Установка для испытания образца материала на усталость

 

Использование: испытательная техника, а именно к установкам для совместного испытания образца материала на знакопеременное циклическое осевое и ударное нагружение. Сущность изобретения: установка содержит основание, захваты образца, нагружающее приспособление в виде кривошипно-шатунного мееханизма, ползун с направляющей, закрепленной на основании, две силовые пружины, приспособление для ударного нагружения. Установка снабжена тягой в виде рамы, закрепленной на захвате. Приспособление для ударного нагружения имеет дополнительные поворотное звено и связанный с ним боек. Поворотные звенья выполнены в виде находящихся в зацеплении зубчатых колес, их связи с бойками выполнены в виде свободно установленных на осях зубчатых колес маятников. Конец шатуна выполнен в виде вилки, между зубами которой размещена перекладина рамы и силовая пружина. 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для совместного испытания образца материала на знакопеременное циклическое осевое нагружение и ударное нагружение.

Известно устройство маятникового копра [1], содержащее основание, закрепленную на основании ось, маятник с бойком, соединенный осью.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает испытание образца на ударное растяжение-сжатие.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является установка для испытания образца материала на усталость [2], содержащая основание, захваты образца, нагружающее приспособление, выполненное в виде кривошипно-шатунного механизма с шатуном регулируемой длины, связанный с шатуном ползун с направляющей, закрепленной на основании, две силовые пружины, одна из которых связана одним концом с ползуном, а другим - с одним из захватов, и приспособление для ударного нагружения, включающее поворотное звено с осью, кинематически связанной с кривошипно-шатунным механизмом, одноплечий рычаг, шарнирно установленный на основании и связанный с одним из захватов, и боек, связанный с поворотным звеном и предназначенный для периодического взаимодействия с одной из сторон рычага.

Недостатком этой установки является то, что она не обеспечивает испытание образца при знакопеременном нагружении.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей установки путем обеспечения испытаний не только при знакопостоянном нагружении, но и при знакопеременном.

Это достигается тем, что установка снабжена тягой, выполненной в виде рамы, закрепленной на захвате, связанном с ползуном, приспособление для ударного нагружения включает дополнительное звено и связанный с ним боек, предназначенный для периодического взаимодействия с другой стороны рычага, поворотные звенья выполнены в виде находящихся в зацеплении зубчатых колес, их связи с бойками выполнены в виде свободно установленных на осях соответствующих зубчатых колес маятников, на которых закреплены соответствующие бойки, соосные соответствующим зубчатым колесам кулачков, установленных на основании с возможностью фиксированного поворота вокруг своих осей и взаимодействующих с соответствующими кулачками подпружиненных к ним толкателей, установленных на соответствующих зубчатых колесах и предназначенных для отклонения маятников, связанный с ползуном конец шатуна выполнен в виде вилки, между зубцами которой размещена перекладина рамы и вторая силовая пружина, взаимодействующая с этой перекладиной со стороны ползуна.

На фиг.1 изображена схема установки, вид спереди; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1 (устройство подъема и освобождения маятника); на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1 (привод ползуна и зубчатого колеса); на фиг.4 - кулачок, общий вид.

Установка содержит основание 1, закрепленные на нем два кулачка 2 с возможностью фиксированного поворота вокруг своих осей и два зубчатых колеса 3 и 4, находящихся в зацеплении с помощью соответствующих осей 5 и 6, совпадающих с соответствующими осями кулачков 2, свободно установленные на осях 5 и 6 маятники 7 и 8 с бойками 9 и 10, толкатели 11 и 12, расположенные в отверстиях соответствующих зубчатых колес 3 и 4, периодически взаимодействующие с маятниками 7 и 8 и поджимаемые к кулачкам 2 пружинами 13, звездочку 14, установленную на оси 5, привод 15 расположенный на основании и состоящий из мотор-редуктора, на оси которого закреплена звездочка 16, соединенная бесконечной цепью 17 со звездочкой 14, установленной на оси привода 15, кривошип 18 с регулируемой вдоль радиуса кривошипа точкой крепления шатуна 19, выполненного в виде двух стержней с резьбовым соединением, предназначенным для регулирования длины шатуна.

Устройство также содержит гайку 20, предназначенную для стопорения частей шатуна 19, связанный с ползуном 21 осью 22 конец шатуна 19, выполненный в виде вилки, между зубцами которой расположена перекладина рамы 23, закрепленная с помощью гаек 24 на захвате 25 трубчатого образца 26, гайку 27, служащую другим захватом образца, направляющую 28, закрепленную на основании, пружину 29, связанную одним концом с ползуном, а другим - с захватом 25, пружину 30, взаимодействующую с перекладиной рамы 23 со стороны ползуна 21 и расположенную между зубцами вилки шатуна 19, закрепленный шарнирно на основании 1 посредством оси 31 одноплечий рычаг 32, связанный с помощью оси 33 и тяги 34 с захватом 25, и контргайку 35, предназначенную для стопорения тяги 34, соединенной с помощью резьбы с одной из головок образца 26.

Установка работает следующим образом.

Включают привод 15, который через кривошип 18, шатун 19 и ось 22 перемещает ползун 21 влево (по чертежу). При этом ползун 21 сжимает пружину 29, которая свое усилие передает через захват 25 на образец 26, подвергая его осевому сжатию. При движении ползуна 21 вправо из крайнего левого положения происходит расслабление пружины 29 и следовательно разгрузка образца 26.

После полной разгрузки образца ползун продолжает движение вправо и, воздействуя на пружину 30, сжимает ее, которая свое усилие передает через раму 23 и захват 25 на образец 26, подвергая его осевому растяжению. При движении ползуна 21 из крайнего правого положения в исходное происходит разгрузка образца 26.

Одновременно с движением ползуна 21 влево вращается звездочка 16, которая с помощью цепи 17 приводит во вращение звездочку 14 и вместе с ней ось 5 и зубчатые колеса 3 и 4. Зубчатое колесо 3, вращаясь, через один конец толкателя 11 поднимает маятник 7 до тех пор, пока толкатель 11, скользя по кулачку 2, не дойдет до линии ВГ (фиг.4, на фиг.2 линия ВГ проектируется в точку).

После прохождения линии ВГ толкатель 11 под действием пружины 13 перемещается вправо до контакта с рабочей поверхностью кулачка 2 и освобождает маятник 7 (в поднятом состоянии маятник 7 показан пунктиром). Маятник 7, свободно падая, при встрече с рычагом 32 бойком 9 наносит через рычаг 32, ось 33 и тягу 34 ударное сжатие по образцу 26. Маятник 8 начинает подниматься толкателем 12 вращающегося колеса 4 несколько позднее маятника 7 и после падения и встречи маятника 7 с рычагом 32 маятник 8 точно так же, как и маятник 7 через рычаг 32, ось 33 и тягу 34 наносит ударное растяжение по образцу 26.

Для испытания образца 26 при симметричном цикле, создаваемом ползуном 21, и при совпадении ударных нагрузок сжатия и растяжения с соответствующими минимальным и максимальным усилиями за цикл устанавливают пружины 29 и 30 равной жесткости, а радиус кривошипа, на котором расположена точка крепления шатуна, устанавливают под углом α к горизонтали с таким расчетом, чтобы ползун 21 перемещался из исходного положения (указано на чертеже) влево и вправо на равные расстояния.

Изменением длины шатуна 19 и вращением гаек 24 добиваются такого положения пружин 29 и 30, при котором они не нагружены и не имеют свободного хода в исходном состоянии. Маятники 7 и 8 в исходном состоянии занимают нижнее вертикальное положение. Толкатель 11 касается маятника 7, а толкатель 12 располагают под углом β+ α+ 180^о.

Вращением кулачков 2 каждого вокруг собственной оси устанавливают их в такое положение, при котором толкатели 11 и 12 освобождают маятники 7 и 8, располагаясь в эти моменты на таких радиусах зубчатых колес 3 и 4, которые расположены под углом β к горизонтали. Уголβ определяется через угол α. Равные усилия в пружинах 29 и 30, а следовательно, и усилия сжатия и растяжения образца 26 регулируются изменением величины хода ползуна 21, что достигается изменением положения точки крепления шатуна 19 к кривошипу 18 вдоль радиуса и изменением длины шатуна. Поскольку при упомянутом режиме нагружения образца 26 маятники поднимаются на одну и ту же высоту, определяемую углом α, то сила удара регулируется массой сменных бойков 9 и 10.

Для испытания образца 26 при асимметричном цикле, создаваемом ползуном 21, и при совпадении ударных нагрузок сжатия и растяжения с соответствующими минимальным и максимальным усилиями за цикл устанавливают пружины 29 и 30 разной жесткости. Остальные действия такие же, как и в предыдущем режиме нагружения образца 26.

Для испытания образца 26 при симметричном цикле, создаваемом ползуном 21, и при несовпадании ударных нагрузок сжатия и растяжения с соответствующими минимальным и максимальным усилиями за цикл выполняют действия, связанные с созданием симметричного цикла. А кулачки 2 устанавливают в положение, при котором маятники 7 и 8 освобождаются от толкателей 11 и 12 в положениях, отличных от указанных на схеме.

Для испытания образца 26 при асимметричном цикле, создаваемом ползуном 21, и при несовпадении ударных нагрузок сжатия и растяжения с соответствующими минимальным и максимальным усилиями за цикл выполняют действия, связанные с созданием асимметричного цикла. А кулачки 2 устанавливают так, как это описано в предыдущем абзаце.

Для испытания образца 26 при знакопостоянном нагружении удаляют пружину 30, толкатель 12 и боек 10 (образец испытывается на сжатие) или пружину 29, толкатель 11 и боек 9 (образец испытывается на растяжение). При испытании образца 26 только на сжатие шатун 19 устанавливают в крайнее правое положение. Изменением длины шатуна 19 добиваются такого положения пружины 29, при котором она не нагружена и не имеет свободного хода. Положение толкателя 11 определяется углом α=180^о. При испытании образца 26 только на растяжение шатун 19 устанавливают в крайнее левое положение. Вращением гаек 24 добиваются такого положения пружины 30, при котором она не нагружена и не имеет свободного хода. Положение толкателя 12 определяется углом в 180^о вместо угла α+ 180^о, указанного на схеме. При обоих режимах испытания ударные нагрузки будут совпадать с минимальным и максимальным усилиями за цикл, создаваемыми ползуном 21.

При установке шатуна 19 и толкателей 11 и 12 в исходном положении и при знакопостоянном нагружении и при совпадении ударных нагрузок с минимальным и максимальным усилиями за цикл, создаваемый ползуном 21, установка обеспечивает испытание образца 26 с режимом отдыха между каждыми циклами нагружения.

При испытании образца 26 при описанных режимах нагружения передаточное отношение звездочек 14 и 16 равняется единице и, следовательно, частота ударной нагрузки равняется частоте нагрузки, создаваемой ползуном 21.

Устанавливая звездочки 14 и 16 с передаточным отношением, отличным от единицы, тем самым изменяют отношение частоты ударной нагрузки к частоте нагрузки, создаваемой ползуном 21.

Для измерения усилий используют типовые динамометры, встроенные в захваты образца.

Предлагаемая установка обеспечивает испытание образца не только при знакопостоянном нагружении, но и при знакопеременном.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА МАТЕРИАЛА НА УСТАЛОСТЬ, содержащая основание, захваты образца, нагружающее приспособление, выполненное в виде кривошипно-шатунного механизма с шатуном регулируемой длины, связанный с шатуном ползун с направляющей, закрепленной на основании, две силовые пружины, одна из которых связана одним концом с ползуном, а другим - с одним из захватов, и приспособление для ударного нагружения, включающее поворотное звено с осью, кинематически связанной с кривошипно-шатунным механизмом, одноплечий рычаг, шарнирно установленный на основании и связанный с одним из захватов, и боек, связанный с поворотным звеном и предназначенный для периодического взаимодействия с одной из сторон рычага, отличающаяся тем, что она снабжена тягой, выполненной в виде рамы, закрепленной на захвате, связанном с ползуном, приспособление для ударного нагружения включает дополнительные поворотное звено и связанный с ним боек, предназначенный для периодического взаимодействия с другой стороной рычага, поворотные звенья выполнены в виде находящихся в зацеплении зубчатых колес, их связи с бойками выполнены в виде свободно установленных на осях соответствующих зубчатых колес маятников, на которых закреплены соответствующие бойки, соосных с соответствующими зубчатыми колесами кулачков, установленных на основании с возможностью фиксированного поворота вокруг своих осей и взаимодействующих с соответствующими кулачками, подпружиненных с ним толкателей, установленных на соответствующих зубчатых колесах и предназначенных для отклонения маятников, связанный с ползуном конец шатуна выполнен в виде вилки, между зубцами которой размещены перекладина рамы и вторая силовая пружина, взаимодействующая с этой перекладиной со стороны ползуна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4