Стенд для испытаний материалов с эффектом памяти формы

 

Стенд для испытаний материалов с эффектом памяти формы содержит объект исследования, средства подвода энергии к объекту исследования, измерения параметров объекта исследования, измерения параметров исследования, устройства изменения нагрузки, выполненные в виде вала, установленного с возможностью регулирования момента сопротивлению вращения и кинематически связанного с помощью механической связи с объектом исследования. Средство подвода энергии выполнено в виде источника электрического нагрева силовых элементов и элементов программируемой коммутации. Вал выполнен коленчатым. Механическая связь образована механизмом деформации и механизмом синхронизации. Механизм деформации выполнен в виде двух групп рычагов, в каждой группе - по два рычага параллельных друг другу и жестко соединенных между собой осями, проходящими через середины рычагов, оси перпендикулярны друг другу и установлены в корпусе с возможностью вращения на расстоянии недеформированного силового элемента. Силовые элементы шарнирно закреплены концами на концах рычагов первой и второй групп. Механизм синхронизации выполнен в виде двух кривошипно-шатунных механизмов и двух конических пар. 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению и является стендом для испытаний мартенситных двигателей, в которых для перемещения нагрузки используются тепловые деформации твердых рабочих элементов, обладающих свойством термомеханической памяти формы, и может быть использовано для определения их функциональных характеристик.

Целью изобретения является осуществление испытаний мартенситных двигателей в режиме знакопеременной нагрузки.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого стенда; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 4 схема расположения рычагов обеих групп в положении после первого такта работы; на фиг. 5 то же, после второго такта; на фиг. 6 то же, после третьего такта; на фиг. 7 то же, после четвертого такта.

Стенд для испытаний содержит корпус 1, четыре силовых элемента (СЭ) 2, 3, 4, 5 в качестве объекта исследования, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти формы, средство 6 подвода энергии в виде источника электрического нагрева СЭ 2, 3, 4, 5 и элементов программируемой коммутации, средство 7 измерения параметров объекта исследования, устройство 8 изменения нагрузки, выполненное в виде коленчатого вала 9, установленного с возможностью регулирования момента сопротивления вращению и кинематически связанного с объектом исследования механизмом деформации и механизмом синхронизации. Механизм деформации выполнен в виде двух групп рычагов 10, 11 и 12, 13. В каждой группе по два рычага 10 и 11, 12 и 13 параллельны друг другу и жестко соединены между собой осями 14, 15 соответственно, проходящими через середины рычагов 10 и 11, 12 и 13. Оси 14, 15 перпендикулярны друг другу и установлены в корпусе с возможностью вращения на расстоянии недеформированного СЭ 2, 3, 4, 5 друг от друга. СЭ 2, 3, 4, 5 шарнирно закреплены одним концом на конце рычага из одной группы 10, 11, а вторым концом на конце рычага из второй группы 12, 13. Механизм синхронизации выполнен в виде двух кривошипно-шатунных механизмов и двух конических пар 16, 17 и 18, 19. Кривошипами 20, 21 являются два колена вала 9, расположенные под углом 90^о друг к другу. Шатуны 22 и 23 шарнирно связаны одним концом с кривошипами 20 и 21 соответственно, а другим концом с первыми из зубчатых колес 16 и 18 соответственно конических пар, закрепленных с возможностью вращения в корпусе 1. Вторые зубчатые колеса 17 и 19 конических пар жестко закреплены на соответствующей оси 14, 15 каждой из групп рычагов 10, 11 и 12,1 3.

Испытания на стенде проводятся следующим образом. Воздействием на объект исследования при помощи средства 6 подвода энергии и устройства изменения нагрузки 8 экспериментально моделируют режим функционирования СЭ 2, 3, 4, 5 в качестве рабочего тела мартенситного двигателя. Термодеформационные и силовые характеристики СЭ 2, 3, 4, 5 снимают со средства 7 измерения параметров и устройства 8 изменения нагрузки. Имитируемый цикл работы СЭ 2, 3, 4, 5 в мартенситном двигателе можно разбить на четыре поочередно повторяющиеся такта. За исходное положение примем, например, положение рычагов 10, 11, 12, 13, изображенное на фиг. 4.

В первом такте обесточивают СЭ 2, 4 которые охлаждаются внешней средой, и подают ток на СЭ 3, 5, вследствие чего происходит их нагрев, СЭ 3, 5, восстанавливая исходную форму, оказывают силовое воздействие через механизм деформации и механизм синхронизации на коленчатый вал 9. Поворот кривошипа 20 коленчатого вала 9 на угол 90^о через шатун 22 вызывает колебательное движение зубчатых колес 16, 17 конической пары и связанной с ними первой группы рычагов 10, 11 вокруг оси 14 на незначительный угол относительно их крайнего положения ввиду того, что ось симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 20 параллельна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 16, в то время как поворот другого кривошипа 21 на тот же угол вследствие прямого угла рассогласования через шатун 23 приведет к повороту зубчатых колес 18, 19 конической пары и связанной с ними второй группы рычагов 12, 13 вокруг оси 15 на большую часть допускаемого конструкцией угла поворота ввиду того, что оси симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 21 перпендикулярна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 18. При этом СЭ 4 сжимается, а СЭ 2 растягивается. Это соответствует деформированию СЭ 2, 3, 4, 5 в условиях происходящего в них прямого (СЭ 2, 4) и обратного (СЭ 3, 5) мартенситного превращения. Конструкция пришла в положение, соответствующее фиг. 5.

Во втором такте обесточивают СЭ 3, 5 которые охлаждаются внешней средой, и подают ток на СЭ 2, 4, вследствие чего происходит их нагрев. СЭ 2, 4, восстанавливая исходную форму, оказывают силовое воздействие через механизм деформации и механизм синхронизации на коленчатый вал 9. Поворот кривошипа 21 коленчатого вала 9 на угол 90^о через шатун 23 вызывает колебательное движение зубчатых колес 18, 19 конической пары и связанной с ними второй группы рычагов 12, 13 вокруг оси 15 на незначительный угол относительно их крайнего положения ввиду того, что оси симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 21 параллельна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 18, в то время как поворот другого кривошипа 20 на тот же угол вследствие прямого угла рассогласования через шатун 22 приведет к повороту зубчатых колес 16, 17 конической пары и связанной с ними первой группы рычагов 10, 11 вокруг оси 14 на большую часть допускаемого конструкцией угла поворота ввиду того, что оси симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 20 перпендикулярна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 16. При этом СЭ 5 сжимается, а СЭ 3 растягивается. Это соответствует деформированию СЭ 2, 3, 4, 5 в условиях происходящего в них прямого (СЭ 3, 5) и обратного (СЭ 2, 4) мартенситного превращения. Конструкция пришла в положение, соответствующее фиг. 6.

В третьем такте обесточивают СЭ 2, 4 которые охлаждаются внешней средой, и подают ток на СЭ 3, 5, вследствие чего происходит их нагрев. СЭ 3, 5, восстанавливая исходную форму, оказывают силовое воздействие через механизм деформации и механизм синхронизации на коленчатый вал 9. Поворот кривошипа 20 коленчатого вала 9 на угол 90^о через шатун 22 вызывает колебательное движение зубчатых колес 16, 17 конической пары и связанной с ними первой группы рычагов 10, 11 вокруг оси 14 на незначительный угол относительно их крайнего положения ввиду того, что оси симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 20 параллельна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 16, в то время как поворот другого кривошипа 21 на тот же угол вследствие прямого угла рассогласования через шатун 23 приведет к повороту зубчатых колес 18, 19 конической пары и связанной с ними второй группы рычагов 12, 13 вокруг оси 15 на большую часть допускаемого конструкцией угла поворота ввиду того, что ось симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 21 перпендикулярна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 18. При этом СЭ 2 сжимается, а СЭ 4 растягивается. Это соответствует деформированию СЭ 2, 3, 4, 5 в условиях происходящего в них прямого (СЭ 2, 4) и обратного (СЭ 3, 5) мартенситного превращения. Конструкция пришла в положение, соответствующее фиг. 7.

В четвертом такте обесточивают СЭ 3, 5 которые охлаждаются внешней средой, и подают ток на СЭ 2, 4, вследствие чего происходит их нагрев. СЭ 2,4, восстанавливая исходную форму, оказывают силовое воздействие через механизм деформации и механизм синхронизации на коленчатый вал 9. Поворот кривошипа 21 коленчатого вала 9 на угол 90^о через шатун 23 вызывает колебательное движение зубчатых колес 18, 19 конической пары и связанной с ними второй группы рычагов 12, 13 вокруг оси 15 на незначительный угол относительно их крайнего положения ввиду того, что ось симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 21 параллельна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 18, в то время как поворот другого кривошипа 20 на тот же угол вследствие прямого угла рассогласования через шатун 22 приведет к повороту зубчатых колес 16, 17 конической пары и связанной с ними первой группы рычагов 10, 11 вокруг оси 14 на большую часть допускаемого конструкцией угла поворота ввиду того, что ось симметрии угла поворота на 90^о кривошипа 20 перпендикулярна линии соединяющей оси вращения коленчатого вала 9 и зубчатого колеса 16. При этом СЭ 3 сжимается, а СЭ 5 растягивается. Это соответствует деформированию СЭ 2, 3, 4, 5 в условиях происходящего в них прямого (СЭ 3, 5) и обратного (СЭ 2, 4) мартенситного превращения. Конструкция пришла в положение, соответствующее фиг. 4, т.е. в исходное положение. Далее описанный цикл может быть многократно повторен.

Таким образом, механизм синхронизации обеспечивает режим знакопеременной нагрузки, наиболее эффективный по энергоотдаче для СЭ 2, 3, 4, 5. При изменении нагрузочного момента на коленчатый вал 9 за счет устройства 8, продолжительности и интенсивности подачи электроэнергии к СЭ 2, 3, 4, 5 от средства 6 подвода энергии, а также при изменении геометрии конструкции механизма синхронизации, можно в широких пределах варьировать режим испытания СЭ 2, 3, 4, 5 в качестве рабочего тела мартенситных двигателей.

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ, содержащий корпус, объект исследования, средства подвода энергии к объекту исследования, измерения параметров объекта исследования, устройство изменения нагрузки, выполненное в виде вала, установленного с возможностью регулирования момента сопротивления вращению и кинематически связанного с помощью механической связи с объектом исследования, отличающийся тем, что, с целью осуществления испытаний мартенситных двигателей в режиме знакопеременной нагрузки, в качестве объекта исследования использованы четыре силовых элемента, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы, средство подвода энергии выполнено в виде источника электрического нагрева силовых элементов и элементов программируемой коммутации, вал выполнен коленчатым, а механическая связь образована механизмом деформации и механизмом синхронизации, механизм деформации выполнен в виде двух групп рычагов, в каждой группе под два рычага, параллельных друг другу и жестко соединенных между собой осями, проходящими через середины рычагов, оси перпендикулярны одна к другой и установлены в корпусе с возможностью вращения на расстоянии недеформированного силового элемента одна от другой, силовые элементы шарнирно закреплены одним концом на конце рычага из одной группы, а другим концом - на конце рычага из второй группы, механизм синхронизации выполнен в виде двух кривошипно-шатунных механизмов и двух конических пар, причем кривошипами являются два колена вала, расположенные под углом 90^o друг к другу, шатуны шарнирно связаны одним концом с кривошипом, а другим концом - с одним из зубчатых колес конической пары, закрепленных с возможностью вращения в корпусе, вторые зубчатые колеса конических пар жестко закреплены на соответствующей оси каждой из групп рычагов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7