Устройство для испытания образца на сжатие

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/08

;10 >pi) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766798/28 (22) 11.12,89 (46) 15.04,92. Бюл. N. 14 (71) Московское научно-производственное объединение "Измеритель" (72) В.А.Годзиковский, Г.Г.Назаров, В.С.Ми-, хайлов и Л.В.Сидорова (53) 620.172.087(088.8) (56) Испытательная техника. Справочник под ред. В.В.Клюева, М.: Машиностроение, 1982, кн. 2, с. 520-523.

Авдеев Б.А. Испытательные машины и приборы. M.: Машгиз, 1957, с, 315 — 317, прототип. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА НА СЖАТИЕ (57) Изобретение относится к испытательной технике образцов материалов. Целью изобретения является повышение точности

„„5U„„1727027 А1 испытаний образцов с полусферическими головками за счет обеспечения соосности образца, рам реверсора и захватов нагружателя. Устройство для испытания образца на сжатие содержит нагружатель 1 с активным

23 и пассивным 8 захватами, реверсор, выполненный в виде двух размещенных друг в друге рам 10 и 20, каждая из которых связана с одним из захватов и выполнена в виде двух параллельных траверс 9, 11, 19 и 22, соединенных жесткими колоннами 12, 13 и

21, шарнирно взаимодействующего с траверсой 19 рамы 20 пуансона 17 и средства центрирования пуансона по оси симметрии верхней рамы 10. Образец 14 устанавливают в реверсор, центрируя его втулками 36, центрируют пуансон 17 относительно колонны 13, подгружают образец, закрепляют пуансон на колонне 12 и производят испытание образца. 4 ил.

1727027

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к средствам испытания образцов материалов на сжатие.

Цель изобретения — повышение точности испытания образцов с полусферическими головками за счет обеспечения соосности образца, рам реверсора и захватов нагружателя.

Известно устройство для нагружения образцов на испытательной машине, содержащее два опорных основания между которым зажимают образец и нагружают его силой сжатия.

Недостатком устройства является невысокая точность приложения нагрузки вследствие появления при небольших перекосах и эксцентриситетах образца значительных поперечных сил и моментов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для нагружения образцов на рычажной испытательной машине, содержащее реверсор с двумя входящими друг в друга верхней и нижней рамками, каждая из которых состоит из плоских поперечных опорных траверс, соединенных жесткими колоннами, верхняя рамка соединена с рычагом, а нижняя — с основанием машины.

Недостатком устройства является невысокая точность задания силы вследствие появления боковых сил и моментов при небольших перекосах образца, Погрешность задания силы в данном случае проявляется в неоднородности поля напряжений в теле образца. Если действует одна осевая сила, то поле напряжений в теле образца симметрично и на некотором удалении от торцов однородно, Наличие боковых сил и моментов на торцах приводит к возникновению поля паразитных напряжений изгиба, которые искажают поле напряжений от осевой силы, т,е. вносят погрешность в задание силы, приложенной к образцу.

Образцы с полусферическими головками обладают практически нулевой поперечной жесткостью (только трение качения), поэтому при их нагружении не возникает заметных боковых сил, что исключает появление боковых сил при нагружении, так как образец наклоняется до тех пор, пока боковая сила не исчезнет, Однако реализация этого преимущества образцов с полусферическими головками мешает возникающий "обмен" боковых сил на изгибающие образец моменты. Наклоны опорных поверхностей, несоосность силовой оси машины и оси образца приводит при нагружении к его наклону и появлению больших линейных эксцентриситетов нагру5

40 жающей осевой силы на контакте "сфераплоскость", эквивалентных появлению на головках образца изгибающих моментов, равных произведению осевой силы на возникающий эксцентриситет.

Кроме того, наличие шарниров в силовой цепи машины в месте соединения верхней рамы с рычагом и нижней рамы с основанием делает силовую цепь машины при нагружении образцов с двумя полусферическими головками потенциально неустойчивой, так как появляются еще два шарнира-контакта "сфера-плоскость" на торцах. При некоторых соотношениях радиуса сфер, длины образца и расстояния между шарнирами возможна потеря устойчивости силовой цепи, при этом образец может с большой скоростью вылетать из машины наружу, нанести увечья персоналу, а также повредить саму машину вследствие возникновения ударной нагрузки на тонких лезвиях призм рычага при их ударе о подушку.

Для повышения устойчивости образца в силовой цепи необходимо увеличивать радиусы его сфер на его торцах, но при этом образец геометрически "приближается" к образцу с плоскими торцами и небольшие перекосы приводят к большим эксцентриситемам осевой силы, чем больше радиус, тем при прочих равных условиях больше эксцентриситет, т.е, увеличивается погрешность задания силы при нагружении. Таким образом требования устойчивости, т.е. безопасности нагружения и требования точности нагружения оказываются технически противоречивыми, На фиг, 1 — упрощенная кинематическая схема устройства с нагружателем; на фиг, 2 — устройство, общий вид; на фиг. 3 — узел! на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез А — А на фиг, 2, Нагружатель-рычажная силозадающая машина 1 содержит основание 2, на котором закреплены две вертикальные колонны

3, соединенные траверсой машины 4. Рычаг

5, к одному из концов которого прикладывается сила F посредством силозадающего устройства, например гирь (опирается на траверсу 4 машины через призму 6. Другой конец рычага через призму 7 соединен с пассивным захватом 8 и верхней траверсой

9 верхней рамы 10, Нижняя траверса 11 верхней рамы 10 соединена с верхней траверсой 9 первой 12 и второй 13 колоннами верхней рамы 10.

Нижняя траверса 11 верхней рамы 10 является нижней опорой образца 14 с полусферическими головками 15 и16. На верхнюю полусферическую головку 16 образца

14 опирается жесткое основание-пуансон

1727027

30

55

17, которое через самостопорящийся силопередающий шарнир 18 сжатия связан с верхней траверсой 19 нижней рамы 20, Жесткие колонны 21 нижней рамы 20 соединены с основанием 2 нагружателя 1 через нижнюю траверсу 22 нижней рамы 20 и активным захватом 23 (например, ходовой винт). Верхняя рама 10 входит в нижнюю раму 20 и обе рамы образуют реверсор нагружателя (состоит из двух разнесенных деталей). С первой из жестких колонн 12 верхней рамы 10 соединена направляющая

24, притягиваемая к колонне 12 с возможностью перемещения и фиксации через бобышку 25 болтами 26. К направляющей 24 прикреплены две параллельные жесткие пластины 27, которые в свою очередь, соединены жестким основанием-пуансоном 17.

Самостопорящийся силопередающий шарнир 18 сжатия состоит из силоприемного основания 28 и опорного основания 29. В опорном основании 29 выполнен выступ со сферической поверхностью 30, с которым по поверхности шарового слоя 31 контактирует выполненная в силоприемном основании 28 вогнутая поверхность тела 32 вращения, например, коническая, Ось 30 сферической поверхности совпадает с силовой осью машины 0-0 и осью жесткого основания пуансона 17.

В отверстии 33, выполненном в жестком основании-пуансоне 17 перпендику-. ля р но силовой оси машин ы 0-0, размещен по скользящей посадке стержень 34 средства центрирования пуансона, на свободном конце которого закреплена призматическая опора 35. Образец 14 центрируют на траВерсе 11 втулками 36 по скользящей посадке так, что силовая ось машины 0 — 0 совпадает с осью образца 14.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают образец в реверсор, центрируя его втулками 36, при ослабленных болтах 26. Центрируют жесткое основание-пуансон 17 относительно силовой оси машины 0 — О, выдвигая стержень 34 и базируя призматическую опору 35 на вторую колонну 13 верхней рамки 10 реверсора.

Задают начальный натяг образца 14 в силовой цепи, равный 0,5 — 10 нормальногоусилия нагружения, опуская направляющую 24 вниз по первой колонне 12, после чего затягивают болты 26 и отводят призматическую опору 35 от второй колонны 13; чтобы исключить силовое шунтирование (затирание) при нагружении образца 14, Прикладывают силу F к рычагу 5, например накладывая гири. Возникающая при этом сила сжатия P в реверсоре сжимает образец 14. При этом небольшие перекосы в силовой цепи, связанные с неизбежными погрешностями сборки и изготовления нагружателя и реверсора, не приводят к перекосу образца 14 и к появлению на нем паразитных изгибающих моментов, поскольку направляющие поступательного перемещения пуансона пластины 27 совместно с направляющей 24 и пуансоном

17 имеют большую жесткость к поперечным силам и моментам, а задаваемую силу Р пропускают практически без искажений, Неизбежная начальная непараллельность верхней траверсы 19 нижней рамы 20 реверсора относительно верхней плоскости жесткого основания-пуансона 17 выбирается в момент начала нагружения вращением силоприемного основания 28 по сферической поверхности 30 опорного основания 29 самостопорящегося силоприемного шарнира 18 сжатия. При дальнейшем возрастании нагрузки шарнир 18 самостопорится силой трения на поверхности шарового слоя 31, поскольку резко возрастает площадь контактной поверхности и вращение становится невозможным. Самостопорение шарнира 18 уменьшает на единицу число шарниров в силовой цЕпи и последняя становится полностью устойчивой под нагрузкой.

Боковые силы и моменты, возникающие в силовой цепи машины вследствие неизбежных погрешностей изготовления и сборки машины, фильтруются пластинами 27 и не передаются на образец 14, а начальная непараллельность в открытом при отсутствии нагрузки стыке силовой цепи между пуансоном 17 и верхней траверсой 19 нижней рамы 20 реверсора выбирается самостопорящимся силопередающим шарниром 18 сжатия, При этом обеспечена ли устойчивость образца 14 сама по себе, что зависит от соотношения его высоты и радиусов полусферических головок 15 и 16, не имеет значения, поскольку устойчивость силовой цепи в машине уже обеспечена направляющими поступательного перемещения — пластинамл 17 и самостопорением шарнира 18.

Отсутствие на образце боковых сил и моментов, связанных с эксцентриситетом, повышает точность задания на нем осевой силы, т.е. повышает точность нагружения и одновременно обеспечивает устойчивость силовой цепи, т.е. повышает безопасность нагружения, Устройство может быть также использовано при нагружении датчиков со сферическими опорными основаниями, что позволяет полностью реализовать их точность.

1727027

Формула изобретения

Устройство для испытания образца на сжатие, содержащее нагружатель с активным и пассивным захватами и реверсор, выполненный в виде двух размещенных друг в друге рам, каждая из которых связана с одним из захватов и выполнена в виде двух .параллельных траверс, соединенных двумя жесткими колоннами, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности испытаний образцов с полусферическими головками за счет обеспечения соосности образца, рам реверсора и захватов нагружателя, устройство снабжено шарнирно взаимодействующим с траверсой одной из рам пуансоном и средством центрирования пуансона по оси симметрии второй рамы, которое выполнено в виде жестко

5 закрепленного одним концом в пуансоне стержня, установленной на другом конце стержня с возможностью перемещения вдоль его оси и взаимодействия с одной из колонн второй рамы призматической опо10 .ры, установленной на свободной колонне второй рамы с возможностью закрепления на ней направляющей и жестко связанных с направляющей и пуансоном пластин, поперечная жесткость которых составляет 0,0115 0,05 продольной.

1727027

45

Составитель B.Ãoäçèêîâñêèé

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор А.Долинич

Заказ 1274 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101