СТЕНД ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ НА КРУЧЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний на усталость коленчатых валов при кручении, и может быть применено в заводских или исследовательских лабораториях.

Известен стенд для испытаний на усталостную прочность коленчатых валов (а.с. СССР №108240, опубл. 1960 г. ), содержащий электрический двигатель, нагружающее устройство в виде синхронно вращаемых приводом тяг с грузами, испытываемый образец коленчатого вала.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для испытаний трубчатых образцов на усталость при сложном напряженном состоянии (патент РФ №2462697, опубл. 27.09.2012 г.). Установка содержит электродвигатели, червячные редукторы, кривошипно-шатунный механизм, гидронасос, гидроцилиндры со штоками, которые через коромысла осуществляют передачу на испытываемый образец крутящего момента.

Недостатком установки является то, что она не обеспечивает возможности проводить усталостные испытания образца на кручение с произвольным отличным от синусоидального законом изменения крутящего момента по времени.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей путем проведения усталостных испытаний на кручение коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания с произвольным законом нагружения. Подобные испытания позволят более правильно моделировать условия, в которых работает коленчатый вал при эксплуатации.

1

Для решения этой задачи в стенде, содержащем элемент коленчатого вала, серво-гидравлическое нагружающее устройство, вертикальную неподвижную стойку, сферический упор, рычаг, коромысло, вместо системы гидроцилиндров со штоками для передачи на коленчатый вал крутящего момента на свободный конец вала напрессовывается цилиндрический каток, который под действием нагрузки от сервогидравлического нагружающего устройства катится по поверхности опорной плиты, совершая качательное движение вокруг оси, совпадающей с продольной осью коленчатого вала, и передает коленчатому валу крутящий момент.

Достигаемый технический результат - возможность задавать произвольный закон изменения крутящего момента по времени, при этом максимально возможная величина передаваемого крутящего момента ограничивается только условием обеспечения неподвижности во фрикционном соединении «коленчатый вал - каток».

Конструкция стенда показана на чертеже.

Стенд содержит элемент коленчатого вала 1, вертикальную стойку 7, опорную плиту 5, цилиндрический каток 2, рычаг 4, сферический упор 6, сервогидравлическое нагружающее устройство.

Стенд для усталостных испытаний натурных коленчатых валов на кручение работает следующим образом. Элемент коленчатого вала 1 через фланец отбора мощности посредством болтов 22 и призонных штифтов 13 жестко крепится к вертикальной неподвижной стойке 7. В свою очередь стойка 7 жестко крепится к столу нагружающего устройства. На второй, свободный конец вала напрессовывается каток 2 с высоким натягом D=0,0025-0,0030. Каток 2 имеет возможность свободно кататься по поверхности опорной плиты 5. Форма сопряженной с катком поверхности опорной плиты повторяет форму катка. Опорная плита жестко крепится к столу нагружающего устройства. С помощью болтов 22 и призонных штифтов 13 к катку крепится рычаг 4. Через сферический упор 6, присоединенный к нагружающему устройству, на рычаг передается эксцентричное усилие от поршня сервогидравлического нагружающего устройства.

Под действием заданного усилия Р рычаг опускается на величину d и вследствие эксцентриситета h точки приложения нагрузки относительно оси рычага одновременно поворачивается относительно продольной оси вала на угол j=d/h. На этот же угол j поворачивается и каток, жестко связанный с рычагом и коленчатым валом, тем самым совершая качательное движение и передавая крутящий момент M=P*h элементу коленчатого вала. При движении поршня в обратном направлении под действием сил упругости каток и элемент коленчатого вала возвращаются в исходное состояние. Таким образом осуществляется преобразование возвратно-поступательного движения поршня сервогидравлического нагружающего устройства в колебательное циклическое кручение элемента коленчатого вала вокруг продольной оси.

Учитывая, что современные сервогидравлические нагружающие устройства позволяют задавать произвольный закон нагружения, в том числе и блочное нагружение, конструкция стенда, осуществляя преобразование возвратно-поступательного движения поршня сервогидравлического нагружающего устройства в циклическое кручение коленчатого вала, позволяет при испытаниях на кручение задавать прозвольный закон нагружения, при этом максимально возможная величина крутящего момента ограничивается только условием обеспечения неподвижности во фрикционном соединении «вал-каток».

Результаты усталостных испытаний коленчатого вала дизеля ЧН26/26 на кручение подтвердили эффективность предлагаемого способа и позволили обеспечить максимальную величину крутящего момента 200 кН×м при отнулевом цикле нагружения.