ПОДВЕСНОЕ УСТРОЙСТВО КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КРУТИЛЬНОГО МАЯТНИКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к исследованию физико-механических свойств материалов, а именно к колебательным системам крутильных маятников, применяемых для исследования динамических свойств материалов образца или деталей машин, например динамического модуля сдвига, внутреннего трения, накопленных повреждений и др. материала изделий.
Известна колебательная система крутильного маятника для исследования динамических свойств материалов, содержащая подвешенную через подвесное устройство посредством гибкой связи к основанию колебательную систему в вертикальном положении [А.С. №896499 Колебательная система крутильного маятника для исследований динамических свойств материалов. Бюл. №1, 1982 г.].
Недостатком такой конструкции является низкая чувствительность при определении динамических свойств материалов.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является колебательная система крутильного маятника для исследования свойств материалов, содержащая подвесное устройство, двухмассовую колебательную систему и гибкую связь [Козлов И.А. и др. Исследование прочности деталей машин при помощи тензодатчиков сопротивлений. Киев, 1967, с.178, рис.84].
Недостатком такой конструкции является низкая чувствительность при определении динамических свойств материалов крупногабаритных деталей машин.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности контроля исследуемых свойств материала образцов или деталей машин.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое подвесное устройство колебательной системы крутильного маятника для исследования свойств материалов, как и в прототипе, содержит подвешенную к основанию двухмассовую
колебательную систему, находящуюся посредством гибкой связи в вертикальном положении.
В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа гибкая подвеска содержит два и более уровней подвески, соединенных между собой опорным стержнем, при этом на каждом последующем уровне количество гибких связей должно увеличиваться на одну и более, чем на предыдущем.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое подвесное устройство колебательной системы крутильного маятника для исследования свойств материалов отличается наличием нового признака:
- гибкая подвеска содержит два и более уровней подвески, соединенных между собой опорным стержнем, при этом на каждом последующем уровне количество гибких связей должно увеличиваться на одну и более, чем на предыдущем.
При анализе патентной и технической литературы заявитель не обнаружил другого тождественного и эквивалентного заявляемому устройству технического решения и поэтому полагает, что предполагаемая полезная модель соответствует критерию охраноспособности «новизна».
По нашему мнению, неизвестным отличительным признаком заявляемого устройства является то, что гибкая подвеска содержит два и более уровней подвески, при этом на каждом последующем уровне количество гибких связей должно увеличиваться на одну и более, чем на предыдущем. При такой конструкции устройства нагруженность гибких подвесок уменьшается, что приводит к уменьшению влияния вибраций и колебаний опоры на колебательную систему. Все это в совокупности позволяет повысить точность контроля исследуемых свойств материала образцов или деталей машин.
Таким образом, этот признак обеспечивает повышение точности контроля исследуемых свойств материала образцов или деталей машин, что подтверждает соответствие предложенной полезной модели критерию «промышленная применимость».
Конструкция гибкого подвесного устройства колебательной системы крутильного маятника для исследований свойства материала (на примере коленчатого вала двигателя ЯМЗ-240) представлена на рисунке 1, испытания устройства в производственных условиях на рисунке 2.
В заявляемом устройстве рисунок 1, 2, содержащем подвешенную к основанию двухмассовую колебательную систему, находящуюся посредством гибкой связи в вертикальном положении, установлены гибкие подвески второго уровня 1 в количестве 2 шт., уровни подвески соединены между собой опорным стержнем 2. Он выполнен из круглого стального материала марки сталь 45, диаметр 26 мм, длина 800 мм. Гибкая подвеска первого уровня 3 и второго уровня выполнена из капронового шпагата диаметром 8 мм, длиной 400 мм (в прототипе рекомендуется диаметр 0,5...2,0 мм, длиной 2...3 м). К детали, в данном случае к коленчатому валу, прикрепляется механизм для подвеса, который состоит из рым-болта 4, оси подшипника 5, корпуса подшипника 6 и подшипника 7. Кроме этого, устройство имеет дополнительные инерционные массы 9, прикрепленные к крайним коренным шейкам коленчатого вала 10 и датчика 8. Датчик пъезокерамический 8 жестко закреплен к одной из инерционных масс и служит для преобразования механических колебаний в электрические сигналы. Таким образом, предлагаемое устройство подвешено на раме 11, а рама установлена на вибраопорах 12 (рис.2). Количество уровней гибкой связи, количество гибких связей, габаритные размеры, материалы гибких связей и опорного стержня зависят от массы и конструктивных размеров проверяемой детали, а также уровня вибрации, шума, колебаний внешней среды, где проводятся исследования.
Изготовленное подвесное устройство колебательной системы крутильного маятника для исследования свойств материалов коленчатого вала двигателя ЯМЗ-240 проходило испытания в заводских условиях, где производят их ремонт (рис.2).
Устройство работает следующим образом.
Собранную двухмассовую колебательную систему подвешивают с помощью предлагаемого устройства вертикально. Если в плоскости инерционных масс 9 приложить две равные противоположно направленные закручивающие пары сил, а затем их внезапно снять или по одной из масс нанести импульсный удар, или способом, описанным в прототипе, то в данной системе возникнут свободные крутильные колебания. В процессе колебаний инерционные массы все время будут вращаться в противоположных направлениях, это следует из закона сохранения главного момента количества движения. В начальный момент количество движений двух масс относительно вала равно нулю и должно оставаться равным нулю. Равенство нулю главного момента количества движений требует, чтобы обе массы вращались в противоположных направлениях.
Механические колебания системы воспринимаются датчиком 8, находящимся в механическом контакте с инерционной массой 9. Датчик преобразует их в электрические колебания с частотой, равной частоте механической системы. Электрические колебания подаются в регистрирующую часть установки (на рисунках они не показаны). Регистрирующий прибор фиксирует время затухания колебаний или частоту свободных крутильных колебаний или другой показатель. При такой конструкции устройства нагруженность гибких подвесок второго уровня уменьшается приблизительно в два раза, что приводит к уменьшению влияния вибраций и колебаний опоры на колебательную систему, это позволяет повысить точность контроля исследуемых свойств материала образцов или деталей машин. Снимаются показания регистрирующего прибора и делается вывод об исследуемом свойстве материала детали.