RU105453U1 - INSTALLATION FOR TESTING SPRINGS FOR FATIGUE - Google Patents

Abstract

1. Установка для испытания пружин на усталость, содержащая основание, установленные на нем привод (механизм) перемещений, связанные с приводом и основанием держатели для пружин, отличающаяся тем, что в установке привод выполнен в виде вала, на котором расположены эксцентричные диски с держателями образцов, каждый из которых по противоположным сторонам связан с соответствующим местом на основании с возможностью поворота на некоторый угол, при этом диски расположены таким образом, что для сжатия пружины используется сила распрямления других пружин, причем на протяжении цикла испытаний в соответствии с программой периодически выполняется контроль сил, деформаций, мощности привода. ! 2. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что содержит количество мест для испытаний не менее четырех. ! 3. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, выполненный в виде пневмо или гидравлического привода. ! 4. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня мощности. ! 5. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрено использование вручную или автоматически управляемого редуктора для подготовительных операций установки пружин. 1. Installation for testing the springs for fatigue, comprising a base, displacements mounted on it a drive (mechanism), spring holders connected to the drive and the base, characterized in that in the installation the drive is made in the form of a shaft on which eccentric disks with sample holders are located , each of which on opposite sides is connected to a corresponding place on the base with the possibility of rotation at a certain angle, while the disks are arranged in such a way that a spring force is used to compress the spring x springs, wherein during the test cycle in accordance with the program control is performed periodically forces, deformations, driving power. ! 2. Installation for testing according to claim 1, characterized in that it contains the number of places for testing at least four. ! 3. Installation for testing according to claim 1, characterized in that for the periodic monitoring of forces, a mechanism for supplying a force sensor is provided, made in the form of a pneumatic or hydraulic drive. ! 4. Installation for testing according to claim 1, characterized in that it provides for stopping tests when a certain power level is exceeded. ! 5. Installation for testing according to claim 1, characterized in that it provides for the use of a manually or automatically controlled gearbox for preparatory operations for the installation of springs.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность упругих элементов и в частности пружин.The utility model relates to testing equipment, to testing the strength of elastic elements and in particular springs.

Учитывая условия работы пружин, их подвергают динамическим испытаниям. При этом получают ее усталостные характеристики, чем также контролируется продукция. Выполняют этот процесс чаще всего в режиме заданной величины деформации пружины. Механизмы для деформации используются различных видов. При испытаниях на усталость пружин сжатия, например, для возвратно-поступательного движения используются механизмы кривошипно-кулисного, кривошипно-шатунного, кривошипно-эксцентрикового типа.Given the operating conditions of the springs, they are subjected to dynamic tests. At the same time, its fatigue characteristics are obtained, which also controls the products. This process is most often performed in the mode of a given value of spring deformation. Mechanisms for deformation are used in various forms. In fatigue tests of compression springs, for example, for reciprocating motion, crank-link, crank, crank and eccentric mechanisms are used.

Известно устройство для испытания пружин на усталость, которое предназначено для прочностных испытаний пружин небольшого размера на высокой частоте процесса сжатия-растяжения (пат. US №3733895, G01N 3/26, от 1.09.1970). Здесь для исключения разбалансировки кривошипного вала с эксцентричными дисками считают моменты масс. На этой основе вводом дополнительных масс исключают разбалансировку и его вибрации при высоких скоростях. Конструкция устройства получается достаточно сложной.A device is known for testing springs for fatigue, which is intended for strength testing of small springs at a high frequency of the compression-tension process (US Pat. US No. 3733895, G01N 3/26, from 1.09.1970). Here, to eliminate the imbalance of the crank shaft with eccentric discs, the mass moments are considered. On this basis, the introduction of additional masses eliminates unbalance and its vibration at high speeds. The design of the device is quite complicated.

Известен стенд для испытания упругих элементов на усталость, содержащий основание с направляющей, две опоры для закрепления одного из концов соответствующих упругих элементов (в данном случае амортизаторов), размещенный в направляющей ползун с подвижными опорами для крепления вторых концов соответствующих упругих элементов, и привод перемещения ползуна, включающий кривошипный механизм, палец которого связан с ползуном (Авт. свид. СССР №1401328, G01M 17/04, от 25.02.1986). Снижение динамических нагрузок достигается их испытанием в противофазе. Недостатком известного стенда является большая энергоемкость используемого привода и необходимость определенной доработки для испытаний пружин.A known bench for testing elastic elements for fatigue, containing a base with a guide, two supports for fixing one of the ends of the corresponding elastic elements (in this case, shock absorbers), a slider with movable supports placed in the guide for fastening the second ends of the corresponding elastic elements, and a drive for moving the slide including a crank mechanism, the finger of which is connected with a slider (Auth. certificate. USSR No. 1401328, G01M 17/04, dated 02.25.1986). Reducing dynamic loads is achieved by testing them in antiphase. A disadvantage of the known stand is the high energy intensity of the drive used and the need for some refinement for testing the springs.

Известна установка для испытания образцов на усталость (А.с. №1504560, G01N 3/32, от 20.01.1988). Установка содержит основание, установленные на нем эксцентриковый привод возвратно-поступательного перемещения, захваты для образца, связанные с шатуном привода, инерционные грузы, предназначенные для взаимодействия с захватами. Недостаток установки состоит в том, что она требует энергоемкого привода.A known installation for testing samples for fatigue (A.S. No. 1504560, G01N 3/32, from 01.20.1988). The installation contains a base, an eccentric reciprocating drive mounted on it, grippers for the sample connected with the connecting rod of the drive, inertial loads intended for interaction with the grippers. The disadvantage of the installation is that it requires an energy-intensive drive.

Также известна установка для испытания пружин на усталость, содержащая вертикальное основание, привод возвратно-поступательного перемещения рычага, действующего на держатель пружины (пат. US №2350722, G01N 3/34, G01N 3/32, от 06.04.1942 г.). Установка имеет возможность автоматически поддерживать постоянную нагрузку по мере изменения свойств пружины. Однако она предусматривает длительный цикл испытаний только одной пружины. То есть решение имеет также относительно высокую энергоемкость привода. Кроме того, здесь не контролируются другие необходимые параметры испытаний.Also known installation for testing spring fatigue, containing a vertical base, the drive reciprocating movement of the lever acting on the spring holder (US Pat. US No. 2350722, G01N 3/34, G01N 3/32, 04/06/1942). The installation has the ability to automatically maintain a constant load as the properties of the spring change. However, it provides for a long test cycle of only one spring. That is, the solution also has a relatively high energy intensity of the drive. In addition, other required test parameters are not controlled here.

Имеется решение, предусматривающее автоматическое поддержание усилий предварительного поджатия при испытании четырех пружин на соответствующем вертикальном стенде (А.с. №457002, G01M 17/04, от 05.04.1971). Стенд содержит привод с использованием кривошипно-шатунного механизма и регулируемого эксцентрика, направляющие колонны с неподвижной траверсой и станину. На траверсе и станине установлены устройства для автоматического поддержания статических усилий при испытаниях упругих элементов. Решение использует принцип работы в противофазе. Однако имеет непростую конструкцию и недостаточно полное использование противофазного принципа. А поэтому требуется достаточно энергоемкий привод.There is a solution that provides for automatic maintenance of the preload forces when testing four springs on an appropriate vertical stand (AS No. 457002, G01M 17/04, dated 05/04/1971). The stand contains a drive using a crank mechanism and an adjustable eccentric, guide columns with a fixed traverse and a bed. Devices for automatically maintaining static forces during testing of elastic elements are installed on the traverse and bed. The solution uses the principle of working in antiphase. However, it has a complicated structure and insufficient use of the antiphase principle. Therefore, a sufficiently energy-intensive drive is required.

Техническое решение, реализованное в машине мод. К4 фирмы Georg Reicherter (DE), предлагает попарное смещение кривошипов на приводном валу на 180°, что также позволяет испытывать пружины в противофазе ("Испытательная техника", т.2, М., Машиностроение, 1982, стр.126). Однако степень контролируемости параметров испытаний не описана. А сдвиг на указанную величину также оставляет необходимость иметь достаточно энергоемкий привод.Technical solution implemented in the car mod. K4 by Georg Reicherter (DE) offers a 180 ° pairwise shift of the cranks on the drive shaft, which also makes it possible to test springs in antiphase (Testing Technique, Vol. 2, M., Mechanical Engineering, 1982, p. 126). However, the degree of controllability of the test parameters is not described. A shift by the specified value also leaves the need to have a sufficiently energy-intensive drive.

Имеется техническое решение, в котором также используется противофазный привод на испытуемую пару пружин (пат. RU №2336516, G01M 17/04, от 02.05.2007). Здесь в передаточном механизме имеется ползуном (непосредственно воздействующим на пружины), а на оси передаточного механизма закреплено большое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с малым зубчатым колесом, установленным на раме, при этом на малом зубчатом колесе установлен уравновешивающий груз (дебаланс). Этот груз использован, чтобы поглощать накопленную при сжатии пружин энергию, а вес рассчитан из условия равенства моментов, создаваемых на валу кривошипного механизма. Механизм достаточно громоздок.There is a technical solution that also uses an out-of-phase drive for the tested pair of springs (US Pat. RU No. 2336516, G01M 17/04, dated 02.05.2007). Here in the transmission mechanism there is a slider (directly acting on the springs), and on the axis of the transmission mechanism there is a large gear wheel engaged with a small gear wheel mounted on the frame, while a balancing load (unbalance) is installed on the small gear wheel. This load was used to absorb the energy accumulated during compression of the springs, and the weight was calculated from the condition of equal moments created on the shaft of the crank mechanism. The mechanism is quite bulky.

Кроме этого, есть предложение, в котором процесс сжатия растяжения одновременно пары или нескольких пар пружин выполняется в держателе с подвижной средней частью (пат. US №6931941, G01N 3/32, от 2.09.2004). Это решение имеет элементы от предыдущего решения и его недостатки аналогичны. Сведений о контроле самого процесса испытаний не приводится.In addition, there is a proposal in which the process of compressing tension at the same time a pair or several pairs of springs is carried out in a holder with a movable middle part (US Pat. US No. 6931941, G01N 3/32, from 2.09.2004). This solution has elements from the previous solution and its disadvantages are similar. Information on the control of the test process is not given.

Предложена также установка, принятая в качестве наиболее близкого решения, для усталостных испытаний пружин, в которой привод выполнен в виде эксцентрично смещенного вала вращающего диск в подшипнике, на наружной поверхности которого расположено кольцо с выступами для вращающегося узла (рычага) воздействия на пружину (Л.М.Школьник, "Методика усталостных испытаний", М., Металлургия, 1978, стр.227). Сам держатель пружины крепится на корпусе с возможностью поворота, а пружина сжимается узлом при перемещении последнего от привода. Недостатком надо признать неудобства при установке пружины и недостаточность компенсации вращательного момента. Ввиду вышеописанного и возникает необходимость дальнейшего усовершенствования конструкций установок для испытания пружин на усталость.Also proposed is the installation, adopted as the closest solution, for fatigue testing of springs, in which the drive is made in the form of an eccentrically displaced shaft of a rotating disk in a bearing, on the outer surface of which there is a ring with protrusions for a rotating unit (lever) of action on the spring (L. M. Shkolnik, "Methodology of Fatigue Testing," M., Metallurgy, 1978, p. 227). The spring holder itself is mounted on the housing with the possibility of rotation, and the spring is compressed by the node when moving the latter from the drive. The disadvantage is the inconvenience of installing the spring and the lack of torque compensation. In view of the above, there is a need for further improvement of the design of installations for testing spring fatigue.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание экономичной установки по испытаниям упругих элементов и в частности пружин на усталость путем понижения (уменьшения) энергоемкости привода и контроля ряда параметров.The problem solved by the claimed utility model is the creation of an economical installation for testing elastic elements and in particular springs for fatigue by lowering (decreasing) the energy consumption of the drive and controlling a number of parameters.

Решение заключается в том, что в установке привод выполнен в виде вала, на котором расположены эксцентричные диски с держателями образцов, каждый из которых по противоположным сторонам связан с соответствующим местом на основании с возможностью поворота на некоторый угол, при этом диски расположены таким образом, что для сжатия одной из пружин используется сила распрямления других пружин, при чем на протяжении цикла испытаний в соответствии с программой периодически выполняется контроль сил, деформаций, мощности используемого привода.The solution is that in the installation, the drive is made in the form of a shaft on which eccentric disks with sample holders are located, each of which on opposite sides is connected to a corresponding place on the base with the possibility of rotation by a certain angle, while the disks are located in such a way that to compress one of the springs, the rectification force of the other springs is used; moreover, during the test cycle in accordance with the program, forces, deformations, and power of the drive used are periodically monitored.

Кроме того, установка содержит количество мест для испытаний не менее четырех. Кроме того, для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, который выполнен в виде пневмо или гидравлического привода. Кроме того, предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня мощности. Далее предусмотрено использование редуктора для подготовительных операций при установке пружин.In addition, the installation contains at least four test sites. In addition, for periodic monitoring of forces, a mechanism for supplying a force sensor is provided, which is made in the form of a pneumatic or hydraulic drive. In addition, a test stop is provided when a certain power level is exceeded. Further, the use of a gearbox for preparatory operations when installing springs is provided.

Отличие предлагаемого решения от прототипа состоит в том, что применяют, по крайней мере, один дополнительный эксцентриковый привод, при этом приводы расположены на одной оси последовательно друг за другом. Это создает уменьшенный размах моментов сил при повороте вала привода. Это доказывает новизну и существенность отличий предлагаемого решения от прототипа.The difference between the proposed solution and the prototype is that at least one additional eccentric drive is used, while the drives are located on the same axis sequentially one after another. This creates a reduced range of moments of force when turning the drive shaft. This proves the novelty and significance of the differences of the proposed solution from the prototype.

На рисунке представлена схема одного из мест установки для испытания пружин на усталость.The figure shows a diagram of one of the installation sites for testing the springs for fatigue.

Установка содержит основание 1, установленные на нем вал 2 привода перемещений, на котором расположен диск эксцентрика 3, на наружной поверхности которого находится подшипник 4. В свою очередь на подшипнике установлена кольцеобразная обечайка для крепления штока 5 для держателя пружины. Держатель пружины состоит из обоймы 6, на которую сверху установлена поджимная шайба 7. Обойма в свою очередь закреплена подвижно на осях, установленных в подшипниках (не показаны). Предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня потребляемой мощности. Для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, который выполнен в виде пневмо или гидравлического привода. Устройства контроля, используемые в процессе испытаний на фиг.1 не приведены. Вал привода получает вращение от двигателя 8.The installation contains a base 1, a drive drive shaft 2 mounted on it, on which an eccentric disk 3 is located, on the outer surface of which there is a bearing 4. In turn, an annular shell is mounted on the bearing for mounting the rod 5 for the spring holder. The spring holder consists of a cage 6, on which a compression washer 7 is mounted on top. The cage, in turn, is mounted movably on axes mounted in bearings (not shown). It is possible to stop testing if a certain level of power consumption is exceeded. For periodic monitoring of forces, a mechanism for supplying a force sensor is provided, which is made in the form of a pneumatic or hydraulic drive. The control devices used in the test process in figure 1 are not shown. The drive shaft receives rotation from the engine 8.

Количество мест выбиралось из расчетной диаграммы моментов от угла поворота типа приведенных на фиг.2 для 3 и 4 установочных мест. Данная зависимость имеет вид синусоиды типа М(α)=М₀f(sinα.). Как видно, отклонения моментов от некоторой величины в ту или другую стороны для 4 испытуемых пружин на порядок меньше, чем для 3. То есть, три испытательных места не оптимально расходуют запасенную при сжатии энергию пружин. Поэтому в установке в ряд расположено как минимум 4 места.The number of seats was selected from the calculated diagram of moments from the angle of rotation of the type shown in figure 2 for 3 and 4 mounting locations. This dependence has the form of a sinusoid of the type M (α) = M ₀ f (sinα.). As you can see, the deviations of the moments from a certain value in one direction or another for 4 tested springs are an order of magnitude smaller than for 3. That is, three test places do not optimally consume the spring energy stored during compression. Therefore, at least 4 places are located in a row in the installation.

Сдвиг между четырьмя местами составляет 90 градусов. При большем количестве мест для пружин соответственно меняется и эта величина. При этом требуется меньшая мощность привода вращения на испытание пружин. Нагрузка на двигатель сглаживается. Установка работает следующим образом.The shift between the four places is 90 degrees. With more places for the springs, this value also changes accordingly. This requires less power drive rotation to test the springs. The engine load is smoothed. Installation works as follows.

В каждое установочное место устанавливают пружины, так чтобы силы предварительного сжатия были равны, с точность позволяющей это сделать примененными в установке датчиками силы. Предусмотрено также использование редуктора для подготовительных операций при установке пружин. Включают вал привода 2 и через эксцентрик 3 перемещают шток держателя 5. С этого момента совершаются его циклические повороты вокруг его оси. Обойма держателя при этом может поворачиваться в плоскости колебаний штока 5. Так как шток совершает перемещение на заданное расстояние от низшей точки до верхней, то выполняется нагружение пружины. Она периодически сжимается и приходит в исходное состояние. При этом энергия ее запасенная, способствует сжатию следующей пружины. На описанную установку выполнена конструкторская документация и проведено опробование, которое показало ее соответствие заданным техусловиям. Установка при циклическом нагружении образца обеспечивает испытания в более оптимальных условиях и характеризуется экономичностью, компактностью и надежностью.Springs are installed in each installation place, so that the pre-compression forces are equal, with accuracy allowing this to be done by force sensors used in the installation. The use of a gearbox for preparatory operations when installing springs is also provided. The drive shaft 2 is turned on and the stem of the holder 5 is moved through the eccentric 3. From this moment, it rotates around its axis. In this case, the holder clip can rotate in the plane of oscillation of the rod 5. Since the rod moves a predetermined distance from the lowest point to the upper, the spring is loaded. It periodically shrinks and returns to its original state. Moreover, its stored energy contributes to the compression of the next spring. For the described installation, design documentation was performed and testing was carried out, which showed its compliance with the given technical conditions. The installation under cyclic loading of the sample provides testing under more optimal conditions and is characterized by efficiency, compactness and reliability.

Claims (5)

1. Установка для испытания пружин на усталость, содержащая основание, установленные на нем привод (механизм) перемещений, связанные с приводом и основанием держатели для пружин, отличающаяся тем, что в установке привод выполнен в виде вала, на котором расположены эксцентричные диски с держателями образцов, каждый из которых по противоположным сторонам связан с соответствующим местом на основании с возможностью поворота на некоторый угол, при этом диски расположены таким образом, что для сжатия пружины используется сила распрямления других пружин, причем на протяжении цикла испытаний в соответствии с программой периодически выполняется контроль сил, деформаций, мощности привода.1. Installation for testing the springs for fatigue, comprising a base, displacements mounted on it a drive (mechanism), spring holders connected to the drive and the base, characterized in that in the installation the drive is made in the form of a shaft on which eccentric disks with sample holders are located , each of which on opposite sides is connected to a corresponding place on the base with the possibility of rotation at a certain angle, while the disks are arranged in such a way that a spring force is used to compress the spring x springs, wherein during the test cycle in accordance with the program control is performed periodically forces, deformations, driving power. 2. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что содержит количество мест для испытаний не менее четырех.2. Installation for testing according to claim 1, characterized in that it contains the number of places for testing at least four. 3. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что для периодического контроля сил предусмотрен механизм подвода датчика сил, выполненный в виде пневмо или гидравлического привода.3. Installation for testing according to claim 1, characterized in that for the periodic monitoring of forces, a mechanism for supplying a force sensor is provided, made in the form of a pneumatic or hydraulic drive. 4. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен останов испытаний при превышении определенного уровня мощности.4. Installation for testing according to claim 1, characterized in that it provides for stopping tests when a certain power level is exceeded. 5. Установка для испытания по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрено использование вручную или автоматически управляемого редуктора для подготовительных операций установки пружин.

5. Installation for testing according to claim 1, characterized in that the use of a manually or automatically controlled gearbox for preparatory operations for the installation of springs is provided.