Установка для усталостных испытаний образцов материалов

 

Использование: для испытания образцов материалов на усталость. Сущность изобретения: установка обеспечивает испытание образца не только при изгибающей, крутящей, а также одновременно при изгибающей и крутящей нагрузках, но и при ударной, а также одновременно при изгибающей, крутящей и ударной нагрузках, одновременно при изгибающей и ударной нагрузках, одновременно при изгибающей и ударной нагрузках и одновременно при крутящей и ударной нагрузках. Установка содержит нагружатель в виде инерционного груза, жестко связанный с ним пассивный захват образца, активный захват с упором, закрепленные на конце вала, установленного в подшипниках, размещенных во втулках, которые расположены в пазах корпуса и соединены кронштейнами с толкателем, зубчатую рейку, установленную в направляющей и находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на другом конце вала, два соосных кривошипно-шатунных механизмов, соединенных с приводом, шатуны, которых соединены: один - с зубчатой рейкой 13, а другой - с толкателем, - и устройство для создания ударной осевой сжимающей нагрузки, кинематически связанное с приводом и ключающее ударник с грузами, предназначенными для периодического взаимодействия с инерционным грузом, силовую пружину, размещенную в стакане и взаимодействующую одним концом с ударником, а другим упирающуюся в дно стакана, и кривошипно-шатунный механизм, предназначенный для периодического сжатия силовой пружины. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на усталость.

Известна установка для усталостных испытаний образцов материалов [1], содержащая корпус, расположенный в нем зубчато-реечный механизм в виде находящихся в зацеплении зубчатого колеса и рейки, установленной с возможностью осевого перемещения, связанный с ним кривошипно-шатунный механизм, нагружатель в виде инерционного груза, жестко связанный с ним пассивный захват образца, установленный соосно пассивному активному захвату, кривошипно-шатунный механизм с толкателем, размещенным в корпусе с возможностью осевого перемещения, и привод.

Недостатком этой установки является то, что она не обеспечивает испытание образца при действии крутящей, ударной сжимающей нагрузок, а также при одновременном действии крутящей, изгибающей и ударной сжимающей нагрузок и при одновременных различных сочетаниях этих нагрузок.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является установка для усталостных испытаний образцов материалов [2], содержащая корпус, расположенный в нем зубчато-реечный механизм в виде находящихся в зацеплении зубчатого колеса и рейки, установленной в направляющей с возможностью осевого перемещения, связанный с зубчатой рейкой шарнирно кривошипно-шатунный механизм, нагружатель в виде инерционного груза, жестко связанный с ним пассивный захват образца, кривошипно-шатунный механизм с толкателем, размещенным в корпусе с возможностью осевого перемещения, два паза, выполненные в корпусе, две втулки, расположенные в соответствующих пазах корпуса с возможностью перемещения вдоль них, кронштейны, жестко соединенные одними концами с толкателем, а другими - с соответствующими втулками, установленные перпендикулярно осям пазов подшипники, которые расположены в соответствующих втулках, вал, на одном конце которого закреплено зубчатое колесо, на другом - активный захват соосно пассивному захвату и привод, соединенный соосно установленным кривошипно-шатунным механизмам.

Недостатком этой установки является то, что установка не обеспечивает испытание образца при ударной, а также одновременно при изгибающей, крутящей и ударной нагрузках, одновременно при изгибающей и ударной нагрузках и одновременно при крутящей и ударной нагрузках.

Задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей путем обеспечения испытаний не только при изгибающей, крутящей, а также одновременно при изгибающей и крутящей нагрузках, но и при ударной, а также одновременно при изгибающей, крутящей и ударной нагрузках, одновременно при изгибающей и ударной нагрузках и одновременно при крутящей и ударной нагрузках.

Технический результат изобретения состоит в том, что установка обеспечивает испытание образца не только при изгибающей, крутящей, а также одновременно при изгибающей и крутящей нагрузках, но и при ударной, а также одновременно при изгибающей, крутящей и ударной нагрузках, одновременно при изгибающей и ударной нагрузках и одновременно при крутящей и ударной нагрузках.

Технический результат достигается тем, что установка для усталостных испытаний образцов материалов дополнительно содержит стакан, жестко прикрепленный к корпусу соосно валу, ударник в виде основания, размещенного в стакане, и жестко прикрепленной перпендикулярно основанию рейки, на концах которой закреплены грузы, предназначенные для периодического взаимодействия с инерционным грузом, поршень, размещенный с возможностью перемещения в основании ударника, дополнительный кривошипно-шатунный механизм, соединенный шарнирно со штоком поршня, а через зубчатые передачи - с осью привода, силовую пружину, размещенную в стакане, электромагнитный фиксатор и упор, силовая пружина упирается одним концом в дно стакана, другим - в основание ударника, упор закреплен на валу и прилегает своей торцовой поверхностью к торцевой поверхности активного захвата, а электромагнитный фиксатор прикреплен к стакану с возможностью перемещения вдоль него для соединения основания ударника со стаканом.

На чертеже представлена схема установки.

Установка содержит корпус 1, установленный в нем привод 2 вращения кривошипа 3, жестко закрепленного на оси 4, кривошипа 5 и зубчатого колеса 6, жестко закрепленных на оси 7, стопорные кольца 8 и 9, соединенные винтами 10 и 11 с соответствующими осями 4 и 7, шатун 12, соединенный шарнирно одним концом с кривошипом 3, а другим - с зубчатой рейкой 13, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 14 и размещенной в направляющей 15, шатун 16, соединенный шарнирно одним концом с кривошипом 5, а другим - с толкателем 17, кронштейны 18, жестко прикрепленные одними концами к толкателю 17, а другими - к соответствующим втулкам 19, размещенным в пазах 20, выполненных в корпусе 1, нагружатель в виде инерционного груза 21, жестко связанный с ним пассивный захват 22 образца 23 и соосный пассивному захвату 24, закрепленный на одном конце вала 25, упор 26, закрепленный на этом конце вала 25 и прилегающей одной своей торцовой поверхностью к торцовой поверхности активного захвата 24, а другой торцовой поверхностью контактирует с корпусом 1 вдоль одного из пазов 20, и стопорное кольцо 27, предотвращающее самопроизвольное продольное смещение вала 25. Вал 25 установлен в подшипниках 28, размещенных в соответствующих втулках 19 перпендикулярно осям пазов 20, проходит через отверстие в толкателе 17 и другим концом соединен с зубчатым колесом 14. Толкатель 17 размещен в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения. Для стопорения толкателя 17 и зубчатой рейки 13 служат соответствующие винты 29 и 30. Подшипники 28 установлены на вал 25 и во втулки 19 с натягом.

Установка включает в себя также устройство для создания ударной осевой сжимающей нагрузки, содержащее зубчатые колеса 6 и 31, образующие зубчатую передачу с передаточным отношением 0,5, валы 32 и 33, установленные в корпусе 1, на одних концах которых закреплены соответственно зубчатое колесо 31 и кривошип 34, а на других концах - конические зубчатые колеса, образующие коническую зубчатую передачу 35 с передаточным отношением равным единице, шатун 36, состоящий из двух частей для изменения его длины, соединенных с помощью резьбы, одна часть которого соединена шарнирно с кривошипом 34, а другая - также шарнирно со штоком 37 поршня 38, стакан 39, жестко соединенный с корпусом 1, ударник 40, в глухом пазу 41 которого расположен поршень 38, а ударник 40 выполнен в виде основания, размещенного в стакане 39, и жестко прикрепленный перпендикулярно основанию рейки, на концах которой на равных расстояниях а от продольной оси основания ударника закреплены грузы 42 и 43 с возможностью изменения каждого расстояния а, равного радиусу кривошипа 5, и предназначенные для периодического взаимодействия с инерционным грузом 21, силовую пружину 44, размещенную в стакане 39, охватывающую шток 37, и одним концом опирающуюся в дно стакана 39, а другим взаимодействующую с основанием ударника 40, и электромагнитный фиксатор 45, прикрепленный к стакану с возможностью продольного смещения вдоль паза 46, выполненного в стакане. В основании ударника 40 выполнено глухое отверстие 47, в котором периодически размещается якорь 48 электромагнитного фиксатора 45 во время неподвижного соединения ударника 40 со стаканом 39, Управление электромагнитным фиксатором 45 осуществляется по известной электрической схеме, подключенной к нему и выключателям 49 и 50, на которые периодические воздействует выступ 51, жестко прикрепленный к шатуну 36.

Установка работает следующим образом.

Для испытания в режиме одновременного циклического изменения изгибающей, крутящей и ударной осевой сжимающей нагрузок (основной режим нагружения) устанавливают радиус кривошипа 3 меньшим, чем радиус кривошипа 5, или отсоединяют шатун 12 от зубчатой рейки 13, стопорят ее винтом 30 и выводят из зацепления зубчатое колесо оси 4, расслабив при этом винт 10, или переводят шатун 12 вместе с рейкой 13 и кривошипом 3 в новое крайнее положение, противоположное положению шатуна 16 и вводят в зацепление зубчатое колесо оси 4, застопорив затем последнюю винтом 10 от продольного смещения. Закрепляют грузы 42 и 43 на концах рейки ударника 40 на равных расстояниях а от продольной оси ударника. При этом каждое расстояние а равняется принятому радиусу кривошипа 5. Устанавливают радиус кривошипа 34 таким, чтобы он соответствовал требуемой величине осадки пружины 44, которая определяется величиной требуемой ударной нагрузки в приводимом испытании образца 23. Затем устанавливают длину шатуна 36 такой (при этом шатун 36 занимает крайнее левое положение, указанное на чертеже), чтобы между крышкой глухого паза 41 и поршнем был незначительный зазор, а грузы 42 и 43 касались бы инерционного груза 21 при расположении его в соответствующих крайних положениях (одно крайнее положение инерционного груза 21 показано пунктиром). Упомянутый зазор необходим для предотвращения удара крышкой глухого паза 41 по поршню 38 в момент удара грузом 42 или 3 по инерционному грузу 21. Устанавливают такие положения выключателей 49 и 50, при которых при расположении шатуна 36 в соответствующих крайних положениях, выступ 51 воздействовал бы на выключатели при их срабатывании (правое крайнее положение выступа 51 показано пунктиром). Устанавливают такое положение электромагнитного фиксатора 45, при котором его якорь 48 свободного входит в глухое отверстие 47 и удерживает ударник 40 при максимальной, принятой в этом испытании, осадке пружины 44, а шатун 36 при этом находится в крайнем правом положении.

Устанавливают исходное положение шатунов 16 и 36, указанное на чертеже. Включают привод 2, который приводит в возвратно-поступательное и возвратно-вращательное перемещение вал 25, который совершает эти перемещения вместе с захватами 24 и 22, образцом 23 и инерционным грузом 21. В результате инерционный груз 21 циклически нагружает образец 23 как изгибающей, так и крутящей нагрузками. Одновременно привод 2 через зубчатые колеса 6 и 31, вал 32, коническую зубчатую передачу 35 и вал 33 вращает кривошип 34. При повороте кривошипа 5 на угол π/2 кривошип 34 повернется на угол π.За этот промежуток времени кривошип 34 через шатун 36, шток 37 и поршень 38 переместит ударник 40 из крайнего левого положения в крайнее правое и через ударник 40 сожмет пружину 44. В этот момент времени шатун 36 выступом 51 (показан пунктиром) воздействует на выключатель 50, электромагнитный фиксатор 45 обесточивается и якорь 48 входит в глухое отверстие 47 и останавливает ударник, оставляя при этом пружину 44 сжатой. При следующем повороте кривошипа 5 на угол π/2 кривошип 34 повернется еще на уголπ и шатун 36 из крайнего правого положения переместится в крайнее левое и выступом 51, воздействуя на выключатель 49, включает электромагнитный фиксатор 45. Якорь 48 освобождает ударник 40, который под действием сжатой пружины 44 наносит ударное сжатие по образцу 23 при встрече груза 43 с инерционным грузом 21, который к этому моменту займет нижнее крайнее положение (показан пунктиром). При дальнейшем повороте кривошипа 5 на угол π произойдет следующий цикл нагружения образца 23 с той лишь разницей, что ударное нагружение будет осуществляться через груз 42, так как к концу первого оборота кривошипа 5 инерционный груз займет верхнее крайнее положение. Таким образом, инерционный груз 21 циклически нагружает образец 23 изгибающей, крутящей, а ударник 40 - ударной нагрузками одновременно.

Для испытаний в режиме циклического изменения изгибающей и крутящей нагрузок выводят из зацепления зубчатое колесо 31 и снимают грузы 42 и 43. Выполняют действия, связанные с созданием изгибающей и крутящей нагрузок и описанные выше в основном режиме нагружения и включают привод 2.

Для испытаний в режиме циклического изменения крутящей и ударной нагрузок стопорят толкатель 17 в положении, указанном на чертеже, винтом 29 отсоединяют шатун 16 от кривошипа 5. Выполняют действия, связанные с созданием крутящей (за исключением стопорения зубчатой рейки 13) и ударной нагрузок и описанные в основном режиме нагружения и включают привод 2.

Для испытаний в режиме циклического изменения изгибающей и ударной нагрузок устанавливают одинаковые радиусы кривошипов 3 и 5 и выполняют действия, связанные с созданием ударной нагрузки и описанные выше в основном режиме нагружения, и включают привод 2, который с равными скоростями перемещает возвратно-поступательно вал 25 и зубчатую рейку 13 в одном направлении и приводит в действие устройство для создания ударной нагрузки. В результате равенства скоростей поступательного перемещения зубчатой рейки 13 и зубчатого колеса 14 (последнее вращения не получит) и вал 25 совершает только возвратно-поступательное перемещение. Образец 23 подвергается только циклическому действию изгибающей нагрузки за счет возвратно-поступательного движения инерционного груза 21 и ударной нагрузки за счет работы устройства для создания ударной нагрузки.

Для испытаний по отдельности в режиме циклического изменения крутящей и изгибающей нагрузок выполняют по отдельности соответственно действия, описанные в двух последних режимах нагружения, за исключением действий, связанных с созданием ударной нагрузки, - устройство для создания ударной нагрузки отключается путем разъединения зубчатых колес 6 и 31 и снятия грузов 42 и 43.

Для испытаний в режиме циклического ударного нагружения отсоединяют шатун 12 от зубчатой рейки 13, стопорят ее винтом 30 и выводят из зацепления зубчатое колесо оси 4, расслабив при этом винт 10. Стопорят толкатель 17 в положении, указанном на чертеже, винтом 29 и отсоединяют шатун 16 от кривошипа 5. Выполняют действия, связанные с созданием ударной нагрузки и описанные выше в основном режиме нагружения, и включают привод 2.

Амплитуду напряжений при кручении и при изгибе образца регулируют изменением веса инерционного груза 21, изменением радиусов кривошипов 3 и 5. при кручении амплитуда напряжений может быть изменена, если шатуны 12 и 16 расположить в крайние противоположные положения. Величину ударной сжимающей нагрузки регулируют изменением радиуса кривошипа 34, веса грузов 42 и 43 и заменой пружины 44 иной жесткости. Частота циклов ударной нагрузки может быть изменена в сторону ее уменьшения изменением передаточного отношения зубчатых колес 6 и 31. При этом передаточное отношение должно быть кратным 0,5. После разрушения образца инерционный груз 21 удерживается на опоре 26 связями 52, выполненными в виде тросов.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащая корпус, расположенный в нем зубчато-реечный механизм в виде находящихся в зацеплении зубчатого колеса и рейки, установленной в направляющей с возможностью осевого перемещения, связанный с зубчатой рейкой шарнирно-кривошипно-шатунный механизм, нагружатель в виде инерционного груза, жестко связанный с ним пассивный захват образца, кривошипно-шатунный механизм с толкателем, размещенным в корпусе с возможностью осевого перемещения, два паза, выполненные в корпусе, две втулки, расположенные в соответствующих пазах корпуса с возможностью перемещения вдоль них, кронштейны, жестко соединенные одними концами с толкателем, а другими - с соответствующими втулками, установленные перпендикулярно осям пазов подшипники, которые расположены в соответствующих втулках, вал, на одном конце которого закреплено зубчатое колесо, на другом - активный захват соосно пассивному захвату, и привод, соединенный с соосно установленными кривошипно-шатунными механизмами, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стакан, жестко прикрепленный к корпусу соосно валу, ударник в виде основания, размещенного в стакане, и жестко прикрепленного перпендикулярно основанию рейки, на концах которой закреплены грузы, предназначенные для периодического взаимодействия с инерционным грузом, поршень, размещенный с возможностью перемещения в основании ударника, дополнительный кривошипно-шатунный механизм, соединенный шарнирно со штоком поршня, а через зубчатые передачи - с осью привода, силовую пружину, размещенную в стакане, электромагнитный фиксатор и упор, силовая пружина выполнена упирающейся одним концом в дно стакана, другим - в основание ударника, упор закреплен на валу и прилегает своей торцевой поверхностью к торцевой поверхности активного захвата, а электромагнитный фиксатор прикреплен к стакану с возможностью перемещения вдоль него для соединения основания ударника со стаканом.

РИСУНКИ

Рисунок 1