УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ

Устройство для определения крутящего момента объекта испытании из различных материалов и при различных условиях (температурных и силовых) относится к испытательному оборудованию.
Известно устройство для испытания трубчатого образца на усталость при круговом изгибе (см. патент RU 2086951; C1 G 01 N 3/32, опубликован 10.08.1997), содержащий основание, установленные на нем во вращающихся опорах захваты для трубчатого образца, привод вращения захвата, нагружатель образца статической силой с подвеской в виде кольца для передачи нагрузки на образец, нагружатель осевой силой сжатия или растяжения в виде установленного на основании силового гидроцилиндра, штоком шарнирно соединенного с приводной вращающейся опорой захвата образца и упорных подшипников вращающейся опоры захвата для восприятия усилий сжатия или растяжения, нагружатель образца статическим крутящим моментом, содержащий стержневой элемент с калиброванной крутильной жесткостью, центрально размещенный в отверстии образца и во вращающихся опорах захватов образца, сочлененный с вращающимися опорами шпоночными или зубчатыми соединениями для обеспечения возможности его осевого перемещения относительно опор, зацепы в виде выступов, выполненные на захвате, для относительного разворота образца, фиксаторы для фиксации захвата на вращающейся опоре для его стопорения.
Данное устройство невозможно использовать для испытаний винтовой пары в заданных условиях ввиду очевидных различий объектов испытаний и его относительной сложности.
Известна установка для испытания материалов на прочность (см. патент RU 2178161; С2 G 01 N 3/08, 3/22, опубликован 10.01.2002), содержащая гидропривод с поступательным перемещением выходного звена, соединенный с ним своим выходом блок управления гидроприводом, силоизмеритель с преобразователем сигналов, один из выводов которого соединен с силоизмерителем, неподвижную пассивную опору, захваты, связанные с последней и штоком силового гидроцилиндра посредством шарнирных равноплечих рычагов, при этом один из захватов имеет возможность осевого перемещения и связан с рычагом нагружения крутящим моментом, снабженным измерителем крутящего момента, посредством гибкого вала. Данное изобретение направлено на упрощение и повышение точности испытаний за счет обеспечения возможности одновременного нагружения испытуемого материала как усилием, так и крутящим моментом.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования для испытаний винтовой пары в заданных условиях ввиду очевидных различий объекта испытаний и его относительной сложности.
Задача предлагаемого устройства - определить фактические значения крутящего момента винтовой пары в условиях градиента температуры между винтом и гайкой и при нагружении гайки усилием, направленным вдоль оси резьбы.
Технический результат заключается в том, что предлагаемое устройство позволяет конструктивно просто проводить испытания образцов винтовых пар для определения их работоспособности и измерения фактических значений крутящего момента для винтовых пар из различных материалов и при разных условиях (температурных и силовых) работы.
Указанная задача решена устройством для определения крутящего момента объекта испытаний, содержащим жестко закрепленную опору, подвижный и неподвижный захваты испытываемого объекта, привод нагружения крутящим моментом, неподвижный захват жестко соединен с указанной опорой, а подвижный соединен с приводом нагружения крутящим моментом с возможностью поворота и осевого перемещения, в котором в качестве объекта испытаний использовано соединение винт-гайка, неподвижный захват соединен с нижним торцем винта, а подвижный захват соединен с гайкой, причем винт выполнен полым, в его полости размещен нагреватель, между подвижным захватом и приводом нагружения крутящим моментом установлен теплоизолятор, торец гайки нагружен набором грузов, подвешенных на стержне, проходящем через полость винта и гайки и закрепленным к переходному стакану, опертому на указанный торец через опоры качения. На гайке и винте установлены термопары. Привод нагружения соединен с охлаждающим приспособлением.
Выполнение винта полым позволяет разместить в нем цилиндрический спиральный трубчатый электронагреватель и получить заданный градиент температур. Кроме того это позволяет пропустить через полость винта стержень с закрепленным на нем грузом наборным, что делает устройство более компактным. Создание осевой силы с помощью груза наборного значительно удешевляет устройство. Применение в качестве привода нагружения крутящим моментом и измерителя крутящего момента моментного ключа позволяет приложить к винтовой паре крутящий момент, а также измерить момент страгивания гайки винтовой пары. Применение моментного ключа значительно удешевляет устройство.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет определить работоспособность и измерить фактические значения крутящего момента при различных материалах и условиях (температурных и силовых) работы винтовой пары при минимальных материальных затратах.
На фиг.1 приведено схематичное изображение предлагаемой установки. На опоре 14 установлена испытываемая винтовая пара, состоящая из полого винта 6, гайки 5, опорного фланца 9. Опорный фланец
крепится к опоре с помощью болтов через переходные втулки 11. В пространство между опорным фланцем и опорой 14 укладывается теплоизолятор 10.
Для создания силы, действующей в осевом направлении резьбы, используется наборный груз 12, подвешенный на стержне 15. Стержень закреплен на переходном стакане 3, который передает нагрузку через опору качения (подшипник) 4 на гайку винтовой пары.
Для создания перепада температуры между винтом и гайкой в полость винта установлен цилиндрический спиральный трубчатый электронагреватель 7, питающийся от источника питания заданной мощности. Измерение разности температур производится с помощью термопар 8, введенных в отверстия, выполненные в винте и гайке.
Чтобы исключить нагрев моментного ключа и устранить связанные с этим погрешности измерений, между валом 1 и подвижным захватом 2 установлена теплоизолирующая прокладка 17. Кроме того на вал при необходимости возможна установка охлаждающего приспособления (например радиатора) 16, через который прокачивается холодная вода.
Устройство работает следующим образом: к гайке винтовой пары прикладывается заданная осевая нагрузка. Регулирование осевой силы, действующей на винтовую пару, осуществляется путем установки разного количества элементов груза наборного 12. Затем от регулируемого источника постоянного напряжения подается питание на цилиндрический спиральный трубчатый электронагреватель 7. По замерам температур, получаемых при помощи термопар 8, определяется градиент температуры. Заданный градиент температур достигается регулировкой питающего напряжения. При необходимости дополнительной регулировки возможно применение внешнего охлаждения винтовой пары, например, обдув воздухом, установка радиаторов, установка внешних теплоизолирующих чехлов и т.п. В качестве привода нагружения крутящим моментом и измерителя крутящего момента используется моментный ключ (на фиг.1 не показан). По достижении заданного градиента температур производится измерение значений крутящего момента, необходимого для отворачивания гайки поз. 5, с помощью моментного ключа следующим образом: моментный ключ вставляется в паз вала 1 и проворачивается. Приложенный к нему момент передается через подвижный захват 2 на гайку 5 винтовой пары. Значение крутящего момента считывается со шкалы моментного ключа. Погрешность измерения крутящего момента в основном определяется погрешностью используемого моментного ключа. По факту страгивания гайки 5 или его отсутствия при достижении заданного градиента температур на винте и гайке 5 и заданной осевой нагрузке судят о работоспособности винтовой пары.