Курсовая тепломеханика. Документ Microsoft Word. Основные задачи при создании стенда
 Скачать 442.21 Kb.
|
|
Введение Проблема сопротивления усталости для летательных аппаратов, транспортных средств, энергетического оборудования по-прежнему актуальна. Усталость во многом определяет назначенный ресурс конструкции, являющийся одним из основных технико-экономических показателей. Подтверждение ресурса в ходе опытной эксплуатации в большинстве случаев неприемлемо и по соображениям безопасности и с экономической точки зрения, поскольку существенно увеличивает сроки доведения конструкции до стадии промышленного продукта и тем длительно омертвляет капитал и увеличивает сроки окупаемости. При современном уровне знаний в области усталости лабораторные испытания являются наиболее эффективным средством для выявления слабых участков конструкции и установления назначенного ресурса. Поэтому ресурс конструкции устанавливают на основании лабораторных испытаний. Испытания на усталость последовательно проводятся на образцах материалов, на элементах конструкций с деталями, создающими концентрацию напряжений, и на заключительном этапе на целых конструкциях. Часто испытаниям подвергаются только отдельные законченные части конструкций, прочность и сопротивление усталости которых являются определяющими. Такими частями для самолётов и ракет в первую очередь являются крылья и оперение, шасси, узлы и устройства подвески грузов, воздушные винты. Испытания на усталость законченных конструкций проводятся путём моделирования в лабораторных условиях внешних воздействий, в той или иной степени отражающих условия эксплуатации. Испытания проводятся либо в режиме резонанса испытуемой конструкции, либо при вынужденном возбуждении на частотах, далёких от резонанса. Основные задачи при создании стенда Обеспечивать практические линейные свойства колебательной системы "образец-система растяжения образца" и возможность провести испытание без ограничений на значение амплитуды вынужденных колебаний, что актуально для проектирования и эксплуатации лопастей, изготовленных из материалов с высокой усталостной прочностью, например из композиционных материалов. Устранить фактор дополнительного растяжения образца, вызванного изгибными колебаниями, а также простота настройки режима работы стенда. Конечной задачей является создание конструкции стенда, позволяющей проводить испытания натурных образцов лопастей нового поколения с достаточной достоверностью для повышения безопасности летательного аппарата. Обеспечивать практические линейные свойства колебательной системы "образец-система растяжения образца" и возможность провести испытание без ограничений на значение амплитуды вынужденных колебаний, что актуально для проектирования и эксплуатации лопастей, изготовленных из материалов с высокой усталостной прочностью, например из композиционных материалов. Устранить фактор дополнительного растяжения образца, вызванного изгибными колебаниями, а также простота настройки режима работы стенда. Конечной задачей является создание конструкции стенда, позволяющей проводить испытания натурных образцов лопастей нового поколения с достаточной достоверностью для повышения безопасности летательного аппарата. Решение задачи Поставленные задачи решены благодаря тому, что стенд для усталостных испытаний образцов лопастей воздушного винта летательного аппарата, содержащий шарнирные узлы для крепления образца на станине с возможностью его изгибно-крутильных колебаний в заданной плоскости, силовозбудитель нагружения образца растягивающей нагрузкой, установленный последовательно с образцом с помощью системы тросов и блоков, и вибратор, снабжен двумя упругими элементами разной жесткости, упругий элемент меньшей жесткости установлен последовательно с образцом в цепи нагружения его растягивающей нагрузкой, а упругий элемент большей жесткости установлен с возможностью подсоединения к цепи нагружения параллельно упругому элементу меньшей жесткости, причем соотношение величин жестокостей упругих элементов находится в диапазоне 0,01-0,001. Общий вид стенда и его основные элементы  Образец 1 закреплен на станине 2 с помощью шарнирных узлов 3 и системы тросов 4 и блоков 5, 6, шкивы которых посажены на опорные подшипники (фиг. 1). Шкив блока 6 установлен на плече двуплечего рычага 8, закрепленного на станине 2 на оси 9. Другое плечо рычага 8 соединено через упругий элемент, выполненный в виде пакета амортшнуров 10, с гидроцилиндром 11, предназначенным для нагружения образца 1 растягивающей нагрузкой. Сила натяжения образца контролируется с помощью тензоскалки 13. Между пакетом амортшнуров 10 и плечом рычага 8 установлена добавочная масса 14. Вибратор направленного действия 15, задающий вынужденные изгибно-крутильные колебания образца 1, установлен на узле блока 5 тросовой системы. Узел установки торсиона на стенде  Станина 2 имеет (фиг. 1, 2) установочную планку 16 с рядом отверстий 17 для крепления с помощью болтов 18 торцевого фланца 19 трубы-торсиона 20. Жесткость трубы-торсиона 20 должна быть в 100-1000 раз больше по сравнению с жесткостью пакета амортшнуров 10. Выполнение соотношения величин жесткостей упругих элементов в заявленном диапазоне 0,01-0,001 позволяет обеспечить требуемый режим работы стенда при различных характеристиках испытываемого образца лопасти. Торсион с рычагом  Труба-торсион 20 снабжена рычагом 21, установленным на нем с помощью шлицевого соединения (фиг. 3, 4). Рычаг 21 имеет ряд отверстий 22, соответствующих шагу отверстий 17 в установочной планке 16, для регулирования его плеча, что позволяет регулировать жесткость трубы-торсиона 20 при настройке стенда в диапазоне 1:10. К рычагу 21 крепится тяга 23, соединяющая рычаг 21 с осью опорного подшипника шкива блока 6. Тяга 23 снабжена тандером 24 для подключения трубы-торсиона 20 в цепь нагружения образца 1 параллельно пакету амортшнуров 10 (фиг. 4). Работа стенда Образец 1, закрепленный с помощью шарнирных узлов 3, растягивается гидроцилиндром 11 до заданного значения силы растяжения образца. Сила натяжения образца, контролируемая тензоскалкой 13, уравновешивается упругостью пакета амортшнуров 10. При растянутом с помощью пакета амортшнуров 10 образце 1 к узлу крепления блока 6 тросовой системы на двуплечем рычаге 8 подключают рычаг 21 трубы-торсиона 20 с помощью тяги 23. С помощью тандера 24 создают преднатяг трубы-торсиона 20, составляющий 2-3% от заданного значения силы растяжения образца. Подбираются значения жесткости торсиона 20 и значение М добавочной массы 14 такими, чтобы обеспечить частоту резонанса упругой системы растяжения образца с частотой, равной или близкой к частоте 2-ой гармоники вынужденных колебаний образца. Настройка колебательного контура осуществляется путем выбора оптимальной жесткости изменением точки закрепления тяги 23 к рычагу 21 и соответствующим перемещением планки 16, а также установкой, при необходимости, добавочной массы 14. Вынужденные колебания образца задаются вибратором направленного действия 15, воздействующего силой P на образец (фиг. 4, 5). Сила вибратора возбуждает колебания системы "образец, упругие и подвижные элементы стенда". Крутящий момент задается вибратором направленного действия 15, равнодействующая сила которого создает вертикальную силу в точке, не принадлежащей центру изгиба. Схема упругой линии при вынужденных колебаниях образца представлена на фиг. 5.  Форма совместных изгибно-крутильных колебаний образца и звеньев системы такова, что обеспечивает нагружение образца заданными значениями нормальных и касательных напряжений. Стенд позволяет проводить испытания лопастей из композиционных материалов и создавать напряженное состояние в образце, при котором возникают разрушения элементов конструкции от усталости в расчетных сечениях. |