Устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 M 5/00

"f0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;Ю ,C)

Н, (21) 4746890/28 (22) 06.10,89 (46) 15.04.92, Бюл, N. 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) В.Л.Олейник и М.В,Думчус (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 635401, кл. G 01 М 5/00, 1978.

Технический отчет N 4-14-74, ВНИТИ, УДК 625,2.012,8:539,4(047.1), 1974.

Патент Франции ¹ 2609803, кл. G 01 М 13/00, 1989.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении при определении продольной и поперечной жесткостей пружин рессорного подвешивания транспортных средств и локомотивов при различных вариантах опирания их торцов.

Известны устройства, содержащие основание с жестко установленными на нем направляющими и смонтированную с возможностью осевого перемещения по ним верхнюю опору, снабженную фиксаторами, Для расширения диапазона измеряемых характеристик устройство снабжено расположенной между верхней опорой и основанием промежуточной опорой, связанной с водилами, взаимодействующими с силовыми проводами.

В этих устройствах испытуемую пружину для определения осевой и поперечной жесткостей нагружают соответствующими

„, Я2„„1727012 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ЖЕСТКОСТИ ВИНТОВЫХ

ПРУЖИН СЖАТИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель и зобретения — повышение точности и расширение эксплуатационных возможностей — достигается за счет установки шарниров, связывающих опоры с концами направляющих.

Одна из опор, подвижная в продольном направлении, установлена с возможностью поперечного смещения. Для исключения влияния на пружину изгибающего момента линия центров шарниров неподвижной опоры находится на одном уровне с поверхностью торца пружины, 4 ил. силами, Под действием поперечной силы пружина отклонится от вертикали на некоторый угол р, а ее торец получит поперечную деформацию Л При этом пружина дополнительно удлинится на величину Н, которую можно вычислить по формуле дН—

sin (arctg +)

Л где Н вЂ” высота пружины, Дополнительное удлинение пружины значительно снизит точность измерения ее жесткостных характеристик. Так;например для пружины с диаметром прутка 42 мм и высотой 582 мм дополнительное осевое удлинение составит около 12%, рабочего удлинения 720 мм при поперечном смещении ее торцов друг относительно друга на 120 мм.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, .1727012 содержащее основание с жестко установленными на нем направляющими, две опоры, связанные с соответствующими приводами и предназначенные для закрепления на них испытуемой пружины. Одна из 5 опор имеет возможность осевого смещения, вторая опора установлена на шарнирах, опирается на основание через силоизмеритель и имеет возможность поперечного смещения, 10

Однако вышеуказанное устройство имеет низкую точность измерения из-за того, что пружина Во время испытания получает паразитные деформации растяжения и изгиба. Происходит это по следующим при- 15 чинам. При поперечном нагружении, как было показано выше, пружина получит дополнительную деформацию удлинения д Н= Л sin p, которая нагрузит пружину дополнительно осевой силой 20

I )

sin (arctg R)

25 где С вЂ” жесткость пружины, Ввиду конструктивных особенностей устройства линия действия поперечной силы эксцентрична по отношению к торцу исследуемой пружины, что приводит к воз- 30 никновению дополнительного (паразитного) момента, изгибающего пружину

Мизг = O ° !, 35 где M+3f изгибающий момент;

Q — поперечная сила; ! — расстояние от торца пружины до оси силового привода.

Цель изобретения — повышение точно- 40 сти измерения устройства и расширение его функциональных возможностей, Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия, содер- 45 жащее основание с размещенными на нем параллельно друг другу направляющими, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, связанные с соответствующими концами направляющих через две 50 пары шарниров, причем линия центров одной пары шарниров находится на одном уровне с поверхностью неподвижной опоры, силовой привод, шток которого связан с подвижной опорой, датчики силы и датчики 55 перемещений жестко закрепленными на кронштейнах основания и предназначенными для измерения относительных угловых и линейных смещений торцов испытуемой пружины, Известно техническое решение, предназначенное для измерения, главным образом, наклона оконечных частей пружин, содержащее две расположенные на некотором расстоянии одна от другой стендовые опоры, каждая из которых установлена на универсальном шарнире, при этом на осях шаровых шарниров расположены датчики угла поворота, измеряющие величину наклона соответствующей опоры. По величинам измерений ЭВМ рассчитывает наклон торцов пружины при наличии или отсутствии ее нагружения, Однако указанное техническое решение не позволяет измерять параметры жесткости пружин.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 — конструкция подвижной опоры, представляющая собой сферический (универсальный) шарнир; на фиг. 3 — неподвижная опора, предусматривающая жесткое крепление торца пружины; на фиг, 4 — расчетная схема, позволяющая оценить погрешность осевого нагружения пружины при определении ее поперечной жесткости с помощью предлагаемого устройства.

Устройство состоит из основания 1 с установленными на нем направляющими 2, двух опор 3 и 4, между которыми размещена испытуемая пружина 5. Устройство снабжено двумя шарнирами 6, связывающими одни концы стоек 2 с основанием 1, а другие их концы связаны через два других шарнира с опорой 3, образуя четырехзвенник, имеющий возможность поперечного перемещения, Через центр плиты 3 проходит шток 7, Гайка 8 предназначена для фиксирования осевой нагрузки Р, На штоке 7 и на опоре 4, опирающейся на основание 1 через силоизмеритель 9 (контролирует осевую силу P), закреплены болтами соответственно опоры

10 и 11 для установки на них испытуемой пружины 5, Опора 11 может быть выполнена в виде сферического шарнира (фиг. 2). Опорная поверхность неподвижной опоры 10 находится на одном уровне с линией центров одной пары подшипников 6, Угловые и линейные перемещения торцов пружины 5 измеряются датчиками 12 и 13, закрепленными при помощи кронштейнов

14 на основании 1, по направлению осей универсального шарнира опоры 11. Сигналы датчиков 12 и 13 регистрируются при помощи соответствующей тензометрической аппаратуры, которая может подключаться к ЭВМ, По величинам измерений рассчитывают непараллельность торцов пружины и откло1727012 нение ее оси от перпендикулярности к торцам.

Устройство работает в трех режимах: нагружение исследуемой пружины в осевом направлении, onределяется осевая жест- 5 кость; нагружение пружины осевой и поперечной силами при различных вариантах закрепления ее торцов, определяется поперечная жесткость в зависимости от изменения величины осевой силы и способов 10 закрепления торцов пружины; измерение величины неперпендикулярности торцов пружины и величины отклонения от перпендикулярности ее оси к торцам.

В первом режиме устройство работает 15 следующим образом. На опорах 3 и 4 устройства жестко закрепляется пружина 5.

П ри включении привода осевого нагружения шток 7 перемещает опору 10 и нагружает пружину в осевом направлении, 20

Осевая жесткость определяется по показателям силоизмерителя 9 и по величине осевой деформации пружины 5.

Во втором режиме работы устройства после включения привода осевого нагруже- 25 ния по показаниям силоизмерителя 9 устанавливают нужную для испытаний величину осевой силы. После включения привода поперечного нагружения, связанного с направляющими 2, последние наклоняются на 30 некоторый угол а, а торец пружины 5 получит сдвиг Л на величину

ЛНст tgQ

35 где Нст — высота направляющих, а — угол наклона стоек, Развиваемую приводом силу Q определяют по силоизмерителю, входящему в комплект привода, При наклоне пружины 5 ее 40 осевая жесткость несколько уменьшится, что в свою очередь приведет к уменьшению осевой нагрузки на пружину 5 при неизменной ее осевой деформации. Силоизмеритель 9 зафиксирует падение нагрузки, 45 после чего включением силового привода для осевого нагружения пружины 5, догружают ее до требуемой программой испытания величины и фиксируют ее гайкой 8.

Поперечную жесткость пружины находят по 50 формуле

Ca =, Q

Ca — поперечная жесткость;

Q — поперечная сила;

Л вЂ” поперечное перемещение торцов пружины.

При наклоне стоек 2 на угол а. точка Во переместится по дуге радиуса Hcт (высота направляющих) и займет новое положение в точке В, ток 7 опустится вниз и сожмет пружину 5 на величину ЛНпр = -ВВ

Угол а можно вычислить по формуле

tg а = . Из фиг. 4 видно, что ВВ = АВ

Л

cr

АВ,, где АВ = .. Очевидно, что ЛНпр =Л

sin а

= -ВВ = -В В cos а.

При наклоне стоек на угол а пружина 5 наклонится на угол

tg а —

Нпр — Л Нпр где Нпр — высота предварительно сжатой пружины при вертикальном положении стоек.

В результате наклона пружина 5 удлиняется на величину С С =Л Нпр = ОС вЂ” ОС, rye ОС = Нпр — Л Нпр ОС в Л

sin и

Вертикальная составляющая удлинения

СС" пружины 5 равна С1С = С С cos а, Суммарная паразитная деформация пружины 5 равна Л Нпр = Л Нпр +. Л Нпр, При высоте сжатой пружины 5

Нпр = 600 мм, высоте стоек Hc = 700 мм и максимальном угле их наклона около 8 (А =120 мм) паразитное максимальное удлинение. пружины 5 составляет примерно

1,25 4 от рабочей деформации 130 MM, В третьем режиме устройство испол ьзуется для определения технологических погрешностей формы пружины 5, Для этого пружину 5 без зазора устанавливают на опоры 10 и 11, одна из которых, например верхняя — шарнирная, а нижняя — жесткая (неподвижная). Если испытуемая пружина 5 изготовлена с геометрическими отклонениями формы, то торец верхней опоры 11 получит линейные и угловые перемещения, о величине которых можно судить по показаниям тензометрической аппаратуры, например, тенэометрического измерителя деформаций ИДЦ-1 (не показано), к которому подключаются датчики 12 и 13.

Предлагаемое устройство имеет по сравнению с прототипом расширенные функциональные возможности: оно позволяетдля свободной и нагруженной пружины измерять непараллельность торцов, отклонение оси пружины от перпендикулярности к торцам, исследовать их влияние на поперечную жесткость. Вышеуказанные измерения нельзя выполнять при помощи и рототи па.

1727012

Формула изобретения

Устройство для определения параметров жесткости винтовых пружин сжатия, содержащее основание, размещенные на нем параллельно друг другу направляющие, неподвижную и подвижную в продольном направлении опоры, связанные с соответствующими концами направляющих, силовой привод, шток которого связан с подвижной опорой, датчики силы и датчики перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения эксплуатационных возможностей, опоры шарнир5 но связаны с концами направляющих, линия центров шарниров неподвижной опоры совмещена с ее опорной поверхностью, а подвижная в продольном направлении опора установлена с возможностью поперечного

10 смещения.

1727012

1727012

Фыг 4

Составитель B.Îëeéíèê

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Ревская

Редактор M.Òîâòèí

Заказ 1273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101