Устройство для обеспечения имитации реальных циклов нагружения резонансного стенда

Полезная модель относится к области машиностроения и может найти применение для испытания материалов на усталость при оценке предела выносливости натурных коленчатых валов, их сегментов.
Известен механизм нагружения стенда для проведения усталостных испытаний на кручение. Стенд для испытаний коленчатых валов на усталостную прочность при кручении, содержащий нагружающее устройство, элемент коленчатого вала, один конец которого жестко крепится через фланец отбора мощности к вертикальной неподвижной стойке нагружающего устройства, отличающийся тем, что в нем используется напрессованный с натягом на свободный конец вала каток, имеющий возможность свободно кататься по опорной плите, которая жестко крепится к столу нагружающего устройства, причем сопряженная с катком поверхность опорной плиты повторяет форму опорной поверхности катка, при этом к катку крепится рычаг, на который через сферический упор, присоединенный к нагружающему сервогидравлическому устройству, передается эксцентричная нагрузка от поршня сервогидравлического нагружающего устройства, под действием которой жестко связанный с рычагом каток может совершать качательное движение вокруг оси, совпадающей с продольной осью коленчатого вала, и передавать крутящий момент элементу коленчатого вала (RU 2570333, МПК G01M 15/02 опубл. 10.12.2015).
Недостатком известного технического решения является ограниченность функциональных режимов испытаний (испытания при кручении).
Известна также конструкция механизма нагружения, представленная в виде кривошипно-шатунного механизма. Стенд для испытания на усталостную прочность коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания содержит силовую раму с плитой для размещения на ней опор коренных подшипников коленчатого вала и элемент нагружения. С целью повышения достоверности испытаний стенд дополнительно снабжен консольной балкой с пазом и размещенным в нем пальцем, регулировочными прокладками, системой смазки и регулировочной плитой, размещенной горизонтально внутри силовой рамы и снабженной пазами, а элемент нагружения выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма нагружения, причем плита для размещения опор коренных подшипников коленчатого вала установлена вертикально и жестко соединена с регулировочной плитой, на которой при помощи болтов, проходящих через ее пазы, закреплен механизм нагружения, консольная балка концом жестко соединена с коренной шейкой вала, а пальцем - с шатуном механизма нагружения, регулировочные прокладки размещены между регулировочной плитой и механизмом нагружения, а система смазки соединена с опорами кривошипа механизма нагружения (SU 1603209 МПК G01M 13/00 опубл. 30.10.1990).
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности ускорения испытаний на усталость в условиях нагружения изгибом.
За прототип выбрано устройство нагружения резонансного стенда, включающее в себя: электродвигатель, гибкий привод и эксцентриковый узел экспериментальной установки. Экспериментальная установка относится к испытательному стендовому оборудованию и применяется для усталостных исследований коленчатых валов при чистом цикле изгиба. Конструкция экспериментальной установки состоит из резонансных масс, электродвигателя, гибкого привода, эксцентрикового узла, пружинных опор, механизма монтажа и испытуемого коленчатого вала (Б.П. Давыдов «Разработка и исследование методов оценки и повышения усталостной долговечности восстановленных деталей: на примере коленчатых валов автомобильных и тракторных двигателей» (Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01008467911 дата обращения: 31.03.2022).
Недостатком существующего устройства нагружения является ограниченность функциональных режимов испытания (испытания при изгибе), что не позволяет воспроизвести условия эксплуатации испытуемого коленчатого вала т.к. в процессе работы вал подвергается действию изгибающих и крутящих нагрузок.
Технический результат заключается в расширении диапазона применения устройства для испытаний коленчатых валов на усталость путем усовершенствования конструкции устройства с максимальным приближением к реальным режимам работы валов при круговом изгибе.
Технический результат достигается тем, что устройство для обеспечения имитации реальных циклов нагружения резонансного стенда состоит из системы нагружения в горизонтальной плоскости, включающей электродвигатель с гибким приводом и эксцентриковый узел для нагружения на изгиб, блока управления и контроля, испытуемого коленчатого вала, механизма монтажа, пружинных опор, ведущей и ведомой резонансных масс. В конструкцию стенда введен дополнительный механизм нагружения, состоящий из установленного неподвижно относительно ведомой резонансной массы  электродвигателя, выходной вал которого соединен с шарнирной муфтой, передающей крутящий момент на скользящую шлицевую пару, представленную в виде шлицевого вала и втулки,  жестко соединенной с эксцентриковым узлом для нагружения кручением, размещенным в подшипниковых узлах ведомой резонансной массы, который обеспечивает кручение испытуемого коленчатого вала.
На фиг. 1 представлена схема устройства для обеспечения имитации реальных циклов нагружения резонансного стенда.
Устройство для обеспечения имитации реальных циклов нагружения резонансного стенда (фиг. 1) состоит из системы нагружения в горизонтальной плоскости, включающей электродвигатель 1 с гибким приводом 2 и эксцентриковый узел для нагружения на изгиб 3, блока управления и контроля 4, испытуемого коленчатого вала 5, механизма монтажа 6, пружинных опор 7, ведущей 8 и ведомой 9 резонансных масс. В конструкцию стенда введен дополнительный механизм нагружения, состоящий из установленного неподвижно относительно ведомой резонансной массы 9 электродвигателя 10, выходной вал которого соединен с шарнирной муфтой 11, передающей крутящий момент на скользящую шлицевую пару, представленную в виде шлицевого вала 12 и втулки 13, с возможностью компенсации угловых перемещений при проведении испытаний на переменный изгиб, а скользящая шлицевая пара компенсирует осевые перемещения. Втулка 13 жестко фиксируется с эксцентриковым узлом для нагружения кручением 14, размещенным в подшипниковых узлах ведомой резонансной массы 9, который обеспечивает кручение испытуемого вала.
Устройство работает следующим образом. Ведущая 8 и ведомая 9 резонансные массы с зафиксированным в механизм монтажа 6 испытуемым коленчатым валом 5 по причине податливости пружинных опор 7 не лишающих резонансные массы 8, 9 всех степеней свободы образуют колебательную систему. Электродвигатель 1 через гибкий привод 2 вращает эксцентриковый узел для нагружения на изгиб 3 и возбуждает колебания резонансных масс 8, 9 с испытуемым коленчатым валом 5, при которых испытуемый коленчатый вал 5 изгибается в горизонтальной плоскости. В свою очередь для имитации реальных циклов нагружения электродвигатель 10 через механизм привода (состоящего из: муфты 11, шлицевого вала 12 и втулки 13) передает вращение на эксцентриковый узел 14, дополнительно возбуждая колебания, при которых испытуемый коленчатый вал 5 скручивается. Синхронизирует работу двух электродвигателей 1 и 10 блок управления и контроля 4.
По сравнению с известным решением устройство позволяет расширить диапазон применения устройства для испытаний коленчатых валов на усталость путем усовершенствования конструкции устройства с максимальным приближением к реальным режимам работы валов при круговом изгибе и одновременно нагружать переменным симметричным циклом изгиба в плоскости кривошипа с постоянной амплитудой напряжения и вводить возбуждение колебаний, при которых вал испытывает кручение.