Резонансный стенд для испытания валов на выносливость

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания на выносливость валов, преимущественно коленчатых валов.
При работе машин и механизмов широко используются приводные валы, которые подвергаются различным видам нагружения. Например, при работе двигателей внутреннего сгорания коленчатые валы нагружаются изгибом, кручением и продольными или, как их еще называют, осевыми силами [Попык К.Г. «Динамика автомобильных и тракторных двигателей» Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1970 - 328 с, «Двигатели внутреннего сгорания» Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М: Машиностроение, 1984 - 384 с, Чистяков В.К. «Динамика поршневых и комбинированных ДВС», Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1989 - 256 с].
Известен стенд для испытания коленчатых валов на усталость [Журнал «Motortechnische Zeitschrift» №37, 1976, №5, С. 201-207], содержащий маховые массы, в которых закреплен испытуемый вал. Нагружение вала производится ненаправленными вибраторами, расположенными на концах маховых масс. Вибраторы работают в противофазе. Величина нагружения определяется датчиком. Регулирование ее величины осуществляется приводным электродвигателем.
Недостатком стенда является невозможность нагружения испытуемого вала одновременно изгибом и продольной силой. Это уменьшает достоверность результатов испытания.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является стенд для испытания валов на усталость при изгибе [A.c. №1244553]. Стенд содержит две массы с захватами для их крепления на испытуемом валу, привод, размещенный на одной из масс вибратор, а также индикатор, предназначенный для размещения на испытуемом валу. Стенд снабжен приспособлением для сближения масс в процессе испытаний для создания асимметричной циклической нагрузке в испытуемом вале.
Характер создаваемой стендом знакопеременной циклической изгибной нагрузки значительно отличается от наблюдаемого в эксплуатации, когда одновременно с изгибными силами на вал действуют продольные силы. Это уменьшает достоверность результатов испытаний. Таким образом, недостатком такого указанного стенда является невозможность приближения условий испытаний к эксплуатационным.
Задача полезной модели является приближение условий испытаний к эксплуатационным.
Для достижения указанной задачи резонансный стенд содержит две массы с захватами для крепления на испытуемом валу, привод, размещенный на одной из масс вибратора, а также индикатор, предназначенный для размещения на испытуемом валу. Стенд снабжен приспособлением для создания асимметричной циклической нагрузки в испытуемом вале.
Новым в резонансном стенде является его снабжение дополнительным вибратором, закрепленном на торце испытуемого вала и кинематически связанном с одним концом вибратора, при этом оси валов дополнительного вибратора перпендикулярны оси испытуемого вала.
На фигурах 1, 2 показана схема предлагаемого стенда.
Резонансный стенд содержит две массы 1 и 2 с захватами 3 для их крепления на испытуемом валу 4, привод 5, размещенный на массе 2, вибратор 6, один конец вала которого муфтой 7 связан с приводом 5, соединяющую массы 1 и 2 тягу 8, один конец которой опирается на пружину 9 с гайкой 10 относительно массы 1 (фиг. 1). Приспособление для создания асимметричной нагрузки состоит из центробежного регулятора 11, шарнирно соединенного с другим концом тяги 8, и зубчатой передачи 12, размещенной на массе 2 и соединяющей вал центробежного регулятора 11 с валом вибратора 6. Индикатор 13 размещен на испытуемом валу 4.
На торце испытуемого вала 4 в постели 14 закреплен дополнительный вибратор 15, кинематически связанный цилиндрическими шестеренями 16 и валом 17 с одним концом вала вибратора 6 (фиг. 1, 2).
Дополнительный вибратор 15 представляет собой вибратор направленного типа, в котором две находящиеся в зацеплении шестерни с неуравновешенными грузами синхронно и синфазно вращаются в противоположных направлениях (фиг. 2). Оси валов дополнительного вибратора 17 перпендикулярны оси испытуемого вала 4. Вследствие этого в испытуемом вале 4 генерируется периодически действующая продольная нагрузка (показано стрелками на фиг. 2).
Резонансный стенд работает следующим образом. Предварительный изгиб испытуемого вала 4 создается сближением масс 1 и 2 сжатием пружины 9 гайкой 10 и тем самым обеспечивается заданный коэффициент асимметрии цикла нагружения испытуемого вала 4. При включении привода 5 вибратор 6 создает изгибную циклическую нагрузку в испытуемом вале 4. Увеличение частоты вращения вибратора 6 и центробежного регулятора 11 приводит к натяжению тяги 8, сжатию пружины 9 и дополнительному сближению масс 1 и 2, а, следовательно, к дополнительному изгибу испытуемого вала 4, что изменяет коэффициент асимметрии циклической нагрузки в процессе испытания. От вала вибратора 6 через цилиндрические шестерни 16 и вал 17 во вращательное движение приводятся шестерни с неуравновешенными грузами направленного дополнительного вибратора 15, создавая в испытуемом вале 4 продольные колебания. Величина нагружения испытуемого вала 4 определяется с помощью индикатора 13. Действие дополнительного вибратора 15 обеспечивает наложение еще одной составляющей - продольных колебаний - на основное нагибное нагружение, создаваемое вибратором 6. Это позволяет получить на испытуемом вале 4 нагрузку, близкую к наблюдаемой в эксплуатации.
Таким образом, использование предложенного резонансного стенда приближает условия испытаний к наблюдаемым в эксплуатации, это увеличивает достоверность испытаний.