СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА СОВМЕСТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИОННЫХ И ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ
STAND FOR TESTING ARTICLES ON COMBINED EFFECT OF VIBRATION AND LINEAR ACCELERATIONS

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений.
Известен стенд для испытания изделий на комбинированное воздействие линейных и вибрационных ускорений, а.с. СССР №1196713, G01M 7/00, опубл. 07.12.85, Бюл.№45, содержащий платформу с вертикальной осью вращения, привод платформы, соосно установленные на платформе привод с горизонтальной осью вращения и электродинамический вибровозбудитель, стол для установки испытуемого изделия, соединенный с подвижной частью вибровозбудителя полым переходником, соединенным со шпинделем привода с горизонтальной осью вращения, устройство для удержания вибровозбудителя в рабочем зазоре его магнитопровода и средства центрирования подвижной части вибровозбудителя. С целью повышения точности воспроизведения и расширения диапазона испытательных воздействий устройство для удержания подвижной части вибровозбудителя выполнено в виде пневмокамеры, образованной переходником, двумя закрепленными в нем кольцевыми перегородками и расположенными между перегородками двумя сильфонами разного диаметра, соединенными одними торцами со шпинделем, а другими - с перегородками, при этом сильфон большего диаметра расположен со стороны стола, а средства центрирования выполнены в виде аэростатической опоры переходника.
Данный стенд сложен по конструкции, реализацию вибрационных и линейных нагрузок обеспечивают два устройства: электродинамический вибровозбудитель и платформа с приводом (центрифуга). Расположенный на центрифуге вибратор ограничивает возможности стенда по проведению испытаний объектов с большими габаритами и массой.
Известен стенд для испытания изделий на комплексное воздействие вибрационных и линейных ускорений, а.с. РФ №1521016, MПK6 G01M 7/00, опубл. 20.08.96, Бюл. №23, содержащий вибровозбудитель и центрифугу, ротор которой установлен на подвижной части вибровозбудителя и служит для закрепления испытуемых изделий. Условия испытаний приближены к эксплуатационным за счет обеспечения переменного угла между векторами ускорений и также между вектором вибрационного ускорения и координатными осями изделия, ось вращения ротора перпендикулярна рабочей оси вибровозбудителя. Данный стенд выбран за прототип.
В указанном стенде возможность испытания изделий с большими габаритами и весами ограничивается размещенной на вибровозбудителе центрифугой. Кроме того, использование центрифуги и вибровозбудителя для реализации совместных вибрационных и линейных ускорений приводит к сложной конструкции испытательной установки, т.к. необходимо решать задачи сопряжения вибратора и центрифуги, передачи колебаний на вращающийся ротор центрифуги, иметь вибратор с большой тягой в связи с тем, что колебания на испытываемые изделия передаются через массивный ротор центрифуги.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, заключается в создании стенда для лабораторно-конструкторской отработки объектов испытаний на совместное воздействие линейных и вибрационных ускорений с условиями испытаний, приближенными к эксплуатационным.
Технический результат заключается в упрощении конструкции стенда для создания требуемых уровней вибрационных ускорений, которые реализуются преобразованием крутильных колебаний, возможности испытания изделий с большими габаритами и весом и возможности плавной независимой друг от друга регулировки уровней линейных и вибрационных ускорений.
Технический результат достигается следующим образом.
В заявляемом стенде для испытания изделий на совместное воздействие вибрационных и линейных ускорений, содержащем центрифугу, включающую электрический привод, ротор, устройство для передачи вращения с вала электрического привода на ротор и подвижные опоры для закрепления объектов испытаний на роторе, в отличие от прототипа вал привода расположен вертикально, устройство для передачи вращения с вала электрического привода на ротор выполнено в виде упругой муфты, состоящей из соединенных упругой связью ведущей и, по крайней мере, одной ведомой полумуфты, а также диска, закрепленных на стержне, установленном на валу электрического привода соосно ему. Диск закреплен горизонтально на стержне и снабжен штифтом, установленным вертикально на диске на заданном расстоянии от оси вала. Ротор выполнен в виде направляющих, установленных горизонтально симметрично относительно оси вала на силовом каркасе, жестко закрепленном, по крайней мере, на одной ведомой полумуфте. Подвижные опоры для закрепления объектов испытаний выполнены с возможностью продольного перемещения относительно направляющих и снабжены сменными упругими подвесками, ограничивающими их перемещение относительно направляющих. Вдоль направляющих размещены тяги, каждая из которых одним концом шарнирно соединена с соответствующей подвижной опорой, а другим концом шарнирно соединена со штифтом. Электрический привод выполнен с возможностью одновременной подачи постоянной и переменной составляющих тока на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока.
Устройство для передачи вращения может содержать верхнюю и нижнюю ведомые полумуфты, а ведущая полумуфта может быть выполнена в виде двух горизонтально закрепленных на стержне выше и ниже диска цилиндрических опор. При этом верхняя ведомая полумуфта может быть выполнена в виде сплошного цилиндра, размещенного над верхней цилиндрической опорой ведущей полумуфты соосно ей, а нижняя ведомая полумуфта - в виде кольца, соосно надетого на стержень ниже нижней цилиндрической опоры ведущей полумуфты.
Ведущая полумуфта может быть выполнена в виде цилиндрической опоры, горизонтально закрепленной на стержне над диском. При этом ведомая муфта может быть выполнена в виде сплошного цилиндра, размещенного над цилиндрической опорой ведущей полумуфты и закрепленного на силовом каркасе соосно ей.
Упругая связь, соединяющая ведущую и, по крайней мере, одну ведомую полумуфту, может быть выполнена в виде размещенных равномерно на поверхности, по крайней мере, одной цилиндрической опоры ведущей полумуфты, взаимодействующей с соответствующей поверхностью ведомой полумуфты, направляющих элементов с закрепленными на них сменными упругими элементами или пазов с установленными в них сменными выступающими из пазов упругими вкладышами и ответных пазов, выполненных на направленной к ним поверхности, по крайней мере, одной ведомой полумуфты.
Упругие подвески выполнены в виде сменных мембран или сменных пружин.
Шарнирное соединение одного конца каждой тяги с соответствующей подвижной опорой может быть выполнено в виде разрезной втулки и устанавливаемого в нее конического штифта, установленных в сквозные отверстия в соответственно расположенных соединяемых элементах тяги и подвижной опоры, а шарнирное соединение другого конца каждой тяги со штифтом выполнено в виде разрезных втулок, установленных в сквозных отверстиях в соединяемом элементе каждой тяги, предназначенных для установки в них штифта.
Установка вала привода вертикально, выполнение устройства для передачи вращения с вала электрического привода на ротор в виде упругой муфты, состоящей из соединенных упругой связью ведущей и, по крайней мере, одной ведомой полумуфты, а также диска, закрепленных на стержне, установленном на валу электрического привода соосно ему, закрепление диска горизонтально на стержне и снабжение его штифтом, установленным вертикально на диске на заданном расстоянии от оси вала, выполнение ротора в виде направляющих, установленных горизонтально симметрично относительно оси вала на силовом каркасе, жестко закрепленном, по крайней мере, на одной ведомой полумуфте, выполнение подвижных опор для закрепления объектов испытаний с возможностью продольного перемещения относительно направляющих, размещение вдоль направляющих тяг, каждая из которых одним концом шарнирно соединена с соответствующей подвижной опорой для закрепления объектов испытаний, а другим концом шарнирно соединена со штифтом, выполнение электрического привода с возможностью одновременной подачи постоянной и переменной составляющих тока на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока позволяют преобразовывать крутильные колебания вала в вибрационные ускорения (колебания) подвижных опор и непосредственно закрепленных на них объектов испытаний через тяги, обеспечить совместное воздействие на объекты испытаний независимо друг от друга регулируемых вибрационных и линейных уровней ускорений без отдельно выполненного вибровозбудителя, в результате упростить конструкцию стенда (в стенде отсутствует вибровозбудитель, роль которого выполняет двигатель постоянного тока, на обмотку якоря которого совместно с постоянной подается переменная составляющая тока; для создания вибрационных ускорений, действующих на объекты испытаний, нет необходимости формировать крутильные колебания вращающейся опоры с объектом испытания).
Снабжение подвижных опор для закрепления объектов испытаний сменными упругими подвесками, ограничивающими их перемещение относительно направляющих, позволяет предотвратить возникновение динамического дисбаланса, который может возникать при интенсивном разгоне вала и который может вывести вращающуюся систему стенда из равновесия.
Выполнение упругих подвесок в виде сменных мембран или пружин позволяет обеспечить минимальное влияние динамического дисбаланса на параметры колебаний подвижных опор для закрепления объектов испытаний и, в случае необходимости, при малых трудозатратах произвести замену какой-либо упругой подвески.
Выполнение упругой связи, соединяющей ведущую и, по крайней мере, одну ведомую полумуфту, в виде размещенных равномерно на поверхности, по крайней мере, одной цилиндрической опоры ведущей полумуфты, взаимодействующей с соответствующей поверхностью ведомой полумуфты, направляющих элементов с закрепленными на них сменными упругими элементами или пазов с установленными в них выступающими из пазов сменными упругими вкладышами и ответных пазов, выполненных на направленной к ним поверхности, по крайней мере, одной ведомой полумуфты, позволяет обеспечить передачу крутильных колебаний с вала электрического привода на подвижные опоры для закрепления объектов испытаний и вращения с вала электрического привода на ротор независимо друг от друга.
Выполнение шарнирного соединения одного конца каждой тяги с соответствующей подвижной опорой в виде разрезной втулки и устанавливаемого в нее конического штифта, установленных в сквозные отверстия в соответственно расположенных соединяемых элементах тяги и подвижной опоры, а шарнирного соединения другого конца каждой тяги со штифтом - в виде разрезных втулок, установленных в сквозных отверстиях в соединяемом элементе тяги, предназначенных для установки в них штифта, обеспечивает соединение тяг с подвижными опорами и тяг со штифтом без зазоров, что исключает их негативное влияние на динамические свойства системы (параметры вибрационных колебаний).
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображен общий вид стенда (сечение А-А с фиг.2); на фиг.2 изображено сечение Б-Б с фиг.1; на фиг.3 и 4 схематично изображены примеры выполнения устройства для передачи вращения; на фиг.5 и 6 схематично изображены шарнирные соединения тяг и примеры выполнения упругих подвесок (вид В с фиг.1); на фиг.7 схематично изображены шарнирные соединения тяг со штифтом (вид Г с фиг.1).
Стенд для испытания изделий на совместное воздействие линейных и вибрационных ускорений содержит центрифугу, включающую электрический привод в виде электродвигателя постоянного тока 1, выполненный с возможностью одновременной подачи на обмотку якоря тока с постоянной и переменной составляющими, ротор и устройство для передачи вращения с вертикально расположенного вала 2 электродвигателя постоянного тока 1 на ротор и подвижные опоры 11 для закрепления объектов испытаний на роторе.
Устройство для передачи вращения выполнено в виде упругой муфты, состоящей, в первом примере выполнения, изображенном на фиг.1 и 3, из соединенных упругой связью 6 ведущей 5 и двух ведомых (верхней и нижней) полумуфт 7 и 14 соответственно, диска 8, закрепленных на стержне 4. Ведущая полумуфта 5 выполнена в виде двух горизонтально закрепленных на стержне 4 цилиндрических опор 15 и 16 (см. фиг.3). Верхняя ведомая полумуфта 7 выполнена в виде сплошного цилиндра, размещенного над верхней цилиндрической опорой 15 ведущей полумуфты соосно ей, а нижняя ведомая полумуфта 14 - в виде кольца, соосно надетого на стержень 4 ниже нижней цилиндрической опоры 16. Силовой каркас 3 жестко закреплен на ведомых полумуфтах 7 и 14.
Диск 8 при этом закреплен горизонтально на стержне 4 между цилиндрическими опорами 15 и 16 ведущей полумуфты 5, установленной на валу 2 электрического привода 1 соосно ему, и снабжен штифтом 9, установленным вертикально на диске 8 на заданном расстоянии от оси вала 2.
Во втором примере выполнения устройства для передачи вращения, изображенном на фиг.4, ведущая полумуфта 5 выполнена в виде одной цилиндрической опоры 15, горизонтально закрепленной на стержне 4 над диском 8.
Упругая связь 6, соединяющая ведущую полумуфту 5 и, по крайней мере, одну ведомую полумуфту 7, может быть выполнена в виде размещенных равномерно на поверхностях цилиндрических опор 15 и 16 (см. фиг.3 и 4) ведущей полумуфты 5, взаимодействующих с соответствующими поверхностями ведомых полумуфт 7 и 14 направляющих элементов 17 (см. фиг.3) с закрепленными на них сменными промежуточными упругими элементами 18 в виде втулок (см. фиг.3) или пазов 19 (см. фиг.4) с установленными в них сменными упругими выступающими из пазов 19 вкладышами 20 (см. фиг.4) и ответных пазов 21, выполненных на направленных к ним поверхностях ведомых полумуфт 7 и 14.
Ротор выполнен в виде (в данном примере выполнения в виде полых цилиндрических) направляющих 12, установленных горизонтально симметрично относительно оси вала 2 на силовом каркасе 3, жестко закрепленном в первом примере выполнения (см. фиг.1, 3) на двух ведомых полумуфтах 7 и 14 и во втором примере выполнения (см. фиг.1, 4) на одной ведомой полумуфте 7.
Вдоль направляющих 12 размещены тяги 10, каждая из которых одним концом шарнирно соединена с соответствующей подвижной опорой 11, а другим концом шарнирно соединена со штифтом 9.
Шарнирное соединение одного конца каждой тяги 10 с соответствующей подвижной опорой 11 для закрепления объектов испытаний выполнено в виде установленной в соответственно расположенные сквозные отверстия соединяемого элемента 24 подвижной опоры 11 и тяги 10, разрезной втулки 22 и конического штифта 23, устанавливаемого в разрезную втулку 22, обеспечивающих соединение тяг 10 с подвижными опорами 11 без зазоров.
Шарнирное соединение другого конца каждой тяги 10 и штифта 9 выполнено в виде разрезных втулок 25, установленных в сквозных отверстиях соединяемых элементов тяг 10 и предназначенных для установки в них штифта 9, при этом обеспечивающих соединение тяг 10 со штифтом 9 без зазоров.
Подвижные опоры 11 для закрепления объектов испытаний выполнены с возможностью продольного перемещения относительно направляющих 12 и снабжены сменными упругими подвесками 13, ограничивающими перемещение подвижных опор 11 относительно направляющих 12. Упругие подвески 13 могут быть выполнены в виде сменных мембран (см. фиг.5) или сменных пружин (см. фиг.6).
Длина L каждой тяги 10 и расстояние от оси вала 2 до оси штифта 9 (величина эксцентриситета ε) определяются из условия, исключающего возможность заклинивания подвижных опор 11 в направляющих 12, а также в зависимости уровней линейных и вибрационных ускорений, которые требуется реализовать.
Заявляемый стенд работает следующим образом.
При подаче постоянного тока требуемой величины на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока 1 осуществляется разгон вала 2 и дальнейшее его вращение с постоянной скоростью, а вместе с ним и вращение ротора. При вращении ротора на объекты испытаний, закрепленные на подвижных опорах 11, действует линейное ускорение, величина которого зависит от длины L тяг 10 и скорости вращения вала 2, т.е. от величины тока, подаваемого на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока. При разгоне вала 2 деформируется упругая связь 6, штифт 9 поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения вала 2 на некоторый угол, а вместе с ним тяги 10 и подвижные опоры 11 смещаются относительно своего первоначального положения. Упругие подвески 13 ограничивают ход подвижных опор 11, тем самым устраняя динамический дисбаланс, который может возникнуть при разгоне вала 2.
При подаче на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока 1 переменной составляющей тока одновременно с постоянной составляющей вал 2 совершает крутильные колебания с частотой, равной частоте переменной составляющей тока. Уровень колебаний зависит от амплитуды переменной составляющей тока, подаваемого на обмотку якоря электродвигателя постоянного тока 1, от расстояния между осью вала 2 и штифтом 9 (эксцентриситета ε), от количества сменных упругих элементов 15 или сменных упругих вкладышей 18 ведущей полумуфты 5, а также от свойств материала, из которого они изготовлены.
Крутильные колебания через стержень 4 передаются на диск 8, затем на штифт 9 и далее через разрезные втулки 25 шарнирных соединений тяг 10, разрезные втулки 22, конические штифты 23 и соединительные элементы 24 к подвижным опорам 11, на которых закреплены объекты испытаний в виде вибрационных колебаний.
Упругая связь 6 обеспечивает независимое от действия линейного ускорения действие крутильных колебаний, вызываемых валом 2.
Изменяя количество сменных упругих элементов 18 или сменных упругих вкладышей 20, можно дополнительно регулировать уровень крутильных колебаний вала 2 электрического двигателя постоянного тока 1 и, соответственно, регулировать уровень вибрационных колебаний, действующих на объекты испытаний, закрепленных на подвижных опорах 11.
Шарнирные соединения тяг 10 с подвижными опорами 11 с одной стороны и шарнирные соединения тяг 10 со штифтом 9 с другой стороны обеспечивают соединение без зазора тяг 10 с подвижными опорами 11 и тяг 10 со штифтом 9, исключающее влияние люфтов на динамические свойства системы.
Таким образом, обеспечивается проведение испытания изделий на совместное воздействие линейных и вибрационных ускорений с условиями, приближенными к эксплуатационным нагрузкам, за счет отсутствия вибровозбудителя упрощается конструкция стенда и обеспечивается возможность испытаний изделий с большим весом, обеспечивается возможность плавной независимой друг от друга регулировки уровней линейных и вибрационных ускорений.