СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРА СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ДИСКОВ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ

Полезная модель относится к области экспериментального определения спектра собственных частот металлокерамических дисков (МКД) гидромеханических трансмиссий (ГМТ) транспортных машин.
В процессе испытаний опытных ГМТ и эксплуатации некоторых серийных наблюдается разрыв МКД фрикционных элементов управления после ограниченного срока эксплуатации. Металлографический анализ разрушенных МКД показывает, что разрушения носят усталостный характер. Это может быть следствием резонансных режимов работы, возникающих при совпадении одной из собственных частот МКД с частотой возмущающего воздействия, формируемого двигателем или гидротрансформатором. Для повышения долговечности МКД путем исключения резонансных режимов необходимо определить спектр его собственных частот. Аналитически определить значения частот можно по приближенным формулам, справедливым для кругового кольца, выполненного из однородного материала. Однако конструкция МКД является многокомпонентной, сочетающей в себе металлический диск, металлокерамические накладки, адгезионные слои, то есть разнородные материалы с различными нелинейными физико-механическими свойствами. Кроме того, на одной из торцевых поверхностей МКД выполняется зубчатый венец. Собственные частоты МКД сложной формы, состоящих из неоднородных материалов, могут быть определены на основе численного моделирования (аналог - Басов К.А., Мовчан Д.A. ANSYS. Справочник пользователя / Издательство: ДМК-Пресс, 2011 г., 640 с.) - определения реакции конечно-разностной модели МКД на гармоническое воздействие регулируемой частоты (например, в программном пакете NASTRAN). Однако достоверность построения модели ограничивается точностью описания нелинейного взаимодействия между элементами МКД (стальным кольцом и металлокерамическими накладками), формируемого адгезионными слоями. В связи с этим, результаты численной оценки собственных частот МКД необходимо корректировать с учетом экспериментальных данных.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является стенд для измерения собственной частоты детали, состоящий из неподвижного штатива, на который вывешен исследуемый МКД, генератора низкочастотных сигналов, выход которого соединен через усилитель мощности с акустическим излучателем, воздействующим на исследуемый МКД, на котором закреплен акселерометр, выход которого соединен с входом «Y» осциллографа, а на вход «X» осциллографа подается сигнал с генератора низкочастотных сигналов (прототип Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбомашин. М.: Машиностроение, 1983, стр.213, рис.10.14).
Однако конструкция этого стенда позволяет определить лишь одну собственную частоту - на шкале генератора по визуализации эллипса на экране осциллографа. При этом регистрация, анализ, хранение и обработка информации выполняются вручную. В связи с этим определение спектра собственных частот партии МКД является трудоемким и длительным по времени.
Для повышения производительности и уменьшения трудоемкости предлагается стенд для определения спектра собственных частот металлокерамических дисков гидромеханических трансмиссий, состоящий из штатива, на который вывешен металлокерамический диск, генератора низкочастотных сигналов, выход которого соединен через усилитель мощности с акустическим излучателем, воздействующим на металлокерамический диск, на котором закреплен акселерометр. Выход акселерометра соединен через дополнительно установленные аналого-цифровой преобразователь с персональной электронной вычислительной машиной, выход которой соединен с блоком управления генератора низкочастотных сигналов.
На фиг.1. изображена схема стенда для определения спектра собственных частот металлокерамических дисков гидромеханических трансмиссий. Стенд состоит из штатива 1, на который вывешен испытуемый металлокерамический диск 2, генератора низкочастотных сигналов 3, выход которого соединен через усилитель мощности 4 с акустическим излучателем 5, воздействующим на исследуемый металлокерамический диск 2, на котором закреплен акселерометр 6, выход акселерометра соединен через аналого-цифровой преобразователь 7 с персональной электронной вычислительной машиной 8, выход которой соединен с блоком управления генератора низкочастотных сигналов 3.
Работает стенд следующим образом. Для определения спектра собственных частот на неподвижный штатив 1 вывешивается исследуемый МКД 2 с закрепленным на нем акселерометром 6. При включении генератора низкочастотных сигналов 3 синусоидальный сигнал через усилитель мощности 4 подается на акустический излучатель 5. При этом происходит воздействие акустического сигнала на МКД 2. Аналоговый сигнал с акселерометра 6 через аналого-цифровой преобразователь 7 передается на вход персональной электронной вычислительной машины 8 в цифровой форме. В режиме реального времени на основе реализации алгоритма прямого преобразования Фурье рассчитывается спектральная плотность процесса колебаний МКД 2, определяются параметры реакции, то есть амплитуда, фаза и частота колебаний МКД. Спектральная плотность процесса колебаний выводится на экран. Значения собственных частот МКД определяются по локальным максимумам спектральной плотности процесса колебаний МКД. Вариация значения частоты, формируемого генератором сигналов низкочастотным 3, в определенном диапазоне осуществляется программно в соответствии с заданным шагом.
Предлагаемая конструкция стенда позволяет экспериментально определить с высокой точностью спектр собственных частот МКД, в том числе партии дисков, при устранении субъективного фактора, повысить производительность, снизить трудоемкость измерений путем автоматизации измерения спектра, последующей обработки результатов, анализа и хранения информации.