Нагружающее устройство
LOADING DEVICE

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для создания тянущих или толкающих усилий в силовых цепях испытательных стендов в условиях статических и теплостатических испытаний различных конструкций, а также для тарировки датчиков силы, испытания материалов и изделий на прочность, в качестве силовых приводов исполнительных механизмов, в качестве домкрата, а при встраивании в силовую раму - в качестве пресса.
В испытательной технике наиболее распространены нагружающие устройства с гидравлическим приводом - гидравлические силовозбудители, заменяемые более прогрессивными нагружающими устройствами с электрическим приводом - электрическими силовозбудителями.
Кроме нагружающих устройств в силовых цепях присутствуют датчики силы, измеряющие развиваемое усилие.
Известны нагружающие устройства с электрическим приводом, например устройство по а.с. №2065593 от 08.06.1993 г. по заявке 93029135/28, кл. МКИ G01M 13/02.
Ближайшим по технической сущности является «Нагружающее устройство» по заявке №2009137044, от 06.10.2009 г., кл. МКИ G01M 13/02, патент №2410660 от 27.01.2011 г., содержащее привод, корпус с крышкой, выполненной с полым валом, установленный в крышке шестеренчатый редуктор, малая шестерня которого установлена на валу привода, а большая - на полом валу крышки, винтовую передачу, установленную в полом валу крышки, волновой редуктор, жесткое колесо которого скреплено с корпусом, а гибкое колесо - с винтом винтовой передачи, и генератор волн деформаций, соединенный с большой шестерней шестеренчатого редуктора, причем гайка винтовой передачи в виде пиноли связана с крышкой посредством шпоночного соединения, и упорный подшипник, отличающееся тем, что устройство снабжено второй крышкой с резьбовым отверстием, цилиндром, торец которого выполнен с радиальными пазами, упорной гайкой и штифтами, при этом фланец с отверстиями гибкого колеса волновой передачи и фланец с отверстиями винта винтовой передачи соединены с цилиндром посредством штифтов, установленных в отверстиях фланцев и в радиальных пазах торца цилиндра, связанного с корпусом, упорной гайкой и второй крышкой упорным подшипником.
Недостатком применения этого изобретения в составе испытательных стендов различного назначения является наличие длинных, неустойчивых на сжатие силовых цепей с датчиками силы, увеличивающих размеры стендов.
Это изобретение невозможно использовать в составе испытательных стендов для теплостатических испытаний вследствие воздействия на нагружающее устройство и датчик силы высоких температур, выводящих эти устройства из строя.
Задачей настоящего изобретения является совмещение нагружающего устройства и датчика силы в одном корпусе и размещение его снаружи испытательных стендов, в том числе снаружи стендов для статических и теплостатических испытаний.
Поставленная задача достигается тем, что в корпусе нагружающего устройства в зоне упорного подшипника выполнена кольцевая канавка с установленными в ней тензорезисторами, соединенными в тензометрический мост, преобразующий деформацию корпуса в электрическое напряжение пропорциональное создаваемой силе, а наружный конец полого вала крышки корпуса снабжен резьбой, при помощи которой нагружающее устройство может быть установлено в резьбовое отверстие снаружи корпуса испытательного стенда, силового щита или нагревательной установки.
При этом пиноль нагружающего устройства может выдвигаться внутрь корпуса испытательного стенда или нагревательной установки и, соединяясь с испытуемым объектом, создавать в нем силовую нагрузку.
На чертеже фиг. 1 изображено нагружающее устройство.
Нагружающее устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, имеющей полый вал, и второй крышкой 3. Внутри крышки 2 расположен шестеренчатый редуктор 4, 5. В корпусе 1 расположен волновой редуктор 6÷9 и двухрядный упорный подшипник 12. Винтовая передача, установленная в осевом отверстии крышки 2, состоит из винта 10 и пиноли 11.
Привод 13 в виде электродвигателя, установленный на крышке 2, снабжен малой шестерней 4. Большая шестерня 5 установлена при помощи подшипника 14 на полом валу крышки 2. Волновой редуктор содержит жесткое зубчатое колесо 6, неподвижно закрепленное между корпусом 1 и крышкой 2, гибкое зубчатое колесо 7, генератор волн деформаций 8 овальной формы с насаженным на него подшипником 9.
Вдоль наружной поверхности пиноли 11 выполнен шпоночный паз 15 с установленной в нем шпонкой 16, закрепленной в крышке 2. Большая шестерня 5 соединена с генератором волн деформаций 8 штифтами 17.
Винт 10 снабжен дискообразным фланцем с отверстиями, хвостовиком с резьбой и гайкой 18. На фланце винта 10 установлено гибкое зубчатое колесо 7 волновой передачи, имеющее фланец с отверстиями, и цилиндр 19 с радиальными пазами и установленными в них головками штифтов 20, скрепляющими через отверстия во фланцах винт и гибкое колесо с цилиндром.
Между торцом цилиндра 19 и гайкой 18 зажат центральный диск упорного подшипника 12, установленного в корпусе 1 и зафиксированного второй крышкой 3, завинчивающейся в корпус 1.
Наружный конец полого вала крышки 2 снабжен резьбой 23 для присоединения нагружающего устройства к корпусу нагревательной установки снаружи. Для присоединения к внешней силовой цепи наружный конец пиноли 11 и вторая крышка 3 снабжены отверстиями с резьбой.
Для измерения величины создаваемой силы в корпусе 1 нагружающего устройства в зоне упорного подшипника выполнена кольцевая канавка с установленными в ней с противоположных сторон корпуса двумя парами тензорезисторов 21 и 22, соединенных в тензометрический мост, фиг. 2, причем тензорезисторы 21 установлены осями чувствительности параллельно оси нагружающего устройства, а тензорезисторы 22 установлены осями чувствительности перпендикулярно оси нагружающего устройства.
Тензорезисторы установлены с противоположных сторон корпуса 1 для исключения погрешности от деформации изгиба корпуса при нештатной боковой нагрузке за счет взаимного вычитания сигналов тензорезисторов, вызванных этой деформацией.
Тензорезисторы закрепляются на корпусе при помощи клея.
Нагружающее устройство работает следующим образом. При включении привода 13 вращение его вала передается шестернями 4 и 5 генератору волн деформаций 8. Вращающийся генератор волн деформаций за счет овальной формы наружной поверхности создает в гибком зубчатом колесе 7 бегущую волну деформаций, которая из-за разности в числах зубьев гибкого колеса 7 и жесткого колеса 6 приводит к волновому преобразованию вращательного движения с большим коэффициентом редукции. Полученное замедленное вращательное движение гибкого зубчатого колеса 7, соединенного своим фланцем с фланцем винта 10, преобразуется в винтовой передаче в поступательное перемещение пиноли 11, при этом закрепленная в крышке 2 шпонка 16 скользит в пазу 15 пиноли 11. Поступательное перемещение пиноли 11 приводит к изменению длины нагружающего устройства и при наличии внешней замкнутой силовой цепи в ней создается силовая нагрузка.
Силовая нагрузка присутствует в винтовой передаче 10, 11, цилиндре 19, гайке 18, упорном подшипнике 12, корпусе 1 в зоне установки упорного подшипника 12 и во второй крышке 3. Нагрузка вызывает возникновение в материале корпуса 1 деформации, которая передается тензорезисторам, причем в тензорезисторах 21 и 22 она возникает в соответствии с законом Гука и коэффициентом Пуассона разного знака.
Тензорезисторы преобразуют деформацию в изменение сопротивления.
Соединение пар тензорезисторов 21 и 22 в диагонально противоположные плечи моста приводит при наличии напряжения питания моста к суммированию разбалансировки моста, вызванного изменением сопротивления каждого тензорезистора и появлению на выходе моста напряжения, пропорционального деформации корпуса нагружающего устройства, которое может регистрироваться, например, цифровым вольтметром.
Кольцевая канавка увеличивает деформацию корпуса под тензорезисторами, позволяя получить на выходе моста величину напряжения, достаточную для его точной регистрации.
Реактивный крутящий момент, возникающий при включении привода 13 и вращении шестерен 4, 5, действует на гибкое колесо 7, винт 10, пиноль 11 шпонку 16, крышку 2, жесткое колесо 6, корпус 1 в зоне волновой передачи, а также цилиндр 19.
Изменение направления перемещения пиноли на выдвижение и утапливание осуществляется реверсированием провода.
Для сохранения созданного усилия при отключении электропитания привода винтовая передача выполняется самотормозящейся.
Для проведения теплостатических испытаний нагружающее устройство закрепляется снаружи корпуса испытательного стенда с помощью резьбы 23.
При включении питания электродвигателя 13 пиноль 11 выдвигается внутрь корпуса испытательного стенда и, упираясь в испытуемый объект, создает в нем силовую нагрузку.
Нагрузка замыкается по цепи: корпус испытуемого объекта, пиноль 11, винт 10, цилиндр 19, подшипник 12, крышка 3, корпус 1, жесткое зубчатое колесо 6, крышка 2, корпус испытательного стенда, корпус испытуемого объекта.
По сравнению с прототипом предлагаемое нагружающее устройство имеет следующие технико-экономические преимущества.
Совмещение в одном корпусе нагружающего устройства с датчиком силы и возможность его установки снаружи испытательного стенда с выдвигающейся внутрь стенда пинолью уменьшает размеры стендов различного назначения, в том числе стендов для статических и теплостатических испытаний. В стендах для теплостатических испытаний уменьшается объем зоны с нагреваемым объектом и требуется меньше энергии для реализации высоких температур.