкочастотной ступени нагружател ,

имеющем привод от двигател  10, жестко закреплено центральное колесо 17 первого планетарного р да с установленным на нем с возможностью вращени  дополнительным зубчатым венцом 18 с тем же числом

0 зубьев и посажено на подшипника с возможностью вращени  центральное колесо

19второго планетарного р да с установленным на нем с возможностью вращени  дополнительным зубчатым венцом 20 с тем же

5 числом зубьев. Центральные колеса 17,19 и, св занные с ними черв чными зацеплени ми 21, дополнительные зубчатые венцы 18 и

20наход тс  в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 22, 23, симметрично

0 установленными по окружности и свободно вращающимис  на ос х, установленных в водиле 14, предназначенном дл  св зи через преобразователь 8 с испытуемым изделием 9. Все неуравновешенные сателлиты

5 22 и 23 имеют одинаковые дебалансы 24. Половина неуравновешенных сателлитов 22 и 23 каждого планетарного р да симметрично находитс  в зацеплении соответственно с центральными колесами 17 и 19 (фиг.2), а

0 втора  половина - с дополнительными венцами 18 и 20(фиг.З). Центральные колеса 17 и 19 кинематически св заны между собой планетарным р дом механизма рассогласовани , включающим шестерню 25, выпол5 ненную в блоке с колесом 19, вход щую в зацепление с блоком сателлитов 26-27, вращающихс  на ос х, симметрично расположенных на водиле 28, жестко посаженном на валу 15, и наход щихс  в зацеплении с

0 блок-шестерней 29-30, получающей через коническую передачу 30-31. систему шарниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 вращение от двигател  5. Зубчатый редуктор 4 включает две черв чные 32-33, 34-35 и

5 одну цилиндрическую 36-37 зубчатые пары. На ведущем валу высокочастотной ступени 13 нагружател , имеющем привод от двигател  11, жестко закреплено зубчатое колесо 38, наход щеес  в зацеплении с цен0 тральным колесом 39 первого планетарного р да, с установленным на нем с возможностью вращени  дополнительным зубчатым венцом 40 с тем же числом зубьев и свободно вращающимс  на оси водила 14. Цент5 ральное колесо 41 второго планетарного р да с установленным на нем с возможностью вращени  дополнительным зубчатым венцом 42 с тем же числом зубьев так же свободно на подшипниках вращаетс  на оси водила. Центральные колеса 39.41 и св занные с ними черв чными зацеплени ми 43 дополнительные зубчатые венцы 40 и 42 наход тс  в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 44 и 45, симметрично установленными по окружности и свободно вращающимис  на ос х, установленных в водиле 14. Все неуравновешенные сателлиты 44 и 45 имеют одинаковые дебалансы 46. Половина неуравновешенных сателлитов 44 и 45 каждого планетарного р да симметрично находитс  в зацеплении соответственно с центральными колесами 39 и 41, втора  половина - с зубчатыми венцами 40 и 42 аналогично фиг.З. Центральные колеса 39 и 41 кинематически св заны между собой планетарным р дом механизма рассогласовани , включающим блок-шестерню 47-48 один венец которой 47 входит в зацепление с центральным колесом 42, а второй венец 48 зацепл етс  с блоком сателлитов 49-50, вращающихс  на ос х, симметрично установленных на колесе 38, и вход щих в зацепление с блок-шестерней 51-52, получающей вращение через коническую передачу 52-53, систему шарниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 от двигател  5,

Испытуемое изделие через преобразователь 8, двуплечий рычаг 53, жестко закрепленный на водиле 14, шатуны 54, упругий вал-торсион 55. черв чную пару 56- 57 и два зубчатых зацеплени  58-59, 60-61 нагружаетс  двигателем 7.

Числа зубьев центральных колес и неуравновешенных сателлитов каждой ступени нагружател  могут быть выбраны из соотношени 

0)(2)

м .- ч . .с . ч ,- -.m

0) (2) (X) (0

77771

Лц i-cЈ-W -С ПЛ

N - число циклов нагружени  в блоке программы за период изменени  амплитуды динамического момента нагружени  между ее минимальными значени ми; Zu 1 , - числа зубьев центрального колеса и неуравновешенных сателлитов первого р да рассматриваемой ступени нагружени ; 2Ц , Z/2 - числа зубьев центрального колеса и неуравновешенных сателлитов второго р да рассматриваемой ступени нагружател ; пл - передаточное отношение планетарного р да, св зывающего оба центральных ко- леса рассматриваемой ступени нагружател .

Стенд усталостных испытаний работает следующим образом,

Инерционный нагружатель 2 создает на водиле 14 знакопеременный нагружающий момент (см. ниже). При подсоединении испытуемого издели  9 непосредственно к водилу 14 реализуютс  испытани  на кручение . При подсоединении испытуемого изде- ли  к водилу нагружател  через преобразователь 8, как показано на фиг 1, 5 реализуютс  испытани  на раст жение- сжатие.

Черв чный редуктор 6 создает через торсион 55, двуплечие рычаги 53 и шатуны посто нное усилие на испытуемом изделии

0 9.

Работа обоих ступеней нагружател  аналогична, поэтому рассмотрим работу одной , например, низкочастотной ступени 12. Режим моногармонического нзгруже5 ни  обеспечиваетс  при неработающем механизме регулировани .

Ротор двигател  10 приводит во вращение через вал 15 центральное колесо 17с

0 дополнительным венцом 18 и водило 28 механизма рассогласовани , которое через блок сателлитов 26-27, обкатывающихс  по неподвижному колесу 29, обеспечивает вращение центральной блок-шестерни 25-19 с

5 дополнительным венцом 20. Вращение центральных колес вызывает вращение наход щихс  с ними в зацеплении неуравновешенных сателлитов 22 и 23 с равными угловыми скорост ми м , чем

0 обеспечиваетс  создание на их ос х посто нной по величине суммарной силы инерции (фиг.4).

35

Рин (т22б22)2 Кт2362з)2 + 2гП22е22ГП23е23С05 ft

плечо приложение которой Н Lcos p Lcos an при неработающем приводе регулировани  измен етс  по косинусоидаль- ному закону. р ал; t - текущее врем ,

0 ГП22. 622, Ш23. 623 - соответственно массы и эксцентриситеты неуравновешенных сателлитов 22 и 23; ft- угол разворота неуравновешенных сателлитов 22 первого р да относительно сателлитов 23 второго р да 5 задаетс  механизмом регулировани .

Таким образом, рассматриваема  ступень нагружени  создает на оси водила 14 знакопеременный динамический момент нагружени .

0 При необходимости изменени  амплитуды динамического момента нагружени  включаетс  двигатель 5, который через зубчатый редуктор 4. систему шарниров Гука 3, коническую передачу 31-30 и планетарный

5 механизм рассогласовани  29-26-27-25 создает дополнительное вращение колеса 19с венцом 20. что обеспечивает изменение величины угла/ , т.е. изменение динамического момента нагружател . После достижени  заданного значени  амплитуды

динамического момента нагружател  двигатель 5 отключаетс .

Блок-программное нагружение реализуетс  при посто нном вращении приводных двигателей 5 и 10.

При равенстве передаточных отношений от приводных двигателей 10 к неуравновешенным сателлитам 22 и 23 посто нное вращение двигател  5 через зубчатый редуктор 4, систему шарниров Гука 3, коническое зацепление 30-31 и планетарный р д механизма рассогласовани  вызывает изменение угловой скорости неуравновешен- ных сателлитов 23 относительно неуравновешенных сателлитов 22 и их относительный непрерывный разворот, чем реализуетс  блок-программное нагружение, при котором амплитуда динамического момента иагружени  М в случае а 0 плавно непрерывно периодически измен етс  по закону биений (фиг.5):

М ACOS + BCOS 0)231

от минимального Mmm - А-В до максимального Mmax Af В значений; А и В - соответ- ственно амплитуды динамических моментов, создаваемых неуравновешенными сателлитами 22 и 23 (фиг.4):

А Lm22e22 CO 22 , В ринц1 Lm23e 3 О 2311ри А В имеем Mmin А - В 0, т.е. суммарный динамический момент нагружени  измен етс  от нул  до максимального значени  (фиг.5а). В случае установки соответствующего угла а в системе шарниров Гукэ реализуетс  изменение амплитуды динамического момента нагружени , имитирующее нормальный закон распределени  с заданным стандартом процесса. Продолжительность периода биений и число циклов нагружени  в нем регулируютс  оборотами двигателей 5 и 10. Следует отметить, что диапазон регулировани  продолжительности биений при этом ограничиваетс  минимально устойчивыми и максимально достижимыми оборотами двигател  5.

При необходимости исключени  из блоки программы нагружени  амплитуд динамического момента ниже требуемого значени  (фиг.56), т.е. при необходимости регулировани  минимальной амплитудой блока нагружени  в одном из планетарных р дов с неуравновешенными сателлитами, например, втором при остановленном стенде с помощью черв чной передачи 21 разворачивают через дополнительный зубчатый венец 20 (фиг.З) наход щиес  с ним в зацеплении неуравновешенные сателлиты относительно неуравновешенных сателлитов, наход щихс  в зацеплении с центральным

колесом 19, уменьша  тем самым амплитуду гармоники динамического момента В, создаваемого рассматриваемым р дом При этом амплитуда (минимальна ) суммарного

динамического момента нагружени  рассматриваемой ступени нагружател  Mmln А-В определитс  углом относительного разворота центральных колес 19 и 20 и наход щихс  с ними в зацеплении групп

0 неуравновешенных сателлитов 23 Обеспечив требуемую величину минимальной амп- литуды динамического момента нагружени , фиксируют относительное положение центральных колес 19 и 20 путем

5 выбора зазоров вчерв чном зацеплении 21. При необходимости изменени  величины максимального значени  амплитуды суммарного динамического момента рассматриваемой ступени нагружател ,

0 разворачива  черв чными передачами 21 дополнительные зубчатые венцы 18 и 20 относительно соответствующих центральных колес 17 и 19 на равные углы, обеспечивают требуемый разворот групп соответствую5 щих неуравновешенных сателлитов, что реализует изменение на равные величины амплитуды гармоник А и В обоих р дов и необходимое изменение максимального значени  амплитуды суммарного динамиче0 ского момента нагружател .

При необходимости одновременного регулировани  величин максимальной и минимальной амплитуд динамического момента нагружени  разворот центральных колес

5 и дополнительных венцов осуществл етс  соответственно на требуемые величины углов .

Аналогично работает и высокочастотна  ступень нагружател , кинематика кото0 рой обеспечивает более высокие частоты нагружени . Отличие заключаетс  в том, что привод центральных колес 39 и 42 от двигател  11 осуществл етс  через шестерни 38 и 47.

5 При выборе чисел зубьев центральных колес и неуравновешенных сателлитов согласно выражению (1) при неподвижном колесе 29, т.е. при неработающем приводе механизма регулировани , реализуетс 

0 блок-программное нагружение с фиксированным числом циклов нагружени  в блоке программы (фиг.5), при котором амплитуда динамического момента нагружени  измен етс  по закону биений с возможностью

5 целенаправленного регулировани  максимальной и минимальной амплитуд в блоке

Вращение привода 5 механизма регулировани  обеспечивает уменьшение разности угловых скоростей вращени  неуравновешенных сателлитов, т е увеличение продолжительности периода биений , При вращении привода 5 со скоростью , обеспечивающей равенство угловых скоростей вращени  неуравновешенных сателлитов 22 и 23, амплитуда динамического момента рассматриваемой ступени нагру- жател  неизменна, т.е. продолжительность периода блока программы равна бесконечности .

Таким образом, при выборе чисел зубь- ев центральных колес и неуравновешенных сателлитов согласно выражению (1) реализуетс  практически любой диапазон изменени  продолжительности периода блока программы нагружени , вплоть до периода равного бесконечности.

Изменением угла а системы шарниров Гука при работе привода 5 реализуетс  требуемый характер изменени  амплитуды динамического момента нэгружени .

Совместна  работа обеих ступеней на- гружател  реализует полигармоническое блок-программное нагружение.

Claims (3)

1. Стенд усталостных испытаний, содер- жащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически св занных между собой планетарных р дов с неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилом и св занных с соответствующими ступен ми, приводы и механизм регулировани , отличающийс  тем, что, с целью

Ю, 7 3расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  как посто нной амплитуды , так и плавной независимой регулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки, центральные зубчатые колеса каждого р да выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, стенд снабжен черв чными передачами, установленными кажда  на центральном колесе соответствующего планетарного р да и св зывающими двухзенцовые колеса соответствующих р дов, каждый из венцов которых предназначен дл  зацеплени  с половиной неуравновешенных сателлитов соответствующего р да в момент их симметричного расположени  по окружности.

2.Стенд по п.1,отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона регулировани  продолжительности периода блока программ и обеспечени  реализации программ с фиксированным числом циклов нагружени  в блоках, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагру- жател  кинематически св заны между собой посредством соответствующего планетарного р да, а передаточные отношени  от привода к неуравновешенным сателлитам каждого р да равны.

3.Стенд по пп. 1 и 2. о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что, с целью обеспечени  плавного непрерывного изменени  амплитуд динамической нагрузки, механизм регулировани  выполнен в виде системы шарниров Гука.

Ht xrrfl

f-J

4 J

«. ИЗ

- i1

А А

23

Фиг.4

6-6

23

Фиг.3

Фиг. 5