способ испытания пружин сжатия

Формула изобретения

Способ испытания пружин сжатия, заключающийся в том, что испытываемую пружину предварительно контролируют на правильность геометрии, прилагают силу для осевого перемещения, определяют напряжение в витках при осевом перемещении и на подвижном торце возбуждают колебания с заданной амплитудой и частотой, отличающийся тем, что перед возбуждением колебаний пружину сжатия растягивают на величину осевого перемещения, большую максимально допустимой величины осевого перемещения сжатия, определяемой смыканием витков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при испытаниях клапанных пружин как элементов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ испытания пружин [Остроумов В.П. и др. Повышение динамической прочности пружин, Москва-Свердловск, Машгиз,1961, с. 72], по которому пружины для испытания берут определенной длины и навинчиваются на втулки до рисок, нанесенных на втулках, что дает стабильность результатов испытаний. Напряжение в пружине при испытании на приспособлении подсчитывают исходя из следующих соображений

_экв= M/0,1d³

где M - изгибающий момент, приложенный к торцу пружины;

d - диаметр проволоки, из которой навита пружина;

_экв - эквивалентное напряжение.

Недостатком этого способа испытания пружин на изгиб является соударение витков, что приводит к искажению картины испытаний и невысокая производительность по причине малой нагрузки, ограниченной смыканием витков при одностороннем изгибном сжатии, что увеличивает длительность испытаний пружины.

Известен также способ испытания пружин на многоцикловую усталость [Остроумов В. П. и др. Повышение динамической прочности пружин, Москва-Свердловск, Машгиз - 1961, с. 65], сущность которого заключается в том, что испытываемую пружину надевают на цилиндрический стержень, предварительно сжимают на величину прогиба от статической нагрузки, устанавливают величину амплитуды колебаний, подвижного вдоль продольной от цилиндрического стержня конца пружины, которому кинематически задают определенную частоту колебаний, например, за счет изменения частоты вращения кривошипа кровошипно-кулисного механизма для испытаний пружин.

Недостатком этого способа является невысокая производительность по причине малой нагрузки на пружину, ограничиваемой смыканием витков при сжатии, что увеличивает длительность испытаний пружины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ испытания пружин [А.С. СССР N 1762026, МПК⁶ F 16 F 1/00, опубл. 15.09.92 г. ], заключающийся в том, что испытываемую пружину предварительно проверяют на правильность геометрии, определяют упругую характеристику, напряжения в витках и статический прогиб, сжимают на величину последнего и на подвижном торце возбуждают колебания с заданной амплитудой, а перед возбуждением колебаний определяют минимально допустимый зазор между витками по формуле

H_заз = (H₀ - H₃ - F₁ - F_a)/(n+1)

где H₀ - высота пружины в свободном состоянии;

H₃ - высота пружины, сжатой до соприкосновения витков;

F₁ - статический прогиб пружины;

F_а - максимально расчетная амплитуда прогиба;

n + 1 - число зазоров между витками пружины с учетом опорных витков, после чего регулируют частоту колебаний на подвижном торце пружины для установки между витками зазора H_заз.

Недостатком этого способа является невысокая производительность по причине малой нагрузки на пружину, ограничиваемой смыканием витков пружины, что увеличивает длительность испытания пружины.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - сокращение длительности испытаний пружин сжатия.

Поставленная задача достигается тем, что испытываемую пружину предварительно контролируют на правильность геометрии, прилагают силу для осевого перемещения и определяют напряжение в витках при осевом перемещении, и на подвижном торце возбуждают колебания с заданной амплитудой и частотой, в отличие от прототипа, перед возбуждением колебаний пружину растягивают на величину осевого перемещения, большую максимально допустимой величины осевого перемещения сжатия, определяемой смыканием витков.

Сущность способа поясняется чертежом (фиг. 1). Устройство, реализующее способ, содержит: неподвижную часть вибростола 1, на ней установлена подвижная часть вибростола 2, на которую монтируется плита 3, а на ней крепежная деталь 4, фиксирующая испытываемую пружину 5, верхний конец которой закреплен деталью 6, а крепежная деталь 6 крепится в приспособление 7, которое монтируется на неподвижной части вибростола.

Пример конкретной реализации способа.

Способ ускоренных испытаний клапанной пружины ДВС или пружин сжатия заключается в следующем. Испытываемую пружину изготавливают из материала - сталь марки 70ХГФА, с размерами:

высота пружины в свободном состоянии H₀ = 38,19 мм;

внутренний диаметр пружины 18,60,2 мм;

диаметр проволоки d = 3,6 мм;

угол подъема пружины < 12;

число витков n = 5,885,

затем проверяют на правильность геометрии формы, зачищают места под тензорезисторы, производят их наклейку и коммутацию проводов (в случае когда нужно измерять напряжения в витках пружины). После этого торцы испытываемой пружины устанавливают между неподвижной и подвижной опорами электродинамического стенда ВЭДС-400А, чтобы она была растянута на величину осевого перемещения см. фиг. 1.

= _пF

где _п - коэффициент осевой податливости пружины;

F - внешняя растягивающая нагрузка, определяемая из условия прочности.

Причем величина растяжения больше максимально допустимой величины сжатия, определяемой смыканием витков. В результате растяжения касательные напряжения _max , возникающие в витках пружины, больше значений касательных напряжений, возникающих при сжатии, и определяются по формуле

_max= 8kD_oF/d³= 8kFc/d² [_к]

где _max - максимальное касательное напряжение в сечении витка пружины;

k - коэффициент, учитывающий кривизну витков и форму сечения;

D₀ - средний диаметр пружины;

d - диаметр проволоки;

c = D₀/d;

[_к] - допускаемое касательное напряжение при кручении.

Большие значения касательных напряжений, возникающие в витках пружины при растяжении уменьшают количество циклов колебаний пружины до разрушения, что сокращает длительность испытаний. На подвижном торце пружины возбуждаются колебания с частотой не менее 25 Гц и амплитудой колебаний 1,6 мм (до 5 мм).

Так, например, при предварительном растяжении пружин до 20 мм длительность испытаний сокращается до 6,25 раз по сравнению с нормальными испытаниями. Данный способ испытания пружин сжатия, в том числе клапанных пружин ДВС, позволяет сократить длительность испытаний.