устройство для испытания материалов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ, содержащее станину и укрепленную на ней вертикальную стойку с шарнирно закрепленным равноплечим коромыслом, пассивный и активный захваты для образца метериала, кулачки, закрепленные на вертикальной стойке, нагружающее приспособление в виде зубчато-реечного механизма, колесо которого имеет общую ось поворота, перпендикулярную стойке, с кулачками, грузы, подвешенные к соответствующим плечам коромысла и соединенные с помощью гибкой связи с соответствующей поверхностью скольжения кулачка, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй активный захват, расположенный на балке, закрепленной на вертикальной стойке перпендикулярно ей, и дополнительно снабжено гидроцилиндром, шток которого жестко связан посредством направляющих поступательного перемещения с рейкой зубчато-реечного механизма, поверхность скольжения кулачков профилирована по спирали Архимеда, а пассивные захваты выполнены в виде ласточкина хвоста.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытаниям материалов при циклическом нагружении и может быть использовано для определения остаточного ресурса деталей в различных отраслях машиностроения.

Известен стенд для испытания материалов при циклическом нагружении [1] содержащий станину, на которой размещен приводной вал с эксцентриковым механизмом, кинетически связанный с ним узел крепления одного конца испытываемой детали (активный захват) и приспособление для статического нагружения, предназначенное для установки в нем другого конца детали (пассивный захват).

Недостатком данного устройства является недостаточная технологическая возможность проведения испытаний на другие виды деформации и невозможность определения остаточного ресурса детали в жестком или мягком режимах нагружения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для испытания материалов на усталость при изгибе [2] содержащее станину и укрепленную на ней вертикальную стойку с шарнирно закрепленным равноплечим коромыслом, пассивный и активный захваты для образца материала, кулачки, закрепленные на вертикальной стойке, нагружающее приспособление в виде зубчато-реечного механизма, колесо которого имеет общую ось поворота, перпендикулярную стойке, с кулачками, грузы, подвешенные к соответствующим плечам коромысла и соединенные с помощью гибкой связи с соответствующей поверхностью скольжения кулачка.

Недостатком этого устройства является то, что оно неприемлемо для испытания на кручение детали, снятия петли гистерезиса, по которой находят скорость роста микротрещин в процессе испытаний, а также невозможно подвергать испытанию деталей различных размеров и обеспечить заданную амплитуду деформации образца.

Цель изобретения повышение точности измерения и расширение технологических возможностей устройства путем дополнительного подключения второго активного захвата, расположенного на балке, закрепленной на вертикальной стойке перпендикулярно ей и дополнительно снабженного гидроцилиндром, шток которого жестко связан посредством направляющих поступательного перемещения с рейкой зубчато-реечного механизма, поверхность скольжения кулачков профилирована по спирали Архимеда, а пассивный захват выполнен в виде ласточкина хвоста.

На фиг.1 представлена установка, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 тарировочная кривая кулачка; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 конструкция активного захвата.

Устройство содержит станину 1, вертикальную стойку 2, два пассивных захвата 3, укрепленных на направляющих 4 и 5 типа ласточкина хвоста, активный захват 6, зубчатую рейку 7, зубчатое колесо 8, жестко связанное с кулачками 9 и 10, поверхность скольжения которых профилирована по спирали Архимеда и соединена с грузами 11 и 12 через гибкие связи 13, 14, блоки 15, 16 и с коромыслом 17, горизонтальную балку 18, имеющую направляющее скольжение типа ласточкина хвоста, счетчик 19 импульсов, корпус 20, имеющий направляющий с шариковыми телами качения, гидроцилиндр 21, две вертикальные штанги 22 и 23, шатун 24 и привод 25.

Установка работает следующим образом.

При включении привода 25 шток гидроцилиндра 21 выдвигает корпус 20 по вертикальным штангам 22 и 23 в верхнее положение, при этом зубчатая рейка 7 входит в зацепление с зубчатым колесом 8 и начинает совершать возвратно-вращательное движение от зубчатой рейки 7, соединенной по направляющим шариковыми телами качения корпуса 20 через шатун 24 с приводом 25. В нижней части вертикальной стойки закреплены оси с треугольными шлицевыми пазами, на которых установлены два кулачка 9 и 10, имеющие на рабочей поверхности продольные пазы для уменьшения трения между витками гибкой связи 11 и 12 и предотвращения их соскальзывания, выполненные по спирали Архимеда, обеспечивающие линейную зависимость величины деформации (нагружения) образца от возвратно-вращательного движения кулачков 9 и 10, имеющие высокую точность замера петли гестерезиса испытываемых образцов без снятия их с установки.

Возвратно-поступательное движение кулачков обеспечивает поочередно натяжение гибких связей 11 и 12, проходящих через соответствующие блоки 15 и 16, подъем и опускание грузов 11 и 12, подвешенных на плечи коромысла 17, которое шарнирное установлено в верхней части вертикальной стойки станины 2. В центре коромысла 17 жестко закреплен универсальный активный захват 6 для крепления испытываемого образца как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях с двумя пассивными захватами 3, расположенными на направляющих типа ласточкина хвоста, выполненных на одной стороне планки 4, жестко закрепленной на вертикальной стойке станины 2 и горизонтальной балке 18, которая с одной стороны имеет направляющее скольжение типа ласточкина хвоста, служащее для измерения расстояния между центрами активного захвата 5 и пассивных захватов 3 при испытании образцов различной длины на изгиб или кручение.

Использование консольно закрепленной горизонтальной балки 18 с первым пассивным захватом 3 дает возможность проводить испытания только на кручение, а вертикальная стойка станины 2 со вторым пассивным захватом 3 на изгиб, причем привод 25 позволит проводить испытания одновременно двух образцов.

Амплитуда деформации образцов зависит от предварительно установленных положений кулачков 9 и 10, укрепленных на оси зубчатого колеса с треугольными шлицами, обеспечивающими минимальный угол поворота при переустановке кулачка 9 и 10 для испытания образцов при различных амплитудах деформации в пределах каждого цикла как при жестком, так и при мягком режимах нагружения.

Петлю гистерезиса в пределах определенных циклов снимают при выключенном приводе 25, причем шток гидроцилиндра 21 опускается в нижнее положение и выводит зубчатую рейку 7 из зацепления с зубчатым колесом 8. С помощью кулачка 9 и 10 и комплекта плоских гирь, ступенчато навешиваемых на одно из плеч коромысла 17, фиксируют величину деформации при ступенчатой нагрузке и разгрузке образца с помощью тензоизмерительной аппаратуры, подключенной к образцу.

Использование изобретения в машиностроении позволит повысить точность ресурсных испытаний на 15-50% одновременно при чистом изгибе и кручении одинаковых материалов, снять энергетические свойства образцов и оценить скорость роста микротрещин при мягком и жестком режимах нагружения.

Согласно данным проведенных экспериментов в промышленных условиях изобретение может быть использовано в народном хозяйстве. Оно расширяет технологические возможности при испытании материалов на усталость, повышает точность нагружения (деформаций), снятие площади петли гистерезиса и скорости роста микротрещин.