стенд для усталостных испытаний образцов

Формула изобретения

Стенд для усталостных испытаний образцов, содержащий корпус, расположенные в корпусе с возможностью вращения левую и правую гайки, взаимодействующие с гайками винты с захватами для установки образца и установленные с возможностью осевого перемещения, кинематическую цепь, представляющую собой четыре пары зубчатых колес, связывающих винты с гайками таким образом, что колеса, сидящие на винтах, и колеса, сидящие на гайках, вращаются посредством зубчатых колес, жестко закрепленных на входном валу, причем колеса, сидящие на винтах, имеют числа зубьев а+1, сопряженные с ними колеса, сидящие на входном валу, имеют числа зубьев а, колесо, сидящее на левой гайке, имеет число зубьев а+2, сопряженное с ним колесо имеет число зубьев а+1, колесо, сидящее на правой гайке, имеет число зубьев а+3, сопряженное с ним колесо имеет число зубьев а+2, где значение числа а принадлежит рекомендуемому диапазону значений чисел зубьев с интервала от 12 до 157, что ограничено возможностью изготовления зубчатых колес.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для усталостных испытаний образцов при комбинированном нагружении, и обеспечивает нагружение испытуемого вращающегося образца как одноосной нагрузкой при растяжении (сжатии), так и сочетанием последней с возрастающим крутящим моментом.

Известна машина для испытания образцов на растяжение (Пат. 2212647 RU, МПК⁷ G01N 3/08, опубл. 2003.09.20).

Машина содержит силовую раму, выполненную в виде основания и неподвижной траверсы, связанные между собой колоннами, подвижную траверсу и механизм перемещения подвижной траверсы, выполненный в виде двух пар винтовых передач, ходовые винты которых установлены в силовой раме на подшипниках, а гайки расположены в подвижной траверсе и скреплены с ней посредством болтов. Машина также содержит захваты, закрепленные на подвижной траверсе и на силоизмерительном датчике. Две пары винтовых передач расположены симметрично относительно оси захватов, причем любая из них может считаться основной или дополнительной. Ходовые винты имеют взаимно противоположное направление винтовых линий и кинематически связаны между собой таким образом, чтобы их направление вращения было взаимно противоположным, а вращение происходило одновременно и с одинаковой частотой.

Машина позволяет получать значительные осевые усилия при малой скорости деформирования образца.

Недостатком данного механизма является однонаправленное приложение осевых нагрузок на образец.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для испытания образцов на усталость при круговом изгибе (Заявка 92006837 RU, МПК⁶ G01N 3/32, опубл. 1996.12.20), содержащее основание, установленные на нем во вращающихся опорах захваты для трубчатого образца, механизм вращения, например, захвата, нагружатель образца статической силой с подвеской в виде кольца для передачи нагрузки на образец, нагружатель осевой силой сжатия или растяжения в виде установленного на основании силового гидроцилиндра, штоком шарнирно соединенного с приводной вращающейся опорой захвата образца, и упорных подшипников вращающейся опоры захвата для восприятия усилий сжатия или растяжения, нагружатель образца статическим крутящим моментом, содержащий стержневой элемент с калиброванной крутильной жесткостью, центрально размещенный в отверстии образца и во вращающихся опорах захватов образца, сочлененный с вращающимися опорами шлицевыми, шпоночными или зубчатыми соединениями для обеспечения возможности его осевого перемещения относительно опор, зацепы в виде проушин или выступов, выполненные на захвате для относительного разворота захвата образца, фиксаторы, например болты, для фиксации захвата на вращающейся опоре для ее стопорения. Данное устройство позволяет испытывать образцы на усталость при комбинированном нагружении, с возможностью нагружения образца статическим крутящим моментом.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения испытаний образцов на одноосное растяжение (сжатие) и совместное действие одноосного растяжения (сжатия) с переменной деформацией кручения.

Технический результат достигается за счет обеспечения малой разницы угловых скоростей гаек и взаимодействующих с ними винтов, последние осуществляют осевое перемещение вместе с закрепленным в захватах винтов образцом, причем при обеспечении разности относительных угловых скоростей винтов образец за счет циркулирующего в стенде замкнутого силового контура подвергается деформации кручения при одновременном растяжении или сжатии.

Указанный технический результат достигается тем, что в стенде для усталостных испытаний по схеме замкнутого контура, содержащем корпус, расположенные в корпусе с возможностью вращения левую и правую гайки, взаимодействующие с гайками винты с захватами для установки образца и установленные с возможностью осевого перемещения, кинематическую цепь, представляющую собой четыре пары зубчатых колес, связывающих винты с гайками таким образом, что колеса, сидящие на винтах и колеса, сидящие на гайках вращаются посредством зубчатых колес, жестко закрепленных на входном валу, причем колеса, сидящие на винтах имеют числа зубьев а+1, сопряженные с ними колеса, сидящие на входном валу имеют числа зубьев а, колесо, сидящее на левой гайке имеет число зубьев а+2, сопряженное с ним колесо имеет число зубьев а+1, колесо, сидящее на правой гайке имеет число зубьев а+3, сопряженное с ним колесо имеет число зубьев а+2, где значение числа а принадлежит рекомендуемому диапазону значений чисел зубьев с интервала от 12 до 157, что ограничено возможностью изготовления зубчатых колес.

На чертеже изображена схема предлагаемого дифференциального механизма.

Стенд для усталостных испытаний по схеме замкнутого контура состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, входного вала 3, винтов 4 и 5 с захватами для установки образца 6, взаимодействующих соответственно с левой и правой гайками 7 и 8 посредством кинематической цепи, представляющей собой четыре пары зубчатых колес z ₁...z₈ для вращения винтов 4, 5 и гаек 7, 8 при одинаковом направлении их угловых скоростей. Винты 4 и 5 установлены с возможностью осевого перемещения.

Стенд для усталостных испытаний образцов содержит корпус 1, расположенные в корпусе 1 с возможностью вращения левую 7 и правую 8 гайки, взаимодействующие с гайками 7, 8 винты 4, 5 с захватами для установки образца 6. Винты 4, 5 установлены с возможностью осевого перемещения. Кинематическая цепь стенда для усталостных испытаний образцов представляет собой четыре пары зубчатых колес z ₁-z₂, z₃-z ₄, z₅-z₆, z ₇-z₈ связывающих винты 4, 5 с гайками 7, 8 таким образом, что колеса z₁, z ₅, сидящие на винтах 4, 5 и колеса z₄ , z₈, сидящие на гайках 7, 8, вращаются посредством зубчатых колес z₂, z ₃, z₆, z₇, жестко закрепленных на входном валу 3. Колеса z ₁, z₅, сидящие на винтах 4, 5 имеют числа зубьев а+1, сопряженные с ними колеса z ₂, z₆, сидящие на входном валу 3 имеют числа зубьев а, колесо z₄, сидящее на левой гайке 7 имеет число зубьев а+2, сопряженное с ним колесо z₃ имеет число зубьев а+1, колесо z ₈, сидящее на правой гайке 8 имеет число зубьев а+3, сопряженное с ним колесо z₇ имеет число зубьев а+2.

Варианты сочетаний значений чисел зубьев (в том числе описанный выше вариант Б):

Стенд для усталостных испытаний по схеме замкнутого контура работает следующим образом.

При вращении входного вала 3, посредством электродвигателя 2, винты 4 и 5 с левой и правой гайками 7, 8, соответственно, вращаются в одну сторону, но с малой разностью угловых скоростей между винтами 4, 5 и сопряженными с ними гайками 7, 8.

При этом для варианта А сочетаний значений чисел зубьев, образец 6 подвергается только деформации растяжения (сжатия) при равных осевых скоростях винтов 4 и 5. По варианту Б сочетаний значений чисел зубьев, образец 6, кроме деформации растяжения (сжатия), в результате замкнутого силового потока, подвергается деформации кручения. Возникновение замкнутого силового потока объясняется малой разницей передаточных отношений в зубчатых парах z₃-z₄ и z₇-z₈. В результате этого образец 6 подвергается постоянному «скручивающему натягу» при одновременном растяжении или сжатии в зависимости от направления заходности резьбы винтов 4 и 5. Изменение сочетаний значений чисел зубьев позволяет плавно регулировать как скорость деформирования при растяжении (сжатии) образца, так и величину «скручивающего натяга».

Данный стенд для усталостных испытаний по схеме замкнутого контура позволяет достигать значительные осевые усилия, исключает использование торсионов и гидроцилиндров, а циркулирующий нагружающий контур обеспечивает минимальные энергетические затраты.