Объекты экспериментальных исследований

Объекты, исследуемые для решения задач прочности и ресурса в машиностроении (табл. 1), образуют условный хронологический ряд по этапам создания машины. На основе принятых для машины и ее агрегатов расчетных условий и критериев прочности и ресурса определяют минимальные объемы испытания стандартных образцов материалов и полуфабрикатов (О_ст, О_п) для уточнения базовых характеристик и зависимостей в условиях, близких к реальным ожидаемым условиям эксплуатации узла.

Экспериментальные исследования образцов-соединений (О_с), как стандартных, так и специальных, дают базовые характеристики и сравнительные данные о новых видах и технологиях соединений. Эти данные анализируют совместно с данными о жесткости, прочности, усталости и о массовых характеристиках известных соединений.

В разработке соединений, отдельных деталей, узлов, агрегатов и силовых конструкций в целом используют физические модели (М_с, М_а, М_к) и макеты.

Таблица 1.

Наименование объектов экспериментальных исследований	Обозначение	Решаемые задачи
Стандартные образцы материалов	Ост	Механические, упругие, жесткостные, усталостные, коррозионные характеристики, ползучесть и др.
Образцы полуфабрикатов	Оп	Характеристики изгиба, сдвига, смятия, отрыва, потери устойчивости, теплопрочности полуфабрикатов
Образцы соединений	Ос	Характеристики прочности, усталости, пол­зучести болтовых, заклепочных, сварных, клеевых, композиционных и других соединений
Модели соединений и отдельных деталей	Мс	Исследование на упруго- или конструк­тивно подобных моделях силовых потоков, НДС, перемещений, проверка приближен­ных теоретических расчетов, оптимизация конструкций на основе параметрических исследований
Модели агрегатов и узлов	Ма
Модели силовой конструкции машин	Мк
Полунатурные элементы конструкции: панели, стыки, детали, рамы, опоры, и др.	Нд	Исследование несущей способности, силовых потоков, НДС, перемещений, остаточных деформаций и напряжений, теплопрочности, выносливости, остаточной прочности и долговечности, динамики, ударных воздействий, вибро- и акустической прочности, коррозии и других воздействий на конструкции
Натурные агрегаты и узлы	На
Натурная силовая конструкция машины	Нк
Натурная машина (опытная или серийная)	Н	Исследование спектра нагрузок, реальных напряжений, долговечности, вибраций, кор­розии, старения и других параметров в эксплуатации

НДС – напряженно-деформированное состояние

В зависимости от объема исходных данных и целей, которые преследуют при создании моделей, рассчитывают, проектируют и изготовляют упругоподобные, конструктивно подобные и динамически подобные модели. Большинство их создают на этапе эскизного и рабочего проектирования, когда становятся более конкретными силовые связи, жесткости, массовые характеристики и формы деталей.

Количественные оценки для обоснования реальной долговечности и прочности конструкции получают испытаниями полунатурных и натурных деталей, узлов, агрегатов (Н_д, Н_а) по программам, максимально приближенным к эксплуатационным условиям, и по нагрузкам программного эквивалента. В некоторых случаях применяют ускоренные испытания, форсируя основные режимы работы конструкций: повышая частоту, уровень нагрузок и непрерывно проводя испытания.

Исследования натурной силовой конструкции Н_к на прочность и долговечность (ресурс) выполняют на основании действующих нормативно-технических документов.

Большие и трудоемкие исследования проводят на различных этапах создания машины для выявления работоспособности конструкции и материалов в местах силового контакта и трущихся поверхностей. Подшипниковые узлы, трансмиссии и передачи, робототехнические системы, энергоблоки и т.д. испытывают при стендовой и эксплуатационной наработке с измерением многих параметров. Условная классификация (табл.2) показывает объекты исследований механических систем на функционирование, основные задачи и требуемые технические средства испытаний.

Таблица 2

Объекты экспериментальных исследований (группы)	Обозначение	Примеры типовых образцов, узлов, агрегатов, машин	Примеры исследований объектов механических систем	Оборудование для испытаний
Образцы пар трения: антифрикционные, фрикционные, для анализа смазок	Опт	Образцы пальчиковые, пластинчатые, дисковые (торцовые), кольцевые (торцовые), типа вал-вкла­дыш или вал-втулка, вал-призма, вал-па­лец, ролик по роликам, шарик по шарикам	Определение коэфф. трения пар, моментов и сил трения, износостойкости материалов, условий изнашивания и заедания, фрикционной теплостойкости и изнашивания, сравнивание свойств смазочных материалов	Машины трения и специальные стенды (установки)
Модели триботехники	Мтб	Масштабные физические макро- и микромодели подвижных силовых узлов и соединений	Изучение изнашивания и параметров трения на моделях и пересчет данных на натурный объект согласно теории подобия и размерности	Установки и стенды, машины трения
Модели механизмов: кинематические динамические	Ммк Ммд	Масштабные кинематические модели сло­ж­ных пространственных механизмов. Структурные динамические модели	Изучение перемещений, скоростей и ускорений элементов механизма. Качественные оценки перегрузки, форм, частот, амплитуд и ускорений, устойчивости.	Установки и стенды, машины трения
Модели и макеты машин и робототехники	Ммм	Масштабные, аэродинамические, гидродинамические, воздушные-летающие, погружаемые, функци­ональнодействующие, увязочные и т.д.	Изучение функциональных характеристик объектов на моделях. Геометрическая увязка и оптимальное месторасположение узлов, агрегатов, элементов управления на макетах	Аэродинамические трубы, гидробассейны, грунты и специальные среды
Натурные узлы подвижных соединений	Нус	Подшипники, муфты, сцепления, тормоза, валы и уплотнения, направляющие станков, технологических и управляющих устройств, карданы и т.д.	Кинематическая точность и плавность хода, допустимые частоты вращения, биение, деформирующая и компенсационная способность (муфт), предельный износ, контактное схватывание, температурная выборка зазоров, шумность, КПД	Специальные стенды и приспособления
Натурные и полунатурные элементы передач и трансмиссий	Нэп	Зубчатые, червячные, планетарные, волновые передачи; цепные, ременные, винтовые (винт-гайка), шариковые передачи; карданные трансмиссии, редукторы, гидромеханические передачи и элементы.	Износостойкость при предельных и эксплуатационных контактных нагрузках, кинематическая точность и плавность при допустимых люфтах; жесткость и собственные частоты, допустимые ско­­­­рости шум, КПД, температурные режимы и надежность герметизации уплотнений и сальников	Специальные стенды и машины, приспособления и приборы регистрации параметров
Натурные передачи и трансмиссии	Нп
Натурные автоматические транспортирующие и робототехнические системы	Нар	Автоматические линии, транспортеры, тех­нологические роботы и гидроусилители, системы силового управления, шас­си, демпферы	Точность технологических и транспортирующих операций, оценка допустимого износа, надежность дублирования, жесткость, параметры деформирования, влияние вибраций и динамики	Полунатурные стенды и агрегаты
Натурные энергоагрегаты и энергомашины	Нэм	Атомные реакторы, парогенераторы, турбины, пневмокомпре­с­соры, ДВС, РД, ТРД, системы мотор-гене­ратор и т.д.	Стендовые и натурные испытания и исследования по специальной программе	Стенды и комплексы
Натурная машина, конструкция или система	Нк   Нн	Автомобили, тракторы, сельскохозяйственные, дорожные, горнодобывающие машины, станки, пре­ссы, прокатные станы, надводные и подводные суда, летательные и космические аппараты, буровые установки, атомные электростанции и т.д.	Натурные, эксплуатационные и пусковые испытания по специальной программе	Испытательные комплексы, полигоны