Установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении

 

Установка предназначена для испытания образцов на усталость при изгибе и повышенных температурах. Установка содержит устройство для высокочастотного нагружения, механизм для низкочастотного нагружения и средства для нагрева и охлаждения образца. Для высокочастотного нагружения использован электродинамический вибратор с платформой, на которой консольно закреплены две балки. На свободном конце первой балки установлен захват для закрепления образца. Механизм низкочастотного нагружения включает гидроцилиндр, установленный на платформе. На свободном конце второй балки, расположенной над первой, соосно штоку гидроцилиндра установлен толкатель, упертый в образец. Толкатель ввинчен в резьбовое отверстие балки и служит для задания минимального напряжения низкочастотного цикла. Нагрев образца производится с помощью индуктора, подключенного к генератору токов высокой частоты. Для охлаждения служит сопло, направляющее поток хладоносителя на образец, и управляемый клапан. Генератор ТВЧ и управляющий вход клапана подключены к выходу регулятора температуры, вход которого подключен к датчику температуры образца. Установка обеспечивает проведение испытаний при двухчастотном цикле изгиба с различными параметрами низкочастотного цикла и термоциклировании. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к установкам для испытания образцов на усталость при двухчастотном нагружении.

Известна установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении, содержащая устройство для высокочастотного нагружения образца в виде электродинамического вибратора и кривошипный механизм для низкочастотного нагружения образца [1].

Наиболее близкой к изобретению является установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении, содержащая устройство для высокочастотного нагружения образца в виде электродинамического вибратора с платформой, закрепленную на платформе первую балку, установленный на балке захват для закрепления образца, механизм для низкочастотного нагружения образца, включающий гидроцилиндр, вторую балку, установленную над первой, и датчик деформации, соединяемый с образцом [2].

Основным недостатком известных установок является то, что они позволяют проводить испытания только при нормальной температуре, в то время как в реальных условиях эксплуатации большинство деталей работают при повышенных температурах, как правило изменяющихся циклически. Кроме того, указанные установки позволяют проводить испытания образцов в условиях растяжения-сжатия. Однако в машиностроительных конструкциях существует широкий спектр деталей, подверженных при эксплуатации изгибных нагрузкам. Различие в механизмах нагружения при испытаниях может приводить к значительным погрешностям в оценках эксплуатационной долговечности деталей.

Задачей, решаемой изобретением, является создание установки для испытания образцов, обеспечивающей проведение испытаний при двухчастотном цикле изгиба с различными параметрами низкочастотного цикла и термоциклировании. Благодаря решению этой задачи условия испытания приближаются к эксплуатационным.

Согласно изобретению это достигается тем, что установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении снабжена устройством для нагрева образца, включающим генератор токов высокой частоты и подключенный к нему индуктор, соплом с управляемым клапаном, которое служит для направления потока хладоносителя на образец, расположенным на образце датчиком температуры, подключенным к нему регулятором температуры, к выходу которого подключены генератор токов высокой частоты и управляющий вход клапана, и установленным на второй балке толкателем, упертым в образец, гидроцилиндр и вторая балка установлены на платформе, обе балки закреплены консольно, захват установлен на свободном конце первой балки, а толкатель установлен на свободном конце второй балки соосно штоку гидроцилиндра и ввинчен в выполненное в этой балке резьбовое отверстие.

На чертеже приведена схема описываемой установки.

Установка для испытания образцов при двухчастотном нагружении содержит электродинамический вибратор 1 с платформой 2, закрепленную на платформе первую балку 3, установленный на свободном конце балки 3 захват 5 для закрепления образца 6, механизм для низкочастотного нагружения образца, включающий гидроцилиндр 10, вторую балку 4, установленную над балкой 3 параллельно ей, и датчик 7 деформации, соединяемый с образцом 6 и подключенный к регулятору 8 режима работы вибратора 1 и к регулятору 9 режима работы гидроцилиндра 10. Гидроцилиндр 10 и балка 4 установлены на платформе 2. Балки 3 и 4 закреплены консольно. В резьбовое отверстие на свободном конце балки 4 ввинчен толкатель 11 с контргайкой 12, упертый в образец соосно штоку 13 гидроцилиндра 10.

Установка оснащена устройством для нагрева образца 6, включающим генератор 14 токов высокой частоты (ТВЧ) и подключенный к нему индуктор 15, соплом 16 с управляемым клапаном 17, которое служит для направления потока хладоносителя на образец 6, расположенным на образце 6 датчиком 19 температуры и подключенным к нему регулятором 18 температуры, к выходу которого подключены генератор 14 ТВЧ и управляющий вход клапана 17.

Установка работает следующим образом.

Образец 6 крепится в захвате 5. Минимальное напряжение низкочастотного цикла, замеряемое с помощью датчика 7 деформации, задается путем ввинчивания толкателя 11 в резьбовое отверстие балки 4. Толкатель 11 упирается в образец, создавая изгибающий момент в рабочей части образца за счет изгибной жесткости балки 4. После задания требуемого по условиям испытания минимального напряжения низкочастотного цикла толкатель 11 фиксируется относительно балки 4 контргайкой 12. Низкочастотное нагружение осуществляется на первом полуцикле с помощью гидроцилиндра 10, шток 13 которого упирается в образец 6 соосно толкателю 11 с противоположной стороне образца. Давление в гидроцилиндре 10 и, как следствие, усилие, передаваемое через шток 13 на образец 6, вызывая его изгиб, увеличивается до тех пор, пока изгибное напряжения в рабочей части образца 6 не достигнет требуемого условиями испытания максимального значения низкочастотного цикла нагружения, после чего давление в гидроцилиндре 10 падает. На втором полуцикле низкочастотного нагружения образец 6 под действием усилия, передаваемого через толкатель 11, за счет изгибной жесткости балки 4 возвращается в положение, соответствующее минимальному напряжению низкочастотного цикла.

Высокочастотное нагружение осуществляется путем возбуждения резонансных колебаний системы "балка 3 - захват 5 - образец 6" с помощью электродинамического вибратора 1. Описанное выше выполнение механизма низкочастотного нагружения позволяет задавать минимальное напряжение низкочастотного цикла меньшим, чем амплитуда динамических напряжений, препятствуя отрыву образца 6 от штока 13 гидроцилиндра 10, т. е. реализовать при испытании различные низкочастотные циклы, включая отнулевой и знакопеременный. Соотношение частот нагружения изменяется путем введения выдержек в цикл низкой частоты в моменты, соответствующие максимальному и минимальному значениям напряжения цикла.

В процессе испытания производится индукционный нагрев образца 6 до заданной температуры с помощью индуктора 15 и последующее охлаждение путем истекания хладоносителя из сопла 16 на образец 6. Характеристики цикла термонагружения (скорости нагрева и охлаждения, максимальная и минимальная температуры цикла, время выдержки) поддерживаются в процессе испытания путем сравнения сигнала датчика 19 температуры с заданной программой изменения температуры с последующим формированием управляющего сигнала регулятора 18 температуры на генератор 14 ТВЧ и на управляющий вход клапана 17.

Установка позволяет проводить испытания образцов при двухчастотном цикле изгиба с различными циклами низкой частоты в условиях термоциклирования, что максимально приближает условия испытания к эксплуатационным и обеспечивает повышение точности оценки эксплуатационной долговечности деталей при одновременном снижении числа необходимых испытаний.

Формула изобретения

Установка для испытания образцов при двухступенчатом нагружении, содержащая служащий для высокочастотного нагружения образца электродинамический вибратор с платформой, закрепленную на платформе первую балку, установленный на балке захват для закрепления образца, механизм для низкочастотного нагружения образца, включающий гидроцилиндр, вторую балку, установленную над первой, датчик деформации, соединяемый с образцом, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для нагрева образца, включающим генератор токов высокой частоты и подключенный к нему индуктор, соплом с управляемым клапаном, которое служат для направления потока хладоносителя на образец, расположенным на образце датчиком температуры, подключенным к нему регулятором температуры, к выходу которого подключены генератор токов высокой частоты и управляющий вход клапана, и установленным на второй балке толкателем, упертым в образец, гидроцилиндр и вторая балка установлены на платформе, обе балки закреплены консольно, захват установлен на свободном конце первой балки, а толкатель установлен на свободном конце второй балки соосно со штоком гидроцилиндра и ввинчен в выполненное в этой балке резьбовое отверстие.

РИСУНКИ

Рисунок 1