Стенд усталостных испытаний
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ Г1РИ ГКНТ. СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4653795/28 (22) 20.02.89 (46) 30.08,92. Бюл. N 32 (71) Центральный научно-исследовательский институт материаловедения и Челябинский государственный технический университет (72) П.Г.Виницкий, В,В.Воробей и И.Г.Мишин (56) Авторское свидетельство СССР N 1454516, кл. В 06 В 1/16, 1987. (54) СТЕНД УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ (57) Изобретение относится к области вибрационной техники и может быть использовано в устройствах для возбуждения колебаний, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения как постоянной амплитуды, так и плавной независимой регулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки, Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в устройствах для возбуждения колебаний. Наиболее близким к предлагаемому является стенд с инерционным нагружателем, содержащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически связанных между собой планетарных рядов с неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилом и связанных с соответствующими ступенями, приводы и механизм регулирования. Недостатками этого устройства является невозможность целенаправленного регу,,5U,, 1758486 А1 расширения диапазона регулирования продолжительности периода блока программ и обеспечения реализации программ с фиксированным числом циклов нагружения в блоках, а также обеспечения плавного непрерывного изменения амплитуд динамической нагрузки по заданному закону. Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащим планетарные ряды с неуравновешенными сателлитами, центральные зубчатые колеса каждого ряда выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, которые связаны между собой червячной передачей, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружателя кинематически связаны между собой посредством соответствующего планетарного ряда. передаточные отношения от привода к неуравновешенным сателлитам каждого ряда равны, а механизм регулирования выполнен в виде системы шарниров Гука. 2 з.п. ф-лы, 5 ил, лирования без переборки системы макси- - (Я мальной и минимальной амплитуд нагруже- 0) ния в блоке программ; невозможность изменения формы блоков программы, невозможность имитации нормального закона распределения амплитуд нагружения; ограничение диапазона регулирования продолжительностью периода блока программы минимальными и максимальными оборотами привода механизма регулирования. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечения как постоянной амплитуды, так и плавной независимой регулировки зеличин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки: расширение 1758486 диапазона регулирования продолжительно- теля имеет свой механизм регулирования сти периода блока программы и обеспече- относительного углового положения неуние плавного изменения амплитуды равновешенныхсателлитов. На ведущем ванагрузки. лу 15 низкочастотной ступени нагружателя, Поставленная цель достигается тем, что 5 имеющем привод от двигателя 10, жестко на стенде усталостных испытаний, содержа- закреплено центральное колесо 17 первого щем раму, установленный на ней инерцион- планетарного ряда с установленным на нем ный нагружатель, включающий зубчатую с возможностью вращения дополнительпередачу, выполненную в виде четырех по- ным зубчатым венцом 18 с тем же числом парно кинематически связанных между со- 10 зубьев и посажено на подшипника: с возбой планетарных рядов с можностью вращения центральное колесо неуравновешенными сателлитами. образу- 19 второго планетарного ряда с установленющих две независимые ступени с общим ным на нем с возможностью вращения доводилом и связанных с соответствующими . полнительным зубчатым венцом 20 с тем же ступенями приводов и механизмов регули- 15 числомзубьев. Центральные колеса 17,19 и, рования, центральныезубчатые колеса каж- связанные с ними червячными зацеплениядого ряда выполнены двухвенцовыми с ми21,дополнительныезубчатыевенцы18и одинаковым числом зубьев в каждом венце, 20 находятся в зацеплении с неуравновестенд снабжен червячными передачами, ус- шенными сателлитами 22, 23, симметрично тановленными каждая на центральном ко- 20 установленными по окружности и свободно лесе соответствующего планетарного ряда вращающимися на осях, установленных в и связывающими венцы двухвенцовых ко- водиле 14. предназначенном для связи челес соответствующих рядов, каждый из вен- реэ преобразователь 8 с испытуемым издецов которых предназначен для зацепления лием 9. Все неуравновешенные сателлиты с половиной неуравновешенныхсателлитов 25 22 и 23 имеют одинаковые дебалансы 24. соответствующего ряда при их симметрич- Половина неуравновешенных сателлитов 22 . H0M расположении по окружности: цент- и23каждогопланетарногорядасимметричральнb е двухвенцовые колеса каждой но находится в зацеплении соответственно ступени нагружателя кинематически свяэа- с центральными колесами 17 и 19 (фиг.2), а ны между собой посредством соответствую- 30 вторая половина — с дополнительными венщего планетарного ряда, а передаточные . цами 18 и 20(фиг.3). Центральные колеса 17 отношения от привода к неуравновешен- и 19 кинематически связаны между собой ныл сателлитам каждого ряда равны; меха- планетарным рядом механизма рассогласонизм регулирования выполнен в виде вания, включающим шестерню 25, выполсистемы шарниров Гука. 35 ненную в блоке с колесом 19, входящую в На фиг,1 представлен общий вид стенда зацепление с блоком сателлитов 26 — 27, враусталостных испытаний; на фиг.2 — кинема- щающихся на осях, симметрично располоти еска; на фиг.3 — разрезы женных на водиле 28, жестко посаженном А-А и Б — Б на фиг.2; на фиг.4-динамическая на валу 15, и находящихся в зацеплении с расчетная схема нагружателя; на фиг,5 — 40 блок-шестерней 29 — 30, получающей через блоки программ испытаний. коническую передачу 30-31, систему шарСтенд усталостных испытаний (фиг,1) ниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 вращесодержит раму 1, установленный на ней ние от двигателя 5. Зубчатый редуктор 4 инерционный нагружатель 2 с двумя меха- включает две червячные 32-33, 34-35 и низмами регулирования, каждый иэ кото- 45 одну цилиндрическую36-37зубчатые пары. рых включает систему шарниров Гука 3, На ведущем валу высокочастотной стуэубчатый редуктор 4 и электродвигатель 5. пени 13 нагружателя, имеющем привод от червячный редуктор 6, соединенный торси- двигателя 11, жестко закреплено зубчатое оном с преобразователем 8. электродвига- колесо38,.находящееся взацеплениис центель червячного редуктора 7, испытуемое 50 тральным колесом 39 первого планетарного изделие 9 и электродвигатели 10, 11 инер- ряда, с установленным на нем с возможноционного нагружателя. стью вращения дополнительным зубчатым Инерционный нагружатель содержит венцом 40 с тем же числом зубьев и свободкорпус и установленные в нем четыре кине- но вращающимся на оси водила 14. Центматически связанные между собой плане- 55 ральное колесо 41 второго планетарного тарные ряда с неуравновешенными ряда с установленным на нем с возможносателлитами.образующие две;независимые стью вращения дополнительным зубчатым ступени нагружателя — низкочастотную 12 венцом 42 с тем же числом зубьев так же (фиг.2) и высокочастотную 13 (фиг.2) с об- свободнонаподшипникахвращается наоси щим водилом 14. Каждая ступень нагружа- водила. Центральные колеса 39. 41 и связан1758486 25 2 2 55 ные с ними червячными зацеплениями 43 дополнительные зубчатые венцы 40 и 42 находятся в зацеплении с неуравновешенными сателлитами 44 и 45, симметрично установленными по окружности и свободно вращающимися на осях, установленных в водиле 14. Все неуравновешенные сателлиты 44 и 45 имеют одинаковые дебалансы 46. Половина неуравновешенных сателлитов 44 и 45 каждого планетарного ряда симметрично находится в зацеплении соответственно с центральными колесами 39 и 41, вторая половина — с зубчатыми венцами 40 и 42 аналогично фиг.3. Центральные колеса 39 и 41 кинематически связаны между собой планетарным рядом механизма рассогласования, включающим блок-шестерн о 47-48 один венец которой 47 входит в зацепление с центральным колесом 42, а второй венец 48 зацепляется с блоком сателлитов 49 — 50, вращающихся на осях, симметрично установленных на колесе 38. и входящих в зацепление с блок-шестерней 51 — 52 ° получающей вращение через коническую передачу 52 — 53, систему шарниров Гука 3 и зубчатый редуктор 4 от двигателя 5, Испытуемое изделие через преобразователь 8, двуплечий рычаг 53. жестко закрепленный на водиле 14, шатуны 54, упругий вал-торсион 55, червячную пару 56— 57 и два зубчатых зацепления 58 — 59. 60 — 61 нагружается двигателем 7. Числа зубьев центральных колес и неуравновешенных сателлитов каждой ступени нагружателя могут быть выбраны из соотношения ц Zc Zw Zc (пл К вЂ” число циклов нагружения в блоке программы эа период изменения амплитуды динамического момента нагружения между ее минимальными значениями; Zö, 2 . (1) (1 числа зубьев центрального колеса и неуравновешенных сателлитов перво о ряда рассматриваемой ступени нагружения; Zq, (2) Zc() — числа зубьев центрального колеса и (2) неуравновешенных сателлитов второго ряда рассматриваемой ступени нагружателя; пл — передаточное отношение планетарного ряда, связывающего оба центральных колеса рассматриваемой ступени нагружателя. Стенд усталостных испытаний работает следующим образом, Инерционный нагружатель 2 создает на водиле 14 знакопеременный нагружающий момент (см. ниже). При подсоединении испытуемого изделия 9 непосредственно к водилу 14 реализуются испытания на кручение. При подсоединении испытуемого изделия к водилу нагружателя через преобразователь 8, как показано на фиг,1, реализуются испытания на растяжениесжатие. Червячный редуктор 6 создает через торсион 55, двуплечие рычаги 53 и шатуны постоянное усилие на испытуемом изделии Работа обоих ступеней нагружателя аналогична, поэтому рассмотрим работу одной, например, низкочастотной ступени 12. Режим моногармонического нагружения обеспечивается при неработающем механизме регулирования. Ротор двигателя 10 приводит во вращение через вал 15 центральное колесо 17 с дополнительным венцом 18 и водило 28 механизма рассогласования, которое через блок сателлитов 26 — 27, обкатывающихся по неподвижному колесу 29, обеспечивает вращение центральной блок-шестерни 25 — 19 с дополнительным венцом 20. Вращение центральных колес вызывает вращение находящихся с ними в зацеплении неуравновешенных сателлитов 22 и 23 с равными угловыми скоростями м, чем обеспечивается создание на их осях постоянной по величине суммарной силы инерции (фиг.4). Рин= (п122е22) ф123е23) + 2m22822m23823cos j7 2 плечо приложение которой H = Leos p = =Leos са при неработающем приводе регулирования изменяется по косинусоидальному закону, p = сж; t — текущее время; пч22, е22, е23, е23 — соответственно массы и эксцентриситеты неуравновешенных сателлитов 22 и 23; P — угол разворота неуравновешенных сателлитов 22 первого ряда относительно сателлитов 23 второго ряда— задается механизмом регулирования. Таким образом, рассматриваемая ступень нагружения создает на оси водила 14 знакопеременный динамический момент нагружения, При необходимости изменения амплитуды динамического момента нагружения включается двигатель 5, который через зубчатый редуктор 4. систему шарниров Гука 3, коническую передачу 31-30 и планетарный механизм рассогласования 29-26-27-25 создает дополнительное вращение колеса 19 с венцом 20, что обеспечивает изменение величины угла Р, т.е. изменение динамического момента нагружателя. После достих<ения заданного значения амплитуды 1758486 динамического момента нагружателя двигатель 5 отключается. Блок-программное нагружение реализуется при постоянном вращении приводных двигателей 5 и 10. При равенстве передаточных отношений от приводных двигателей 10 к неуравновешенным сателлитам 22 и 23 постоянное вращение двигателя 5 через зубчатый редуктор 4, систему шарниров Гука 3, коническое зацепление 30-31 и планетарный ряд механизма рассогласования вызывает изменение угловой скорости неуравновешенн ых сателлитов 23 относительно неуравновешенных сателлитов 22 и их относительный непрерывный разворот, чем реализуется блок-программное нагружение, при котором амплитуда динамического момента нагружения M в случае et= 0 плавно непрерывно периодически изменяется по закону "биений" (фиг.5); М = Acos u zzt + Bcos и 23t от минимального М и л = А — В до максимального Мп х = А+В значений; А и  — соответственно амплитуды динамических моментов, создаваемых неуравновешенными сателлитами 22 и 23 (фиг.4): А = Рин А = Lm22822 Nzz В=Рин ь|- = =Lm23e23 > 23 11ри А = В имеем Mmin = А — В = О, т.е, суммарный динамический момент нагружения изменяется от нуля до максимального значения (фиг.5а). В случае установки соответствующего угла G в системе шарниров Гука реализуется изменение амплитуды динамического момента нагружения, имитирующее нормальный закон распределения с заданным стандартом процесса. Продолжительность периода "биений" и число циклов нагружения в нем регулируются оборотами двигателей 5 и 10, Следует отметить, что диапазон регулирования продолжительности "биений" при этом ограничивается минимально устойчивыми и максимально достижимыми оборотами двигателя 5, При необходимости исключения из блока программы нагружения амплитуд динамического момента ниже. требуемого значения (фиг,5б), т.е, при необходимости регулирования минимальной амплитудой блока нагружения в одном из планетарных рядов с неуравновешенными сателлитами, например, втором при остановленном стенде с помощью червячной передачи 21 разворачивают через дополнительный зубчатый венец 20 (фиг.3) находящиеся с ним в зацеплении неуравновешенные сателлиты отно-. сительно неуравновешенных сателлитов, находящихся в зацеплении с центральным колесом 19, уменьшая тем самым амплитуду гармоники динамического момента В, создаваемого рассматриваемым рядом, При этом амплитуда (минимальная) суммарного 5 динамического момента нагружения рассматриваемой ступени нагружателя Mmin=A-В определится углом относительного разворота центральных. колес 19 и 20 и находящихся с ними в зацеплении групп 10 неуравновешенных сателлитов 23. Обеспечив требуемую величину минимальной амплитуды. динамического момента нагружения, фиксируют относительное положение центральных колес 19 и 20 путем 15 выбора зазоров в червячном зацеплении 21. При необходимости изменения величины максимального значения амплитуды суммарного динамического момента рассматриваемой ступени нагружателя, 20 разворачивая червячными передачами 21 дополнительные зубчатые венцы 18 и 20 относительно соответствующих центральных колес 17 и 19 на равнь е углы, обеспечивают требуемый разворот групп соответствую25 щих неуравновешенных сателлитов, что реализует изменение на равные величины амплитуды гармоник А и В обоих рядов и необходимое изменение максимального значения амплитуды суммарного динамиче30 ского момента нагружателя, При необходимости одновременного регулирования величин максимальной и минимальной амплитуд динамического момента нагружения разворот центральных колес 35 и дополнительных венцов осуществляется соответственно на требуемые величины углов, Аналогично работает и высокочастотная ступень нагружателя, кинематика кото40 рой обеспечивает более высокие частоты нагружения. Отличие заключается в том, что привод центральных колес 39 и 42 от двигателя 11 осуществляется через шестерни 38 и 47. 45 При выборе чисел зубьев центральных колес и неуравновешенных сателлитов согласно выражению (1) при неподвижном колесе 29, т.е, при неработающем приводе механизма регулирования, реализуется 50 блок-программное нагружение с фиксированным числом циклов нагружения в блоке программы (фиг,5), при котором амплитуда динамического момента нагружения изменяется по закону "биений" с возможностью 55 целенаправленного регулирования максимальной и минимальной..амплитуд в блоке. Вращение привода 5 механизма регулирования обеспечивает уменьшение разности угловых скоростей вращения неуравновешенных сателлитов, т.е. увели10 1758486 7 б чение продолжительности периода "биений". При вращении привода 5 со скоростью, обеспечивающей равенство угловых скоростей вращения неуравновешенных сателлитов 22 и 23, амплитуда динамического 5 момента рассматриваемой ступени нагружателя неизменна, т.е. продолжительность периода блока программы равна бесконечности. Таким образом, при выборе чисел зубь- 10 ев центральных колес и неуравновешенных . сателлитов согласно выражению (1) реализуется практически любой диапазон изменения продолжительности периода блока программы нагружения, вплоть до периода 15 равного бесконечности. Изменением угла а системы шарниров Гука при работе привода 5 реализуется требуемый характер. изменения амплитуды динамического момента нагружения. 20 Совместная работа обеих ступеней нагружателя реализует полигармоническое блок-программное нагружение.. Формула изобретения 1. Стенд усталостных испытаний, содер- 25 жащий раму, установленный на ней инерционный нагружатель, включающий зубчатую передачу, выполненную в виде четырех попарно кинематически связанных между собой планетарных рядов с 30 неуравновешенными сателлитами, образующих две независимые ступени с общим водилам и связанных с соответствующими ступенями, приводы и механизм регулирования,отличающийся тем,что,сцелью 35 расширения функциональных возможностей путем обеспечения как постоянной амплитуды, так и плавной неэависимой регулировки величин минимальной и максимальной амплитуд динамической нагрузки, центральные зубчатые колеса каждого ряда выполнены двухвенцовыми с одинаковым числом зубьев в каждом венце, стенд снабжен червячными передачами, установленными каждая на центральном колесе соответствующего планетарного ряда и связывающими двухвенцовые колеса соответ-— ствующих рядов, каждый из венцов которых предназначен для зацепления с половиной неуравновешенных сателлитов соответствующего ряда в момент их симметричного расположения по окружности. 2. Стенд по и 1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования продолжительности периода блока программ и обеспечения реализации программ с фиксированным числом циклов нагружения в блоках, центральные двухвенцовые колеса каждой ступени нагружателя кинематически связаны между собой посредством соответствующего планетарного ряда, а передаточные отношения от привода к неуравновешенным сателлитам каждого ряда равны. 3. Стенд по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения плавного непрерывного изменения амплитуд динамической нагрузки, механизм регулирования выполнен в виде системы шарниров Гука, 1758486 1758486 1758486 Составитель П.Виницкии Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева Редактор M.Öèòêèíà Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 Заказ 2993 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
