Устройство для испытания изделий на виброударные нагрузки

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания изделий на устойчивость к воздействию динамических нагружений. Устройство содержит упругосвязанные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие. При этом упругосвязанные тела выполнены в виде концентрических колец, соединенных между собой упругими элементами в виде двойных мембран, пространство между которыми заполнено демпфирующим материалом. Наружное кольцо установлено с возможностью ударного взаимодействия с опорой, а испытуемое изделие установлено на верхнем основании внутреннего кольца. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства для испытания изделий на виброударные нагрузки и возможности точно имитировать реальный виброударный процесс. 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам, предназначенным для испытания изделий на устойчивость к воздействию динамических нагружений, в частности к виброударным нагружениям, которые неизбежно возникают в элементах конструкций при резком (ударном) торможении любого движущегося физического тела.

Известен стенд для испытания изделий на удар (см. А.с. №1059467, кл. G01M 7/00, опубликованное в БИ №45 от 07.12.83 г.), содержащий основание, расположенные на нем передвижные опоры, установленную на передвижных опорах платформу для крепления испытуемого изделия, выполненную в виде упругой балки, устройство нагружения, служащее для сообщения платформе начального ударного импульса, и связанный с устройством задатчик нагрузки, выполненный в виде разрывного элемента. Для получения требуемого вида колебаний предложенное устройство снабжено также дополнительной упругой балкой, установленной относительно платформы с регулируемым зазором. Недостатком данного устройства является то, что возбуждающий удар приходится непосредственно на испытуемое изделие, что искажает реальную картину вибронагружений, при этом воспроизводится сравнительно узкий частотный диапазон вибронагружений, значительно отличающийся от требуемого.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является способ динамических испытаний изделий (см. а.с. №920425, кл. G01М 7/00, опубликованное в БИ №14 от 15.04.82 г.), взятый в качестве прототипа, в котором реализовано устройство, содержащее последовательно расположенные и упруго связанные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие. Каждое тело возбуждают путем ударного нагружения.

Недостатком данного устройства является отсутствие одновременного возбуждения всего требуемого частотного спектра вибронагружений, нестабильность динамических характеристик устройства, реализующего данный способ испытаний. Возбуждающий удар приходится непосредственно на точку крепления испытуемого прибора, что не позволяет с достаточной точностью имитировать реальную картину виброударного нагружения.

Решаемая задача - создание устройства для испытания изделий на воздействие виброударных нагрузок, максимально приближенных к реальным.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства для испытания изделий на виброударные нагрузки путем одновременного ударного возбуждения требуемого спектра частот вибронагружений при обеспечении непопадания прямого удара на испытуемое изделие, что позволяет наиболее близко имитировать реальный виброударный процесс.

Технический результат в устройстве для испытания изделий на виброударные нагрузки достигается тем, что устройство содержит упругосвязанные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие. Новым является то, что упругосвязанные тела выполнены в виде концентрических колец, соединенных между собой упругими элементами в виде двойных мембран, пространство между которыми заполнено демпфирующим материалом, при этом наружное кольцо установлено с возможностью ударного взаимодействия с опорой, а испытуемое изделие установлено на верхнем основании внутреннего кольца.

Выполнение упругих тел в виде колец и расположение их концентрично друг другу позволяет путем плоского удара по нижнему основанию внешнего кольца, которое может быть установлено, например, ниже оснований других колец, одновременно возбудить все кольца, резонирующие каждый на своей частоте, а следовательно, с помощью установки определенной комбинации колец обеспечивается необходимый спектр частот, объективно характеризующий реальную виброударную нагрузку. Кроме того, использование мембранных упругих связей позволяет одновременно возбудить все резонирующие части конструкции без нанесения непосредственного удара по испытуемому изделию, что в подавляющем большинстве случаев соответствует реальным условиям эксплуатации. Использование двойных мембран позволяет к тому же применить самый разнообразный демпфирующий материал для регулировки интенсивности затухания всего виброчастотного спектра, либо его отдельных частей, что безусловно расширяет функциональные возможности устройства.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для испытания изделий на виброударные нагрузки.

Устройство содержит внешнее кольцо 1, которое при ударе об опору 2 должно оставаться неподвижным. К этому кольцу на мембранах (упругих связях) 3 и 4 прикреплены кольца 5, 6 и 7, высота которых меньше высоты кольца 1, следовательно, при ударе они не касаются опоры 2 и поэтому могут свободно колебаться, подвешенные на упругих связях (мембранах) 3 и 4, исполняя роль резонаторов. Испытуемое изделие 8 установлено на верхнем основании 9 внутреннего кольца 7, пространство между кольцами 1, 5, 6, 7 и мембранами 3 и 4 с целью регулировки длительности и спектрального наполнения виброударных нагружений заполнено демпфирующим материалом 10.

Устройство для испытания изделий на виброударные нагрузки работает следующим образом.

Для возбуждения колебаний в конструкции устройства необходимо внешнее возбуждение, которое может быть осуществлено, например, путем свободного падения с определенной высоты данной конструкции на жесткую поверхность с последующим удержанием внешнего кольца в неподвижном состоянии. При соударении нижнего основания наружного кольца 1 с опорой 2 подвижные кольца 5, 6 и 7 получают возможность свободных колебаний, причем каждое на своей резонансной частоте. Верхнее основание 9 кольца 7 вместе с установленным на нем испытуемым изделием 8 приобретает полигармонические колебания, диапазон частот и соотношение амплитуд которых определяются массово-жесткостными параметрами резонансных элементов устройства (мембраны 3 и 4, подвижные кольца 5, 6 и 7), а интенсивность виброударного нагружения регулируется силой удара (высота Н на) и характеристиками демпфирующего материала 10.

Таким образом, вес и соответствующие ему габариты резонирующих элементов, а также количество этих элементов однозначно определяют воспроизводимый устройством частотный спектр. Упругие свойства мембран и вибропоглощающие особенности демпфирующего материала определяют амплитудные характеристики и длительность всего виброударного процесса, позволяя путем целенаправленного подбора параметров этих элементов заявляемого устройства имитировать практически все существующее многообразие виброударных нагружений вместе с соответствующими им спектральными составляющими.

Вместе с тем использование предлагаемого устройства для испытания изделий на виброударные нагрузки позволяет исключить побочные несимметричные формы колебаний, что обеспечивает стабильность амплитудно-частотных характеристик виброударного процесса. Кроме того, сравнительно широкий диапазон возможных массогабаритных характеристик резонансных элементов устройства совместно с большими возможностями регулировки соотношения амплитуд отдельных резонансных составляющих обеспечивают значительно большие возможности при формировании конкретного диапазона частот и ускорений, что в свою очередь позволяет добиваться наибольшего сходства с реальными спектрами виброударных нагружений. Кроме того, в предлагаемом устройстве для испытания изделий на виброударные нагрузки абсолютно исключена возможность прямого воздействия возбуждающего удара на верхнее основание внутреннего кольца, на котором установлено испытуемое изделие, что позволяет предельно точно имитировать реальную картину виброударного процесса.

Следовательно, предлагаемое устройство создает такие условия испытаний, которые практически полностью соответствуют реальным, что позволяет гарантировать в подавляющем большинстве случаев получение наиболее точной картины виброударного процесса.

Построенный по предварительным расчетам макетный образец устройства для испытания изделий на виброударные нагрузки (общий вес около 32 кг, изготовлен из стали, высота наружного неподвижного кольца 20 мм, его диаметр 200 мм) был исследован в С.-Петербурге в Политехническом институте. Результаты исследования показали, что в настоящий момент с помощью предлагаемого устройства вполне реально перекрыть (отдельными поддиапазонами и с допустимой точностью) весь регламентируемый современными техническими требованиями диапазон частот 100-5000 Гц с ускорениями 1000-20000 м/с² при испытании приборов весом до 0,5 кг и при практически жестко контролируемом спектральном наполнении виброударного процесса.

Устройство для испытания изделий на виброударные нагрузки, содержащее упругосвязанные тела, на одном из которых установлено испытуемое изделие, отличающееся тем, что тела выполнены в виде концентрических колец, соединенных между собой упругими элементами в виде двойных мембран, пространство между которыми заполнено демпфирующим материалом, при этом наружное кольцо установлено с возможностью ударного взаимодействия с опорой, а испытуемое изделие установлено на верхнем основании внутреннего кольца.