Стенд для испытания динамической нагрузки



Стенд для испытания динамической нагрузки
Стенд для испытания динамической нагрузки
Стенд для испытания динамической нагрузки

 


Владельцы патента RU 2487332:

МБДА ФРАНС (FR)

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для проведения испытаний на действие радиальных нагрузок и переменных вращающих моментов на вращающиеся валы приводов. Стенд содержит управляемые средства воспроизведения, которые включают два идентичных воспроизводящих модуля, расположенные параллельно и симметрично относительно испытываемого вращающегося вала, каждый из которых содержит моментный электродвигатель, торсионный стержень и соединение из шатуна и кривошипа, соединяющее торсионный стержень с вращающимся валом испытываемого механизма. Технический результат заключается в повышении достоверности воспроизведения нагрузок, действующих на валы приводов, упрощении конструкции стенда. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к стенду для испытания динамической нагрузки, предназначенному для приложения к вращающемуся валу испытываемого устройства, такому как привод и т.п., радиальных нагрузок и переменных вращающих моментов для воспроизведения с максимально возможной достоверностью механических смещений или ограничений, прилагаемых приводом в фактических условиях использования.

В предпочтительном, хотя не исключительном варианте использования выходной вал вращательного стенда несет как единое целое при вращении аэродинамическую поверхность летательного аппарата, такую как рулевая поверхность ракеты или другого устройства, циркулирующего с высокой скоростью в текучей среде, и она в таком случае подвергается воздействию развивающихся и высоких напряжений (радиальных нагрузок) и шарнирных моментов (вращающих моментов), генерируемых аэродинамическими силами, прилагаемыми к рулевой поверхности в соответствии с углом отклонения последней.

Таким образом, назначением стенда для испытания динамических нагрузок, соответствующего изобретению, является воспроизведение как радиальных нагрузок, так и переменных вращающих моментов в зависимости от угла вращения, принятого выходным валом вращательного стенда, представляющих отклонение, осуществляемое рулевой поверхностью. Величина этих напряжений и моментов может быть модулирована как функция времени для представления различных точек полета ракеты (медленные и/или быстрые изменения скорости, траектории и изменения высоты) и максимально возможного приближения к соответствующим фактическим условиям, то есть аэродинамическим рабочим нагрузкам, которым подвергается привод, для последующей оптимизации его конструкции.

Стенды для испытания динамических нагрузок для таких приводов уже известны и основаны на управляемых средствах воспроизведения только вращающего момента на основе торсионного стержня или моментного датчика.

В первом случае торсионный стержень средства воспроизведения стенда соединен, с одной стороны, непосредственно с валом вращательного стенда для испытаний и, с другой стороны, ограничен так, что когда привод имеет угловой допуск, он генерирует вращающий момент, пропорциональный углу вращения при отклонении. Такие торсионные стержни, хотя они имеют по существу базовую конструкцию, прилагают возвратные моменты, которые не позволяют генерировать дестабилизирующие и/или развивающиеся нагрузки, как функцию отклонения рулевой поверхности. Кроме того, они слишком ограничены и не позволяют достоверно подтверждать рабочие характеристики приводов в фактических условиях полета, таким образом, что из-за отсутствия ясных и точных данных средства воспроизведения с торсионным стержнем очень сложны для сохранения запасов.

Во втором случае генератор вращающего момента средств воспроизведения прямо соединен с приводом и образован, в результате заданных динамических характеристик, гидравлическим моментным двигателем. С другой стороны, если, таким образом, могут испытываться высокие вращающие моменты, относительные перемещения, происходящие между моментным двигателем и приводом, генерируют проблемы в результате их инерции и их жесткого соединения, то есть, когда вал одного из них вращается, другой имеет тенденцию противодействовать, таким образом, что могут возникать удары, вызывающие повреждение оборудования. Эта возможность может быть усилена существенно мощными гидравлическими двигателями.

В дополнение к приложению вращающего момента к испытываемому вращающемуся валу (другой специальный стенд требуется для радиальных нагрузок), эти стенды для испытания динамических нагрузок не часто соответствуют всем ожидаемым результатам и требованиям, таким как:

- наличие меньшей очевидной инерции и нулевого люфта соединения, чтобы не нарушать испытываемый привод; в идеальном случае, действие, с динамической точки зрения, как простого вращающего момента;

- наличие доступной полосы верхних частот контура синхронизации момента, по меньшей мере, вдвое большей, чем у испытываемого привода, для воспроизведения заданного профиля вращающего момента без какой-либо значительной задержки;

- наличие доступной значительно большей насыщенности по скорости и ускорению, чем у привода;

- устойчивость к функциональным рассогласованиям между приводом и стендом для легкости выполнения, включая некоторую гибкость связи, часто несовместимой с полосой верхних частот контура момента;

- обеспечение эффективного управления прилагаемыми вращающими моментами для исключения любой перегрузки, превышения допустимой скорости и случайного упора, которые могли бы показать повреждение, даже в случае, когда привод стал бы дефектным (отключение питания, авария и т.д.).

Из патента США №7080565 известен стенд для испытания динамической нагрузки, позволяющий прилагать к вращающемуся валу испытываемого привода радиальные напряжения и динамические моменты. Однако управляемые средства для их воспроизведения также содержат с этой целью два отдельных устройства, которые независимы друг от друга и имеют специальные узлы. В частности, необходимо механически отключить приложение радиальных напряжений и вращающих моментов посредством сложных систем карданного шарнира, ползуна, шарнирного соединения и т.д. Кроме того, необходимо применять шифратор углового положения для измерения вращения выходного вала привода. И многочисленные присутствующие узлы, и оборудование, кроме того, ограничивают возбуждение стенда при высоких частотах, способных генерировать вредные интерференционные резонансы, и также приводят к сложности выполнения устройства.

Из патента EP 0239264 известно испытательное устройство для приложения только вращающего момента к коллинеарным входному и выходному валам зубчатой передачи трансмиссионного типа для авиационного двигателя. С этой целью оно содержит более специализированное устройство для приложения вращающего момента к двум параллельным и симметричным модулям относительно валов и содержит множество зубчатых передач, ведомых вращательными приводами для достижения большой мощности двигателя.

Настоящее изобретение имеет задачей решение вышеупомянутых проблем и разработку стенда для испытания динамических нагрузок, в котором управляемые средства воспроизведения позволяют прилагать безопасно, надежно и без рисков радиальные нагрузки и переменные вращающие моменты, являющиеся, по меньшей мере, сопоставимыми с теми, которые испытывает испытываемый механизм в фактических условиях использования, чтобы оптимизировать конструкцию и наладку механизмов, таких как вращательные приводы.

Для решения задачи предложен стенд для испытания динамической нагрузки, предназначенный для приложения к вращающемуся валу испытываемого механизма, такого как привод и т.п., радиальных нагрузок и переменных вращающих моментов, создаваемых управляемыми средствами воспроизведения, включающими два идентичных воспроизводящих модуля, расположенных параллельно и симметрично относительно указанного вращающегося испытываемого вала, отличается, в соответствии с изобретением, тем, что каждый модуль включает:

- моментный электродвигатель с ведущим валом, параллельным указанному испытываемому валу, причем указанные моментные электродвигатели указанных двух модулей вращаются в одном направлении;

- торсионный стержень, являющийся неотъемлемой частью соосно одним из его концов с указанным ведущим валом моментного электродвигателя; и

- соединение из шатуна и кривошипа для соединения другого конца указанного торсионного стержня с указанным испытываемым валом в плоскости, перпендикулярной последнему и указанным ведущим валам, таким образом, что в указанной перпендикулярной плоскости указанные шатуны этих двух модулей параллельны и симметрично смещены на 180° друг от друга относительно испытываемого вала и их соответствующих ведущих валов указанными кривошипами.

Таким образом, модульный вариант выполнения средств воспроизведения, как двух идентичных и симметричных модулей относительно вала привода с кинематической конструкцией при помощи моментного двигателя, торсионного стержня и соединения из шатуна, и кривошипа позволяет одновременно прилагать радиальные нагрузки и переменные вращающие моменты к последнему, в противоположность вариантам выполнения известного уровня техники, требующим двух различных стендов или двух независимых отдельных устройств на одном стенде. В такой конструкции из нее механически следует более простое и более надежное получение стенда и большей рабочей динамики без проблем, происходящих от частот возбуждения.

Предпочтительно, чтобы указанный ведущий вал каждого моментного электродвигателя был полым и имел сквозной осевой проход, внутри которого указанный торсионный стержень соединен одним из его концов, составляющим одно целое с указанным полым валом, и другим концом, выходящим из указанного полого вала и соединенным с указанным соответствующим соединением из кривошипа и шатуна. Посредством этого соосного расположения торсионного стержня в ведущем валу два модуля обладают существенной компактностью таким образом, что масса стенда значительно снижается в противоположность предшествующему вышеупомянутому варианту выполнения, где торсионный стержень является продолжением ведущего вала двигателя.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанные шатуны соединены на одной стороне с указанным испытываемым вращающимся валом двойным общим кривошипом, установленным в его центре на указанном вращающемся валу и несущим на его диаметрально противоположных концах указанные шатуны соответственно, и на другой стороне с указанными соответствующими торсионными стержнями двумя идентичными простыми кривошипами, расположенными со смещением на 180° друг от друга на указанных торсионных стержнях.

Таким образом, эти два шатуна, расположенные симметрично и перпендикулярно относительно вращающегося вала испытываемого механизма (привода), передают (один толкает, другой тянет) и прилагают к последнему желаемые радиальные нагрузки и переменные вращающие моменты, соответствующие вышеупомянутым радиальным напряжениям и шарнирным моментам, которым подвергается вал привода рулевой поверхности, к которой прилагаются значительные аэродинамические силы.

Благодаря двум симметрическим модулям шатуны воздействуют, как противоположные рычаги деформирующегося параллелограмма, на вал привода в плоскости, перпендикулярной последнему, воспроизводя простым и достоверным образом напряжения и вращающие моменты, прилагаемые к указанному валу в фактических условиях использования.

Предпочтительно, чтобы указанные шатуны были установлены на соответствующих кривошипах указанных соединений посредством суставчатой муфты с зазором в коническом отверстии, например коленчатых соединений сферического типа. Таким образом, в такой конфигурации не требуется обеспечение точного позиционирования между испытываемым приводом и двумя модулями благодаря коленчатым сочленениям, сообщающим естественное изостатическое выравнивание стенду в целом и компенсацию различных функциональных люфтов и зазоров.

В конкретном варианте осуществления изобретения расстояние между осями указанного двойного кривошипа, отделяющее испытываемый вращающийся вал от каждого шатуна, идентично расстоянию между осями каждого простого кривошипа, отделяющему указанный торсионный стержень от указанного соответствующего шатуна. Таким образом, указанные шатуны расположены ортогонально к испытываемому вращающемуся валу привода и к ведущим валам моментных электродвигателей.

С точки зрения рабочих характеристик, надежности, низкой инерции, большого объема и массового момента предпочтительно, чтобы указанные моментные электродвигатели модулей были электрическими и, более определенно, бесщеточного типа. Кроме того, сложные гидравлические системы и дорогие установки (компрессоры, аккумуляторы и т.д.), необходимые для работы гидравлических моментных двигателей, не нужны.

Кроме того, указанные торсионные стержни откалиброваны по жесткости при кручении, при этом последние действуют, как калиброванные измерители крутящего момента (угловое смещение от одного конца до другого стержня соответствует данному переданному крутящему моменту).

В соответствии с другой характеристикой, каждый модуль также содержит датчик углового положения указанного ведущего вала моментного электродвигателя и датчик углового положения указанного соответствующего торсионного стержня, и указанные управляемые средства содержат электронное следящее устройство для углового положения, выдаваемого каждым датчиком указанных моментных электродвигателей, как функцию углового положения вращающегося вала указанного испытываемого механизма, и электронный блок питания, соединенный с указанным электронным следящим устройством и питающий указанные моментные электродвигатели.

Предпочтительно, чтобы каждый из модулей содержал электронные и/или механические средства для ограничения углового люфта и скорости каждого моментного электродвигателя. Таким образом, в случае неисправности привода, его люфт ограничивается люфтом моментных электродвигателей и жесткостью торсионных стержней таким образом, что он не повреждается по сравнению с предыдущими стендами.

Фигуры прилагаемых чертежей иллюстрируют варианты осуществления изобретения. На этих фигурах одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым компонентам.

Фиг.1 изображает схематический вид частично в сечении варианта выполнения стенда для испытания динамических нагрузок в соответствии с изобретением.

Фиг.2 и 3 изображают схематичные виды, соответственно, сбоку и в изометрии указанного стенда для испытания динамических нагрузок, показанного на Фиг.1.

Стенд для испытания динамических нагрузок, показанный на Фиг.1-3, содержит управляемые средства 2 для приложения радиальных нагрузок и переменных вращающих моментов к вращающемуся валу 3 вращательного стенда 4 для испытания. Как указано выше, цель состоит в том, чтобы воспроизвести насколько возможно достовернее ограничения или смещения, прилагаемые к валу привода, на который установлена поверхность аэродинамического управления ракеты, которая не показана, в результате внезапного изменения направления и скорости последней и, таким образом, отклонения рулевой поверхности. И, таким образом, целью является проектирование конструктивно и эксплуатационно-безопасных и надежных приводов вала.

С этой целью управляемые средства 2 образованы двумя модулями 5 и 6 для воспроизведения радиальных нагрузок и переменных моментов, которые идентичны и симметрично расположены параллельно относительно геометрической оси вала 3 привода. Более конкретно, каждый модуль 5, 6 включает моментный электродвигатель 8, 9, торсионный стержень 10, 11 и соединение 12, 13, 14 из шатуна и кривошипа с валом 3 привода 4.

Конструктивно каждый моментный электродвигатель 8, 9 содержит цилиндрический корпус 8A, 9A, внутри которого с возможностью вращения установлен ведущий вал 8B, 9B посредством внутренних подшипников 8C, 9C. В этом примере моментные двигатели, предпочтительно, являются электрическими, бесщеточного типа с точки зрения рабочих характеристик, надежности, низкой инерции и высокого вращающего момента и т.д., и управление при вращении ведущих валов осуществляется электрическими составляющими (статор, ротор и т.д.), обозначенными ссылочными позициями 8D, 9D на Фиг.1 и расположенными в цилиндрическом корпусе 8A, 9A вокруг соответствующего вала. Естественно, может использоваться моментный двигатель любого другого типа, такой как жидкостный (гидравлический). Кроме того, стенд 1 для испытания динамической нагрузки содержит жесткое устойчивое механическое основание 7, на котором расположены испытываемый привод 3 и посредством общего основания 15 два моментных электродвигателя 8, 9 в их цилиндрических корпусах.

Геометрически, на Фиг.1-3 можно видеть, что параллельные ведущие валы 8B, 9B моментных электродвигателей соответственно расположены симметрично относительно вращающегося вала 3 привода 4, причем геометрические оси ведущих валов 8B, 9B и испытываемого вала 3 находятся в одной горизонтальной плоскости P.

Ведущий вал 8B, 9B каждого моментного электродвигателя 8, 9, предпочтительно, полый и содержит в себе торсионный стержень 10, 11, соосный с соответствующим ему валом и приспособленный для передачи вращающего момента, переданного ведущим валом приводному валу через соединение из шатуна и кривошипа. С этой целью первый конец 10A, 11A каждого торсионного стержня жестко связан с первым концом 8E, 9E полого вала при помощи крепежного элемента 16, такого как штифт или подобного средства, обеспечивающего шарнирное вращение вала с соответствующим торсионным стержнем. И второй конец 10B, 11B каждого из них, обращенный к валу привода, в осевом направлении открыт от второго конца 8F, 9F ведущего вала без соединения с последним и составляет единое целое с соединением 12, 14 из шатуна и кривошипа. Второй конец 10B, 11B каждого торсионного стержня в этом случае удерживается подшипником 17, расположенным в цилиндрическом корпусе. Идентичные торсионные стержни двух модулей естественно приспособлены по размерам для необходимой жесткости при кручении.

Кроме того, можно видеть, что первые концы 8E, 9E ведущих валов (и, таким образом, первые концы торсионных стержней) выступают относительно их соответствующих корпусов 8A, 9A и что они несут датчики 18 углового положения для указанных валов 8B, 9B (роторов бесщеточных моментных электродвигателей). Это относится и ко вторым концам 10B, 11B торсионных стержней 10, 11, на которых установлены датчики 19 углового положения, находящиеся внутри соответствующих цилиндрических корпусов. Используемые датчики 18, 19 должны быть точными и должны иметь контур с внешней синхронизацией и широкой полосой пропускания, например, могут рассматриваться круговой датчик положения, шифратор углового положения, потенциометр или подобного типа.

Что касается соединений между торсионными стержнями 10, 11 модулей и валом 3 привода 4, они содержат два соответствующих и параллельных шатуна 12A, 14A, соединенных на одной стороне через соответствующие кривошипы 12B, 14B с торсионными стержнями 10, 11 и с другой стороны через общий двойной кривошип 13 с валом 3 привода 4. Эти два шатуна 12A, 14A, таким образом, расположены в плоскости, перпендикулярной параллельным геометрическим осям ведущих валов 8B, 9B (и, таким образом, торсионных стержней) модулей 5, 6 и вала привода, и расположены с симметричным смещением на 180° друг от друга относительно вала 3 привода. На Фиг.1 соединения 12, 13, 14 показаны с пространственным разделением деталей для ясности.

В частности, каждый простой кривошип 12B, 14B имеет вблизи его концов два параллельных пальца 12C, 12D, 14C, 14D кривошипа, отклоняющихся на 90° и противоположных относительно рычага или корпуса кривошипа, причем первый отклоненный палец 12D, 14D каждого кривошипа является соосным и составляющим одно целое со вторым концом 8F, 9F соответствующего торсионного стержня, тогда как второй палец 12C, 14C кривошипа несет один из концов шатуна 12A, 14A.

На Фиг.2 лучше видно, что простые кривошипы 12B, 14B установлены со смещением на 180° друг от друга на соответствующих торсионных стержнях 10, 11 таким образом, что, как показано на фигуре, кривошип 12B направлен вверх, тогда как кривошип 14B направлен вниз.

Кроме того, общий двойной кривошип 13 имеет на одной стороне центральный палец 13A кривошипа, соединенный с валом 3 привода (например, радиальными штифтами, которые не показаны, соединяющими при вращении как единое целое вал с центральным пальцем кривошипа), и на другой стороне два диаметрально противоположных оконечных пальца 13B, 13C кривошипа относительно центрального пальца 13A кривошипа, на которых соответственно установлены вторые концы шатунов 12A, 14A.

Кроме того, между концами двух шатунов 12A, 14A и их соответствующими пальцами 12C, 14C, 13B, 13C кривошипов 12B, 14B, 13 могут находиться соединения 20 с угловым зазором, такие как коленчатые сферические соединения или упругие шарниры.

На Фиг.2 также можно видеть, что расстояние Ra, отделяющее каждый противоположный палец 13B, 13C кривошипа от центрального пальца 13A двойного кривошипа 13, равно расстоянию Rm, отделяющему первые два пальца 12D, 14D кривошипа от вторых двух пальцев 12C, 14C простых кривошипов 12B, 14B, таким образом, что два параллельных шатуна 12A, 14A расположены горизонтально на Фиг.2 и ортогонально валу 3 привода. Естественно, могут быть выбраны другие соотношения без вреда для работы стенда, причем два параллельных шатуна тогда могут быть просто наклонены относительно горизонтали.

Эти управляемые средства воспроизведения 2 радиальных нагрузок и вращающих моментов, осуществленные этими двумя модулями 5, 6, также содержат электронные устройства. Например, как показано на Фиг.1, электронное следящее устройство 21 позволяет определять угловое положение каждого из двух поворотных моментных электродвигателей, как функцию углового положения вала привода, при помощи двух датчиков 18 углового положения, соединенных соответствующими соединениями 23 со следящим устройством. Прилагаемый вращающий момент, таким образом, может регулироваться с учетом того, что последний пропорционален угловой разности между угловым положением моментного электродвигателя и угловым положением привода. На выходе электронного следящего устройства 21 расположен электронный блок 24 питания для питания, например, моментных электродвигателей 8, 9 посредством соединения 25, ограничивающий прилагаемый вращающий момент и максимальную скорость до величин, совместимых с возможностями испытываемого привода, предотвращая повреждение последнего.

Естественно, испытательная электроника 26 соединена со следящим устройством 21 соединением 27 и, более определенно, включает специальные программы для каждого типа испытываемых приводов, как функцию вариантов применения, задач, ограничений, размеров и т.д.

Благодаря некоторой функциональной свободе, создаваемой коленчатыми сочленениями 20 из соединений шатуном и кривошипом, обеспечивающими компенсацию люфтов, интервалов между осями и угловыми зазорами и, таким образом, создающими изостатическое выравнивание стенда, точное расположение между моментными электродвигателями 8, 9 и приводом 4 не требуется. С другой стороны, датчики 18 углового положения двух моментных электродвигателей позволяют определять угол вращения вращающегося вала 3 испытываемого привода 4 даже при наличии отклонения (стрелка), создаваемого приложением радиальной нагрузки соответствующим шатуном (и представляющего действие аэродинамических нагрузок, прилагаемых к рулевой поверхности ракеты и, таким образом, к валу привода).

Угол θa вращения выходного вала и отклонение Ya последнего могут быть определены следующими формулами (Фиг.2):

θa = Rm/Ra·(θ1+θ2)/2

и

Ya = Rm·(θ1-θ2)/2,

где Rm = плечо рычага шатуна-кривошипа моментного электродвигателя;

Ra = плечо рычага шатуна-кривошипа привода;

θ1, θ2 = углы вращения выходных валов моментных электродвигателей.

Управление радиальным напряжением и вращающим моментом, генерируемым средствами 2 воспроизведения, соответствующими изобретению, достигнуто благодаря откалиброванной жесткости каждого торсионного стержня 10, 11, действующего как датчик вращающего момента, или калиброванного измерителя крутящего момента в соответствии с откалиброванной жесткостью (угловое смещение между углом кручения на его конце с ведущим валом и углом кручения на его конце с шатуном, дающее, для данной жесткости, определенный вращающий момент).

Предположим, что радиальное напряжение Fr и вращающий момент C прилагаются к валу 3 испытываемого привода. Каждый из двух применяемых моментных электродвигателей 8, 9 генерирует вращающий момент C1 и C2 и прилагает к шатунам 12A и 14A через стержни 10 и 11 радиальное напряжение F1 и F2.

Согласно обычным зависимостям механики это дает:

F1 = С1/Rm и F2 = C2/Rm (Rm: см. выше),

C = (F1+F2)·Ra (Ra: см. выше),

Fr = F1 + F2.

Исходя из этого, выводятся управляемые напряжения и вращающие моменты для двух моментных электродвигателей:

F1 = (C/Ra+Fr)/2 и F2 = (C/Ra-Fr)/2,

C1 = Rm·(C/Ra+Fr)/2.

C2 = Rm·(C/Ra-Fr)/2.

Исходя из этого, получают вращающие моменты C1 и C2 двух моментных электродвигателей следующим образом.

Известно, что угловое положение θa вала привода известно в режиме реального времени посредством вычисления на основе информации от датчиков 18, 19 измерения угловой скорости, переданной в следящее устройство 21 (см. вычисление θa выше). Каждый моментный электродвигатель отслеживается по положению его датчиком и электронным следящим устройством 21 и питающим устройством 24.

Конечно, полоса пропускания следящего устройства более широкая, чем у испытываемого привода 4, для обеспечения пригодной жесткой обратной связи с незначительным сдвигом фаз и ослаблением без искажения сигналов. С этой целью используется, по меньшей мере, в два раза более широкая полоса пропускания.

Кроме того, другое преимущество отслеживания положения каждого моментного электродвигателя состоит в том, что колебания интерференционного момента отклоняются (момент режекции или синхронный момент) так же, как и сухое, и вязкостное трение (моменты прокатки, гистерезисные моменты).

Угловое положение θco (θ1, θ2), задаваемое моментному электродвигателю 8, 9, является функцией желаемого профиля C1 (или C2) момента. Этот профиль вращающего момента определяется перед испытаниями, чтобы сделать то, что было решено воспроизвести для вала привода (вращающий момент с углом x°). Известно, что в каждый момент времени такой вращающий момент с таким радиальным напряжением будет достигнут. Например, для вращающего момента для моделирования с формой C1 = Kθa + СО, где K является аэродинамической жесткостью (в зависимости от точки полета, высоты, скорости и т.д.), Ga является угловым положением вала привода, и СО является независимым постоянным вращающим моментом для Ga, и предполагая, что жесткость торсионного стержня равна KO, угол θco представляет следующее:

KO (θ-θa) = Kθa + СО,

то есть θco = (K/K0 +1) θa + СО/КО, при условии, что θ по существу равно θco.

Таким образом, функция перехода от θ к θco в результате слежения за положением моментного электродвигателя будет следующей:

θ/θco = 1/(1+a·p + b·p2 + c·p3),

где

b=1/ωО2,

a=2ξ/ωО,

c/b << 1/ωО,

p = оператор Лапласа.

Пороговая амплитуда импульса выбрана таким образом, чтобы она была приблизительно вдвое выше, чем у привода.

ξ = затухание аппроксимированной функции преобразования второго порядка.

Чтобы улучшить динамику управления вращающим моментом, предпочтительно выполнять фазовое опережение, профильтрованное на θco.

Например, углы θ1 и θ2 моментных электродвигателей 8, 9 могут охватывать угловой диапазон приблизительно 20-25°. Во время испытаний эти углы θ1 и θ2, а также угол θa вращающегося вала 3 привода 4 естественно очень близки друг другу, но несколько отличаются из-за отклонения Ya вращающегося вала под действием радиальных нагрузок от шатунов.

Также следует отметить, что каждый модуль содержит электронные и механические средства (не показаны на фигурах) для ограничения углового люфта и скорости моментных электродвигателей, чтобы предохранить привод и соответственно сделать стенд надежным и защищенным.

Таким образом, в дополнение к тому, что компоненты стенда быстро собираются и демонтируются благодаря модульности последнего и отсутствию взаимодействия между указанными компонентами, такой динамический стенд предусматривает более легкое выполнение приводов, проверку и обоснование спецификаций относительно эксплуатационных потребностей (вращающий момент/скорость, ускорение, жесткость и т.д.), достоверную оценку заданного рабочего профиля полета и более реалистическую квалификацию и сертификацию привода.

1. Стенд для испытания динамической нагрузки, приспособленный для приложения к вращающемуся валу (3) испытуемого механизма (4), такого как привод и т.п., радиальных нагрузок и переменных вращающих моментов, создаваемых управляемыми средствами (2) воспроизведения, причем указанные управляемые средства воспроизведения указанных радиальных нагрузок и указанных переменных вращающих моментов включают два идентичных воспроизводящих модуля (5, 6), расположенных параллельно и симметрично относительно указанного испытуемого вращающегося вала (3), в котором каждый модуль (5, 6) содержит:
моментный электродвигатель (8, 9) с ведущим валом (8В, 9В), параллельным указанному испытуемому валу, причем указанные моментные электродвигатели указанных двух модулей вращаются в одном направлении;
торсионный стержень (10, 11), соосный и составляющий единое целое с указанным ведущим валом моментного электродвигателя и проходящий через один из его концов; и
соединение (12, 13, 14) из шатуна и кривошипа, соединяющее другой конец указанного торсионного стержня с указанным испытуемым валом в плоскости, перпендикулярной последнему и указанным ведущим валам, таким образом, что в указанной перпендикулярной плоскости указанные шатуны двух модулей параллельны и симметрично смещены на 180° друг от друга относительно испытуемого вала и их соответствующих ведущих валов указанными кривошипами.

2. Стенд по п.1,
в котором ведущий вал (8В, 9В) каждого моментного электродвигателя полый и имеет сквозной осевой проход, внутри которого торсионный стержень (10, 11) соединен одним из его концов, составляющим одно целое с указанным полым валом, и другой конец выходит из указанного полого вала и соединен с указанным соответствующим соединением из шатуна и кривошипа.

3. Стенд по п.1,
в котором шатуны (12А, 14А) соединений (12, 14) соединены на одной стороне с испытуемым вращающимся валом (3) двойным общим кривошипом (13), установленным его центром на указанном вращающемся валу и несущим на его диаметрально противоположных концах относительно его центра указанные шатуны соответственно, и на другой стороне с соответствующими торсионными стержнями (10, 11) двумя простыми идентичными кривошипами (12В, 14В), установленными со смещением на 180° друг от друга на указанных торсионных стержнях.

4. Стенд по п.1,
в котором шатуны (12А, 14А) установлены на соответствующих кривошипах (12В, 14В) указанных соединений посредством суставчатых муфт (20) с зазором в коническом отверстии.

5. Стенд по п.4,
в котором суставчатые муфты (20) с зазором в коническом отверстии являются муфтами типа сферического колена.

6. Стенд по п.3,
в котором расстояние между осями двойного кривошипа (13), отделяющее испытуемый вращающийся вал от каждого шатуна, идентично расстоянию между осями каждого простого кривошипа (12В, 14В), отделяющему торсионный стержень (10, 11) от соответствующего шатуна (12А, 14А).

7. Стенд по п.1,
в котором моментные электродвигатели (8, 9) модулей (5, 6) являются электрическими двигателями бесщеточного типа.

8. Стенд по п.1,
в котором торсионные стержни (10, 11) откалиброваны по жесткости при кручении.

9. Стенд по п.1,
в котором каждый модуль (5, 6) также содержит датчик (18) углового положения указанного ведущего вала моментного электродвигателя и датчик (19) углового положения указанного соответствующего торсионного стержня, причем управляемые средства (2) содержат электронное следящее устройство (21) для углового положения, выдаваемого каждым датчиком указанных моментных электродвигателей, как функции углового положения вращающегося вала указанного испытуемого устройства, и электронный блок (24) питания, соединенный с указанным следящим устройством и питающий указанные моментные электродвигатели.

10. Стенд по п.1,
в котором каждый из модулей (5, 6) содержит электронное и/или механическое средство для ограничения углового люфта и скорости каждого моментного электродвигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при исследованиях работы зубчатых передач, преимущественно низкоскоростных.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытания механических передач, и может применяться, в частности, для испытания зубчатых передач при их изготовлении или в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано в стендах замкнутого контура при обкатке и испытании элементов машин.

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в испытательной технике, а именно в стендах для испытания машин, механизмов, валов, агрегатов, приводов и т.п.

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для проведения испытаний узлов хвостовой части трансмиссий вертолетов. .

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для диагностики механических трансмиссий горных и технологических машин. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах контроля ветряных двигателей. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при исследованиях работы зубчатых передач, преимущественно низкоскоростных.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при исследованиях работы зубчатых передач. .

Способ включает обработку заготовки и измерение ее профиля в двух поперечных сечениях. Для повышения точности до обработки измеряют в двух удаленных друг от друга поперечных сечениях значения биения, размера и профиля базовых и обрабатываемых поверхностей заготовки, при закреплении заготовки на станке фиксируют положение точек измерения относительно зажимных элементов оснастки, а также фактические параметры процесса резания, причем деталь с обработанной поверхностью измеряют в тех же точках и от тех же измерительных баз, что и заготовку, затем по результатам измерения определяют положение оси вращения инструмента и оси зажимных элементов оснастки, и по уменьшению значения диаметра обработанной поверхности относительно настроечного размера режущего инструмента с учетом радиальной составляющей силы резания, рассчитанной для фактических параметров процесса резания, определяют жесткость инструментальной оснастки. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к стендовым испытаниям коробок перемены передач тракторов и других транспортных средств. Способ включает многократное циклическое нагружение коробки перемены передач знакопеременной инерционной нагрузкой с реверсивным изменением скорости вращения коробки перемены передач от минимальной до максимальной для данного цикла нагружения. На этапах разгона и торможения используется один и тот же стендовый электродвигатель, работающий либо для генерирования крутящего момента, либо для создания тормозящего крутящего момента. Предлагается также стенд для обкатки коробок перемены передач, реализующий заявленный способ. Технический результат заключается в повышении эффективности обкатки коробок перемены передач транспортных средств и уменьшает затраты электроэнергии на обкатку коробок перемены передач. 2 н. и 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания механических передач, и может быть использовано для испытания зубчатых передач. Стенд содержит привод, входной и выходной валы для установки ведущих и ведомых колес зубчатых передач с одинаковым передаточным отношением соответственно, нагружатель, связанный с валом. Привод и входной вал соединены пальцевой муфтой, на входной и выходные валы установлены ведущие и ведомые колеса двух испытываемых передач соответственно. При этом один из валов выполнен в виде двух полых полувалов, а нагружатель выполнен в виде торсиона и поперечно-свертной муфты, одна полумуфта которой жестко закреплена на внешнем торце одного полого полувала, а вторая ее полумуфта жестко закреплена с выступающим из этого же полого полувала торцом торсиона, который расположен внутри полых полувалов и жестко закреплен одним концом на внешнем торце другого полого полувала. При этом стенд снабжен термометром и диагностической аппаратурой, а привод снабжен датчиком тока и напряжения и устройством для измерения частоты вращения двигателя. Техническим результатом является упрощение конструкции, увеличение объема информации, получаемой в ходе испытаний, а также комплексная оценка факторов, влияющих на потери мощности в зубчатой передаче. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения осевой собственной частоты вынужденных колебаний роторов силовых гироскопов. Установка содержит магнитоэлектрические обратные преобразователи, связанные с системой подвеса для установки силового гироскопа, устройство возбуждения колебаний, систему управления работой установки. Также установка оснащена вакуумной камерой с крышкой, магнитоэлектрические обратные преобразователи размещены на корпусе вакуумной камеры, а система подвеса в вакуумной камере. Причем установка оснащена системой вакуумирования камеры и системой терморегуляции полости камеры, размещенной в крышке камеры. При этом система терморегуляции состоит из элементов Пельтье и радиаторов, на которых установлены вентиляторы, элементы Пельтье и приводы вращения вентиляторов имеют возможность соединения с системой управления. 1 з.п ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при обкатке или при испытании зубчатых передач. Устройство содержит станину, соосный шестеренчатый механизм, содержащий выходные валы с фланцами, предназначенные для присоединения к ветвям контура, установленные соосно в корпусе в подшипниковых опорах, связанные между собой парами шестерен зубчатых передач с одинаковым передаточным отношением. При этом выходные валы соединены с возможностью изменения взаимного углового положения одного вала относительно другого. С этой целью устройство снабжено гидроцилиндром, корпус которого шарнирно закреплен на станине стенда, а шток поршня имеет проушину, соединенную осью с ответной проушиной, выполненной на корпусе нагружателя. При этом внешние относительно корпуса соосного шестеренчатого механизма концы выходных валов с фланцами установлены в подшипниковых опорах, закрепленных на станине стенда, так что корпус нагружателя имеет возможность поворота или качательного движения относительно оси выходных валов. Технический результат заключается в возможности регулирования создаваемого нагружающего крутящего момента без остановки стенда независимо от направления вращения валов стенда и от частоты вращения. 2 ил.
Изобретением решается задача оптимизации смазывания зубчатых передач пластичными смазочными материалами. Для этого способ испытания роликовой модели зубчатой передачи включает введение роликов во взаимный контакт с приложением к ним радиальной нагрузки, нанесение на рабочие поверхности роликов смазочного материала, приложение по меньшей мере к одному ролику крутящего момента и испытание модели с наблюдением за силой трения между роликами, причем при испытании осуществляют чередование одноразовых циклов возврата вытесненного с рабочих поверхностей роликов смазочного материала обратно на эти поверхности с периодами работы роликов без возврата смазочного материала до получения в конце каждого такого периода предельного значения силы трения, равного задаваемому единовременно на все время испытания, при этом путем варьирования изменяют продолжительности периодов работы роликов без возврата смазочного материала и количество возвращаемого за цикл возврата смазочного материала, сравнивают варианты и определяют оптимальное сочетание времени периода и количества материала.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования работы реальных зубчатых передач на их роликовых аналогах. Модель зубчатой передачи содержит пару сопряженных цилиндрических роликов 1 и 2, расположенных вертикально и установленных с возможностью вращения в корпусе 5 машины трения. Верхний ролик 1 снабжен парой пластин 12 и 13, прижатых к его торцевым поверхностям в зонах рабочей поверхности ролика, нижней его части со стороны входа ролика в контакт с другим роликом и подведенных к зоне контакта. Нижний ролик 2 снабжен уширителями 6 его рабочей поверхности. Через уширители перекинуты две нити 7 с охватом зоны контакта роликов, одними концами - со стороны входа роликов в контакт - они разведены и жестко закреплены на корпусе 5, а другими концами - со стороны выхода роликов из контакта - сближены друг с другом посредством направляющей 8 и натянуты грузом 10. В результате появляется возможность осуществить возврат смазки, вытесненной из зоны контакта роликов, обратно в эту зону. 4 ил.

Изобретение относится к стендам для испытаний коробок передач транспортных средств. Стенд представляет собой корпус, в котором под действием рукоятки совершает поворотное движение вал. Вал воздействует держателем с шаровой опорой на рычаг, качательное движение которого передается через жесткую тягу непосредственно на рычаг выбора передачи механизма переключения. Рукоятка, совершая качание в другой плоскости, через тягу осуществляет поворот рычага, который через палец и жесткую тягу воздействует на рычаг включения передачи механизма переключения. Жесткие тяги, примыкающие и воздействующие непосредственно на органы управления механизма переключения передач, на обоих концах имеют быстросъемные наконечники шарового типа. При этом местоположение и направление движения тяг конструктивно максимально приближенно к реальному положению и движению тросов при эксплуатации автомобиля. Достигается возможность испытания коробок передач с тросовым приводом. 6 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при исследованиях процессов массопереноса пластичного смазочного материала при работе зубчатых передач. Модель зубчатого колеса содержит фрагмент зубчатого венца с зубьями, на торцах которых укреплены кольцевые накладки, причем эти накладки выполнены из оптически прозрачного материала, например стекла. Технический результат заключается в возможности изучения процессов массопереноса смазочного материала при работе зубчатых передач в случае наличия кольцевых накладок на торцах зубьев зубчатого венца колес. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в испытательной технике, а именно в стендах для испытания машин, механизмов, валов, агрегатов и приводов. Механизм загрузки крутящим моментом содержит узел зубчатой передачи и узел исполнительного механизма. Узел зубчатой передачи включает в себя внутреннюю часть и наружные части. Зубчатые колеса с винтами, стопорными шайбами и гайками, а также эксцентриковая деталь с четырьмя лысками позволяют балансировать динамически внутреннюю часть до требуемого дисбаланса. Обеспечивается устранение высокого уровня вибрации узла зубчатой передачи и гарантированно обеспечиваются смазкой опоры качения и шлицы. 6 ил.
Наверх