Стенд для измерения напряженно-деформированного состояния юбки поршня двигателя внутреннего сгорания

Данная полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для определения параметров деформации юбок поршней различных конструкций.
При проектировании поршней возникает необходимость учета упругих деформаций профиля юбки поршня от возникающих в процессе работы двигателя гидродинамических нагрузок, воздействующих на боковые поверхности юбки поршня. Современные методы проектирования поршней нацелены на использование САПР (систем автоматизированного проектирования) и СИА (систем Инженерного Анализа) для ускорения и удешевления процесса разработки. Но важным шагом в данном процессе является верификация расчетной модели деформации проведением эксперимента. Эти задачи могут быть решены с помощью стенда, который является целью разработки.
Известен стенд для исследования деформаций поршней двигателя внутреннего сгорания (патент СССР №1108344, опубл. 06.04.1983). Стенд состоит из устройства нагружения, испытуемого поршня, индикаторной оправки в виде гильзы, индикаторов часового типа и нагрузочного стержня, размещенного в отверстии поршневого пальца, через который прикладывается нагрузка к поршню.
Наиболее близким аналогом является стенд для исследования деформаций поршня (патент СССР №479017 опубл. 30.07.75). Стенд, как и предлагаемая конструкция, состоит из силовой рамы, на которой с помощью опоры и пальца крепится испытуемый поршень со стаканом, в который устанавливаются регистрирующие приборы, и нагружающего устройства с гибким элементом, взаимодействующим с поршнем.
Недостатками стендов является то, что из-за недостаточно жесткой конструкции они имеют недостаточный диапазон исследования деформации поршня.
Задачей полезной модели является расширение диапазона исследования деформации юбки поршня.
Технический результат заключается в повышении жесткости конструкции и элементов стенда.
Технический результат достигается стендом для измерения напряженно-деформированного состояния юбки поршня, состоящий из рамы, направляющей, хомута, устройств для приложения нагрузки, для измерения прикладываемой нагрузки и для измерения деформации. В верхней части рамы жестко закреплены хомут и направляющая, в которой располагается подвижный вал, на конце которого со стороны, контактирующей с испытываемым поршнем, установлен шарик из высоколегированной стали, при этом устройство для приложения нагрузки и устройство для измерения прикладываемой нагрузки жестко закреплены в нижней части рамы соосно с подвижным валом, устройство для измерения деформации выполнено с возможностью фиксации на раме, таким образом, чтобы чувствительный элемент устройства измерения деформации находился в контакте с поверхностью поршня.
На фигуре изображена конструкция стенда.
В верхней части рамы - 1 жестко закреплена направляющая- 4, на которой размещается хомут - 7. подвижный вал - 6, на конце которого со стороны контактирующей с испытываемым поршнем установлен шарик из высоколегированной стали располагается в направляющей - 4. Устройство для приложения нагрузки - 2 и устройство для измерения прикладываемой нагрузки - 5 жестко закреплены в нижней части рамы соосно с подвижным валом - 6, устройство для измерения деформации - 8 выполнено с возможностью фиксации на раме, таким образом, чтобы чувствительный элемент устройства измерения - 9 находился в контакте с поверхностью поршня.
Испытание поршня проходит следующим образом: при сборке стенда подвижный вал 6 устанавливается в жестко закрепленной к раме 1 направляющей 4, с учетом диаметра испытываемого поршня 3 и фиксируется в нужном положении с помощью хомута 7, что позволяет повысить жесткость стенда. Поршень 3 устанавливается между подвижным валом 6 и устройством для измерения нагрузки 5, которое может быть электронным или механическим, например, рычажным динамометром конструкции Токаря, который является основным элементом стенда для измерения НДС поршня. Фиксация поршня происходит за счет приложения небольшого усилия с помощью устройства для приложения нагрузки 2, которое может быть механическим, гидравлическим или электрическим и жестко крепиться к раме 1, за счет чего достигается возможность приложения достаточной нагрузки к поршню 3 для расширения диапазона исследования деформации. После фиксации поршня на стенде в нижней части стенда устанавливается устройство для измерения деформации - 8, которое может быть выполнено в виде индикаторной стойки с чувствительным элементом - 9 в виде индикатора часового типа, что позволяет измерять деформацию в любой точке юбки поршня. После сборки стенда, которая может выполняться на заводе-изготовителе, с доставкой к конечному потребителю в собранном виде, производятся следующие действия: перед началом испытаний производится обнуление показаний всех приборов для измерения прикладываемой нагрузки и деформации поршня, коими могут являться тензорезисторы и индикаторы часового типа, также возможно использование нескольких стоек с индикаторами одновременно для измерения деформаций сразу в нескольких точках. Далее производится поэтапное приложение испытательной нагрузки к юбке поршня 3 при помощи устройства 2 и снятие показаний прикладываемого усилия при помощи устройства измерения нагрузки 5, показаний деформации юбки поршня при помощи чувствительного индикатора 9 или показаний тензорезисторов. Исследования напряженно-деформированного состояния юбки поршня могут проводиться также с использованием методов хрупких покрытий и тензометрирования.
Данное устройство может использоваться в лабораторных и производственных условиях.