Результат интеллектуальной деятельности: Стенд для испытания торсионов

Изобретение относится к испытательным устройствам, а именно к установкам для испытания торсионов на заневоливание или осадку, и предназначено для испытания торсионных валов различной длины с различной геометрией и размерами головок.

При производстве некоторых пружинных изделий согласно конструкторской документации предусматривается проведение их испытаний путем заневоливания, длительность которых может достигать от нескольких минут до суток и более. Обычное заневоливание в ГОСТР 53827-2010 "Пружины цилиндрические винтовые, торсионы, стабилизаторы подвески" рекомендуется проводить не менее трёх раз. При этом говорится о необходимости использовать при испытании торсионов стенды для испытания рессор (ГОСТР 51585) или карданных валов (ГОСТР 52439). Формы образцов для испытаний на кручение имеют обычно вид вала или трубы. Поэтому такой стенд обычно имеет захваты для образцов и средство для их закручивания.

В то же время указанные стенды должны быть оборудованы силоизмеряющими устройствами и датчиками, позволяющими фиксировать прилагаемый момент и угол закручивания. При этом время, величина и направление при испытаниях может различаться в зависимости от поставленных в конструкторской документации требований. Ряд серийно выпускаемых изделий для испытания торсионов на кручение чаще всего выполняются программируемыми с соответствующими системами контроля и управления (http://www.ndt-td.ru/katalog/mashini-dlya-ispitaniya-pruzhin/mashina-dlya-ispitaniya-torsionnih-pruzhin-na-kruchenie-t-01.html, найдено в интернете 25.01.2021).

Среди более детально описанных решений можно отметить, например, установку для испытания на кручение (пат.RU№165460, G01N 3/22, от 22.04.2015). Здесь система контроля и управления имеет регистрацию перемещений, регулирование привода вращения и измерения крутящего момента. При этом последний выполнен в виде балочного силоизмерителя. При этом установка оснащена универсальными устройствами фиксации, позволяющими через системы калибровочных сухарей закреплять объекты испытаний различных форм и размеров, как со стороны активного, так и со стороны пассивного захватов для выполнения непрерывного процесса испытаний.

Известен стенд для испытания торсионных валов на усталость при кручении содержащий основание, на котором смонтированы средства для размещения захватов, средства для закручивания (А.с.№1656370, G01M13/00, от 22.03.1989). Здесь в качестве захватов использованы сменные шлицевые втулки для разного диаметра торсионов. Используются червячного типа средства для закручивания двух торсионов одновременно. Вначале выполняется статическое закручивание торсионов в противоположных направлениях, приводящая к их равновесному состоянию, к которым впоследствии налагается дополнительная динамическая нагрузка в заданном диапазоне углов. В описании предлагаемого стенда отсутствуют упоминания об используемых в механической схеме стенда датчиков сил и углов, что приводит к несоответствию требованиям вышеназванных нормативных документов.

Известно техническое решение в виде установки для испытания цилиндрических образцов на кручение, содержащая регулируемый привод вращения, кинематически связанный с двумя активными захватами, двумя пассивными захватами, закрепленный соосно с активными захватами на торсионе измерителя крутящего момента (пат.RU№2379649, G01N 3/22, от 14.04.2008). Оба пассивных захвата снабжены рычагами, опертыми с противоположных сторон на упругий элемент балочного силоизмерителя, выполняющего функцию упомянутого измерителя крутящего момента. При этом испытываются разные по диаметру образцы для определения сопротивление материалов пластической и упругой сдвиговой деформации в соответствии с приведенными в описании формулами. Здесь в качестве привода вращения для червячной передачи предлагается использовать патрон токарного станка, а его станину в качестве основания для закрепления стойки с испытуемыми образцами, изготовленными в соответствии с ГОСТ 3565-80 «Металлы. Метод испытания на кручение».

Известен стенд для испытания упругого элемента содержащий раму, на которой смонтированы активный захват, связанный с силовым приводом, пассивный захват, индикатор угла закручивания испытываемого образца (пат.RU№ 2194964, G01M17 /04, от 27.07.2000, прототип). Кроме этих основных узлов присутствует механизм выбора люфтов и подшипниковые опоры активного и пассивного захватов. Механизм выбора люфтов выполнен в виде коромысла, соединенного с пассивным захватом, и взаимодействующих с ним упругих толкателей и жестких упоров, расположенных на раме. При этом подшипниковые опоры пассивного захвата установлены с возможностью поворота относительно своей продольной оси. Индикатор угла закручивания упругого элемента выполнен в виде двух датчиков углового положения, установленных неподвижно относительно рамы и соединенных соответственно с активным и пассивным захватами. В стенде используется гидравлический привод.

Утверждается, что стенд устраняет при испытании торсиона силы, препятствующих его самораскручиванию из-за отсутствии люфтов в соединениях активного и пассивного захватов с головками торсиона. Используемый привод требует постоянного давления во время проведения испытаний и соответствующего контроля, что обуславливает слабое место в конструкции.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствования конструкции и расширение технических возможностей стенда для испытания торсионов на длительную осадку.

Технический результат заключается в создании конструкции стенда для испытания на длительную осадку торсионов с возможностью отключения силового привода.

Указанная цель достигается тем, что в известном стенде для испытания торсионов на закручивание, содержащей систему контроля и управления, станину, сменные активный и пассивный захваты, нагружающий механизм, связанный с активным захватом, последний имеет средство стопорения испытываемого торсиона в его закрученном положении в виде вытяжного подпружиненного фиксатора, при этом пассивный захват установлен на подвижной стойке, имеющей возможность перемещения вдоль корпуса на длину, определяемую продольным размером испытуемого торсиона и имеет ограничитель перемещения сменного захвата, а между активным и пассивными захватами имеется индикатор угла закручивания торсиона.

Предлагаемое техническое решение схематично иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 а и б изображены вид на стенд сверху и сбоку (Г-Г), с пассивным (В) и активным захватами (Б), а на фиг.2 а) представлен пример выполнения захватов и вид сбоку на активный захват (фиг.2 б ).

Стенд содержит корпус 1, на котором расположены неподвижная стойка 2, подвижная стойка 3 с возможностью осевого перемещения относительно оси испытуемого торсионного вала; электромеханический привод 4 с реверсивной схемой подключения, позволяющей производить закручивание торсионного вала как с левым, так и с правым направлением закручивания и съёмный раздвижной защитный кожух 17, препятствующий разлёту осколков, в случае возможной поломки испытуемого торсионного вала (фиг.1а).

Корпус стенда представляет собой сварную металлоконструкцию, устанавливаемую на опорную поверхность с помощью регулировочных винтов 5 (фиг.1б). На верхней поверхности корпуса закреплена неподвижная стойка 2, имеющая подвижный вращающийся вал 6, установленный в подшипниковом узле 7. Одной стороной вал 6 с помощью упругой втулочно-пальцевой муфты 8 соединён с выходным валом червячного редуктора 9, который в свою очередь с помощью упругой втулочно-пальцевой муфты 10 соединен с электродвигателем 11. На другом конце вала 6 расположено квадратное отверстие, в которое устанавливается сменный фланец 12, имеющий в центре отверстие, соответствующее по геометрии концу испытываемого торсионного вала, а по периферийной цилиндрической части клиновые пазы для вытяжного подпружиненного фиксатора 13 узла стопорения 14. На торце фланца 12 установлен лимб 18 с нанесенной шкалой. На противоположном конце корпуса находится подвижная стойка 3, имеющая возможность продольного перемещения и последующей фиксации на расстоянии, соответствующем длине торсионного вала. В нижней части стойки закреплен элемент 19 указателя угла закручивания, например, лазерного типа. В верхней части стойки находится сменный вкладной и фиксируемый вкладыш 15 с центровым отверстием, соответствующим концу испытуемого торсионного вала. Силоизмеритель, выполняющий функцию упомянутого измерителя крутящего момента и входящий в систему контроля и управления, имеет стандартное исполнение и здесь не приводится.

Конструкция стенда исключает возможность возникновения в испытуемом торсионном вале напряжений среза, изгиба и растяжения.

Стенд для испытания торсионов на закручивание работает следующим образом.

В неподвижную стойку 2 устанавливается и крепится сменный фланец 12 с центральным отверстием соответствующего размера и геометрии испытуемого торсионного вала и соответствующими клиновыми пазами для возможности последующей фиксации на заданных углах закручивания торсионного вала. Фиксатор 12 устанавливается в нулевое положение. В подвижную стойку устанавливается соответствующий сменный вкладыш 15. Подвижная стойка устанавливается и крепится в положении соответствующей длине испытываемого подвижного вала. Устанавливается в отверстия сменных фланца 12 и вкладыша 15 испытываемый торсионный вал. Вкладыш 15 фиксируется откидным ограничителем 16, препятствующим возможному осевому перемещению вкладыша 15. Устанавливается защитный кожух 17. Согласно программе испытаний, выполняется закручивание торсионного вала на заданные углы (α, или α₁, или β, или β₁) и заданное направление закручивания. При достижении заданных углов закручивания происходит фиксация сменного фланца 12 фиксатором 13.Выполняется временная выдержка торсионного вала в этом состоянии согласно программе испытания. Затем выполняется расстопорение фланца 12, фиксатор 13 выводится из фиксирующего положения и за счет работы привода происходит возвращение испытуемого вала в исходное положение.

Указатель угла поворота позволяет контролировать показания по величине угла закручивания торсиона и после снятия нагрузки величину угла остаточных деформаций. Затем выполняется съём испытанного торсионного вала.

Как выше показано, за счет фиксации положения закрученного торсиона стенд позволяет отключить силовой привод и поддерживать торсион в закрученном состоянии длительное время. На предложенную конструкцию выполнена конструкторская документация, и опытный образец запущен в эксплуатацию.