учебный прибор для измерения твердости материала

Формула изобретения

Учебный прибор для измерения твердости материала, содержащий жесткий рычаг с шариком, упругий стержень, подшипниковую опору рычага, гидравлический домкрат, столик с исследуемым образцом, отличающийся тем, что для создания и измерения усилия нажатия шарика на образец жесткий рычаг выполнен равноплечным, причем на конце жесткого рычага консольно закреплен упругий стержень, а на противоположных концах рычага и стержня установлены два часовых индикатора перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к учебным приборам для Вузов, а более конкретно к устройствам для измерения твердости материалов в условиях учебных мастерских.

Известны приборы для измерения твердости материалов по Бринелю ТЩ-2 и по Роквелу ТК-2 (см. В.М.Зуев. Лабораторные работы для подготовки термистов. Профтехобразование, М., "Высш. школа", 1978). Это сложные приборы, изготовленные по ГОСТу 9012-59 и ГОСТу 9013-59, используются в лабораторных условиях, с применением противовесов. Приборы в части измерения усилия не являются наглядными как учебные и не могут быть надежно использованы в учебных мастерских.

Известен пресс Бринеля (см. Справочник металлиста. Изд. пятое, М., - Л., Госнаучтехиздат., 1931) для измерения твердости материалов. В этом приборе на вертикальной раме в верхней части установлен гидроцилиндр штоком вниз, под ним в контакте через шарик исследуемый образец. Усилие нажатия определяется по давлению масла в цилиндре. Достоинством прибора является наглядность процесса измерения. Существенным общим признаком с изобретением для получения технического результата - создание усилия нажатия на образец, является наличие шарика и цилиндра.

Однако, непосредственное нажатие шарика на образец штоком гидроцилиндра ухудшает условия работы рамы, ее приходится усиливать. Расположение гидроцилиндра над образцом создает условия попадания масла на образец и шарик при его течи, что может исказить результат измерения.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, аналогов и прототипа при осуществлении технического результата: создание и измерение усилия нажатия шарика на образец при выполнении условия наглядности и надежности процесса в учебной мастерской.

Существенными признаками для получения технического результата являются:

- в приборе установлен равноплечный жесткий рычаг для передачи усилия на образец;

- применяется упругий стержень, закрепленный на рычаге, по деформации изгиба которого вычисляется усилие нажатия на образец;

- усилие нажатия вычисляется по показаниям двух часовых индикаторов перемещений, установленных на конце рычага и конце стержня;

- сила давления на упругий стержень осуществляется с помощью гидравлического домкрата, укрепленного на плите под стержнем.

На чертеже изображен общий вид заявленного учебного прибора для измерения твердости материала.

Прибор имеет жесткий равноплечный рычаг 1, на конце которого консольно укреплен упругий стержень 2. Рычаг установлен в подшипниковой опоре 3 и может поворачиваться вокруг ее оси. На свободный конец упругого стержня 2 снизу давит шток домкрата 4; усилие от действия домкрата передается через стержень 2, рычаг 1, оправку с шариком 6 на испытуемый образец со столиком 5. Перемещения конца стержня 2 и шарика 6 измеряются часовыми индикаторами перемещений 7 и 8.

Так как рычаг 1 имеет равные плечи, то при повороте его левый и правый концы имеют одинаковые перемещения, левый вниз, правый вверх. Это перемещение рычага фиксируется часовым индикатором 8. Перемещение свободного конца упругого стержня 2 при действии домкрата 4 фиксируется часовым индикатором 7.

Действительная упругая деформация у стержня 2, состоящая в его изгибе, вычисляется как разность показаний П7 и П8 часовых индикаторов 7 и 8.

y=П₇-П ₈.

По величине упругой деформации y стержня 2 вычисляется сила действия Р домкрата 4 на его свободный конец по формуле

где l - длина стержня 2;

Е - модуль упругости;

I - момент инерции сечения.

Сила F действия шарика на образец вычисляется по правилу равновесия рычага 1 и стержня 2 около оси опоры 3

где l₁ - длина рычага 1.

Число твердости по Бринелю НВ вычисляется по формуле

S - площадь поверхности отпечатка шарика на образце

D - диаметр шарика,

d - диаметр отпечатка, измеряется с помощью лупы со шкалой.

Прибор сконструирован и находится в стадии изготовления в учебных мастерских МГОУ для демонстрации на выставке НТТМ ВВЦ в 2007 г.