Сдвигометр

 

Изобретение предназначено для измерения предельного напряжения среза (напряжение на сдвиг) различных твердообразных материалов, например твердых сыров. Изобретение повышает точность и упрощает процесс измерения. Сдвигометр содержит корпус с центральной втулкой, нагруженной пружиной, рифленый цилиндр, зафиксированный в центральной втулке, на которой жестко закреплен диск, стрелку, закрепленную на диске напротив шкалы, установленной на корпусе. Внутри и соосно с цилиндром установлено сверло, на нижнем конце которого закреплены с равным шагом по окружности спиралевидные резцы с наружным диаметром, гарантированно меньшим диаметра впадин рифленого цилиндра, а их форма соответствует углу внутренней фаски цилиндра. Нижний конец стержня сверла снабжен коническим наконечником со спиральной нарезкой, а верхний - ручкой. Кроме того, диск центральной втулки контактирует с подпружиненным кулачком тормоза. 5 ил.

Устройство предназначено для определения предельного напряжения сдвига (сдвиговой прочности) различных твердообразных материалов, например твердых сыров и тому подобных материалов.

Известны ротационные приборы для измерения в том числе сдвиговых характеристик материалов, имеющих рифленые поверхности измерительных цилиндров [1] . Недостатком таких конструкций является обычно треугольная форма профиля, которая вызывает при проворачивании такого цилиндра в твердообразной среде дополнительные напряжения всестороннего сжатия цилиндра по нормали к его образующим. Также появляется неопределенность в расчете площади среза. Обычно за измерительную поверхность принимают поверхности, касательные к выступам рифлений.

Наиболее близким по конструкции является устройство [2] для экспресс-контроля твердых сыров, состоящее из полого рифленого цилиндра, внедряемого в образец, и связанного с силоизмерителем крутящего момента, возникающего при повороте корпуса устройства относительно внедренного в исследуемый материал рифленого цилиндра.

Недостатком его является то, что внедрение цилиндра в материал требует приложения больших осевых усилий при исследовании, например твердых сыров. Кроме того, при осевом врезании полого измерительного цилиндра в материале возникает плоское напряженное состояние - нормальное к оси цилиндра всестороннее сжатие. Причем возникающие сжимающие нормальные напряжения, как известно, зависят от сжимающей силы, умноженной на коэффициент трения в паре "сыр- цилиндр" (сдвиговая адгезия). При разных консистенциях сыра этот параметр будет значительно влиять на результат измерений, который основан на методе испытания материала на чистый срез, т. е. на наличие в деформируемом элементе материала (сыра) только касательных напряжений: τ = F/(A·n), где F- сдвиговое усилие; А - площадь поверхностей выступов рифленого цилиндра (фиг.4); n - число выступов на цилиндре.

Также в качестве недостатка следует отметить тот факт, что цилиндр в момент среза не затормаживается, что затрудняет считывание результатов измерений. Все это понижает точность измерений и усложняет проведение измерений Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение проведения измерений.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 - общий вид; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - вид по стрелке А на хвостовик рифленого цилиндра; на фиг.4 - разрез цилиндра; на фиг. 5 - разрез корпуса Б-Б (в месте установки тормоза).

Устройство состоит из разъемного корпуса 1, в котором во втулке 2 в подшипниках 3 с распорной втулкой 4 установлена втулка 5, выполненная совместно с диском 6 и зафиксированная в подшипниках 3 кольцом 7. В центральной втулке 5 при помощи штифта 8 зафиксирован измерительный рифленый цилиндр 9, и имеющий байонетный замок 10 (фиг.3). Рифления на цилиндре выполнены в виде прорезных пазов прямоугольного сечения (по отношению к касательной к его поверхности) (фиг. 4). Внутри цилиндра 9 и соосно с ним размещено на стержне 10 сверло, выполненное в виде четырех винтовых лопастей, расположенных через 90^o по окружности, и снабженное для обеспечения точной центровки сверла коническим наконечником 12 с винтовой нарезкой. Центровка сверла относительно измерительного цилиндра осуществляется тем, что форма резцов 11 (угол конуса) точно соответствует углу фаски нижнего торца цилиндра 9. Причем диаметр сверла гарантированно меньше диаметра впадин измерительного цилиндра 9 (фиг. 4). Кроме того, сверло имеет промежуточную опору, выполненную в виде втулки 13, зафиксированной стопорным кольцом 14 в центральной втулке 5. Верхний конец стержня 10 сверла имеет прямоугольный паз, при помощи которого он фиксируется штифтом 15 в хвостовике 16, снабженном рукояткой 17. Хвоcтовик вращается во втулке крышки 18. Измеритель крутящего (срезающего) момента выполнен в виде спиральной калиброванной пружины 19, закрепленной нижним концом на кронштейне 20 диска 5 прижимом 21, к которому прикреплена стрелка 22. Верхний конец пружины 19 прижимом 23 зафиксирован на диске 24, неподвижном относительно корпуса 1. На диске 24 размещена шкала 25 сдвиговых напряжений, а в крышке 18 напротив шкалы вырезано окно, закрытое стеклом 26.

Для автоматической фиксации данных измерения устройство имеет тормоз (фиг. 5), выполненный в виде кулачка 27, упирающегося в диск 6 центральной втулки 5 и прижимаемого к последнему плоской пружиной 28. Выключение тормоза (кулачка 27) осуществляется кнопкой 29. Тормоз смонтирован на оси 30 кронштейна 31, закрепленном на корпусе 1 (фиг. 1).

Проведение измерений. Устанавливают цилиндр 9 во втулку 5 и фиксируют замком 10. Вставляют соосно с цилиндром сверло до фиксации его стержня в хвостовике 16. Нажимают на кнопку 29 тормоза (стрелка 22 станет на нулевое деление шкалы 25). Прибор к проведению измерений готов.

Обхватив одной рукой корпус 1 и, надавливая вниз, вертикально внедряют цилиндр 9 прибора в образец. При этом конический наконечник упрется в него и сверло 10 сопрягаемо кромками резцов 11 "сядет" в фаску цилиндра 9.

Второй рукой за рукоятку 17 вращают по часовой стрелке сверло 10, одновременно другой рукой внедряя цилиндр в образец на нужную глубину. Перед измерением делают еще несколько оборотов рукояткой 17 (удерживая корпус 1) с целью, чтобы сверло ушло в образец и освободило цилиндр 9 (как показано на фиг. 1). Это контролируется по исчезновению зазора между рукояткой 15 и втулкой крышки 18.

Для измерения предельного напряжения сдвига (среза) медленно вращают по часовой стрелке корпус 1 на угол гарантированно больший, чем угол сектора всей шкалы 25. При этом пружина 19 закручивается и стремится повернуть через центральную втулку 5 цилиндр 9. В момент среза образец не может воспринимать большой момент (стрелка 22 остановится) и при прекращении поворота корпуса 1 кулачек 27 тормоза зафиксирует диск 6 центральной втулки 5 и напротив стрелки 22 по шкале 25 считывают результаты измерений.

Использование предусмотренного в конструкции устройства сверла с коническим наконечником с винтовой нарезкой позволит оператору легко внедрить измерительный цилиндр в исследуемый материал. Кроме того, применение сверла-отборника позволит также использовать измерительный цилиндр практически любого большего диаметра, необходимого для испытаний. А это приведет к тому, что резко возрастет число рифлений, а в итоге площадь среза при испытании. Использование тормоза позволит точно фиксировать значение напряжения среза. Таким образом, использование заявленного изобретения позволит существенно повысить точность измерений и упростить процесс проведения испытаний материала.

Литература 1. Белкин И.М., Виноградов А.И., Леонов А.И. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. - М.: Машиностроение, 1967, с. 91-92.

2. Табачников В.П., Барков Е.Я. Портативный прибор для определения консистенции сыра. - "Молочная промышленность", 1970, N 8, с. 25-27.

Формула изобретения

Сдвигометр, содержащий корпус с центральной втулкой, нагруженной пружиной, рифленый цилиндр, стрелку и шкалу, отличающийся тем, что он снабжен сверлом с коническим наконечником с резьбовой нарезкой, которое выполнено с четырьмя спиралевидными резцами, расположенными с равным шагом по окружности, причем наружный диаметр резцов выполнен гарантированно меньшим, чем диаметр впадин рифленого цилиндра, и их сопрягаемая с нижним торцом цилиндра форма соответствует углу фаски цилиндра, причем верхний конец стержня сверла имеет паз, фиксируемый в хвостовике рукоятки, установленном в крышке соосно с цилиндром, а центральная втулка снабжена диском, к которому пружиной прижимается тормозной кулачок, установленный в кронштейне на корпусе и снабженный кнопкой отключения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5