СКЛЕРОМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к машиностроению и касается использования механических характеристик поверхностного слоя различных материалов методом царапания.

Известен склерометр, в котором испытательный образец фиксируется на столике винтом и грузами через систему рычагов. На нижней части маятника установлена шкала и сектор, имеющий засечки для удержания маятника в заданном положении. Сброс маятника производится спускным механизмом. Фиксация маятника после царапания осуществляется механизмом, состоящим из сектора с кольцевой канавкой на наружной цилиндрической поверхности и пластины, охватывающей сектор в месте канавки. Между сектором и пластиной в кольцевой канавке расположен шарик, имеющий возможность свободно перемещаться при повороте сектора маятника. В момент изменения направления движения маятника шарик заклинивает сектор и задерживает маятник в конечном положении [1]
Однако в результате жесткого крепления индентора относительно штанги маятника при царапании образца на нем образуется гиперболоидная поверхность, т. е. поверхность сложной формы с переменной глубиной по ее длине. Это затрудняет определение сопротивления царапанию. Не представляется возможным определить усилие царапания соответственно получаемому поперечному сечению царапины. Невозможно также точно и надежно зафиксировать маятник в отклоненном положении с помощью шарика, перемещающегося без сопротивления в кольцевой канавке между сектором и пластиной.

Известен склерометр, содержащий корпус, размещенные в нем столик для крепления образцов, маятник с индентором на конце и стопорный и измерительный узлы, отличающийся тем, что с целью расширения технологических возможностей, он снабжен установленной с возможностью перемещения вдоль оси маятника втулкой, измерительный узел выполнен в виде закрепленного во втулке упругого элемента и связанных с ним тензометрических датчиков, а индентор соединен с упругим элементом [2]
В известном склерометре индентор жестко закрепляется во втулке, имеющей возможность смещения вдоль оси маятника только при настройке. После установки индентора с втулкой в маятнике происходит его фиксация. При перемещении индентора с маятником над образцом происходит царапание образца. Царапина получается сложной формы с переменной глубиной по ее длине. Это является недостатком всех известных склерометров, в частности прототипа, так как снижает точность при определении объема вытесненного материала из исследуемого образца при царапании.

Еще одним недостатком конструкции склерометра является наклейка тензодатчиков на упругий элемент, установленный вдоль оси маятника между индентором и втулкой. При такой установке тензодатчиков упругий элемент воспринимает полное усилие царапания, состоящее из нормальной составляющей, действующей вдоль оси маятника, и тангенциальной, действующей под прямым углом к оси маятника. В этом случае упругий элемент сжимается от нормальной составляющей усилия и изгибается от действия тангенциальной силы. С помощью тензодатчиков при столь сложной схеме нагружения упругого элемента выделить только тангенциальные силы во время царапания образца не представляется возможным.

Все это приводит к недостаточно точной оценке механических свойств испытуемых материалов.

Задача изобретения повышение точности и облегчение обработки полученных результатов.

Технических результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении на исследуемом плоском образце царапины постоянного поперечного сечения, а также в измерении тангенциальной и нормальной составляющих усилия царапания, что дает возможность получения полной силы царапания.

Это достигается тем, что в склерометре, содержащем корпус с опорной плитой, размещенный в корпусе стол для крепления образцов, маятник с закрепленным на его конце индентором, узел фиксации маятника и узел измерения в виде приспособления для измерения угла отклонения маятника и силоизмерителей с тензодатчиками индентор шарнирно связан с маятником и подпружинен вдоль его оси, один из силоизмерителей установлен между столом и опорной плитой, а другой с торцовой стороны стола.

При постоянной площади поперечного сечения царапины, получаемой на образце при прохождении индентора, и полной силе царапания имеется возможность с высокой достоверностью определить сопротивление царапанию различных материалов.

На фиг.1 показана схема склерометра; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Склерометр содержит корпус 1 с опорной плитой 2 и регулировочными винтами 3, размещенные в нем столик 4 с образцом 5, маятник 6 с индентором 7 на конце, шарнирно соединенным с маятником 6 посредством рычагов 8 и подпружиненным посредством пружины 9 вдоль оси 10 маятника 6. Индентор 7 опирается на пружину 9 через шар 11 и седло 12. Между столиком 4 и опорной плитой 2 установлен силоизмеритель 13 с тензодатчиками 14 для восприятия тангенциальных сил и силоизмеритель 15 с тензодатчиками 16 для измерения нормальных сил. Для выбора зазора между силоизмерителем 13 и столиком 4 установлен кронштейн 17 с пружиной 18.

Стопорный узел состоит из храповых колес 19 и 20, установленных на оси 21 качания маятника, и храповиков 22 и 23. На оси 21 маятника 6 установлено устройство 24 реохордного типа для измерения угловых перемещений маятника 6.

Устройство работает следующим образом.

Посредством храпового колеса 19 и храповика 22 ось 21 с маятником 6 фиксируется в исходном, отклоненном на определенный угол, положении. После этого размыкается силовая цепь храпового колеса 19 и храповика 22 и маятник 6 опускается с исходной высоты. В это время храповик 23 храпового колеса 20 проскальзывает по нему, давая возможность свободно отклоняться маятнику 6. После отклонения маятника 6 в противоположную сторону при попытке его возврата в исходное положение происходит фиксация храповика 23 на храповом колесе 20. При прохождении маятника 6 над испытательным образцом 5 вследствие того, что индентор 7 шарнирно крепится к маятнику 6 и опирается через шар 11 и седло 12 на пружину 9, обеспечивается прямолинейная царапина с неизменным поперечным сечением.

Тангенциальная сила, возникающая при царапании образца 5, фиксируется при помощи силоизмерителя 13 с тензодатчиками 14. Нормальная сила, возникающая при силовом воздействии индентора 7 с образцом 5, фиксируется при помощи силоизмерителя 15 с тензодатчиками 16. Угол поворота маятника 6 фиксируется реохордным датчиком.

При установленных нормальной и тангенциальной составляющих можно определить полную силу царапания.

Предлагаемое изобретение позволяет за счет постоянной глубины царапания и возможности определения полной силы царапания повысить точность расчета показателей механических свойств исследуемых материалов.

Использование: в машиностроении, касается использования механических характеристик поверхностного слоя различных материалов методом царапания. Предлагаемое изобретение за счет получения на исследуемом плоском образце царапины постоянного поперечного сечения и возможности определения полной силы царапания позволяет повысить точность расчета показателей механических свойств исследуемых материалов. Сущность изобретения: в склерометре, содержащем корпус 1 с опорной плитой 2, размещенные в нем столик 4 для крепления образцов 5, маятник с индентором на конце, стопорный узел и измерительный узел, состоящий из устройства для измерения угла отклонения маятника и тензометрических силоизмерителей, индентор шарнирно соединен с маятником и подпружинен вдоль его оси, а тензометрические силоизмерители установлены между столиком 4 для крепления образов 5 и опорной плитой 2. 2 ил.

СКЛЕРОМЕТР, содержащий корпус с опорной плитой, размещенный в корпусе стол для крепления образцов, маятник с закрепленным на его конце индентором, узел фиксации маятника, приспособление для измерения угла отклонения маятника и силоизмерители с тензодатчиками, отличающийся тем, что индентор шарнирно связан с маятником и подпружинен вдоль его оси, один из силоизмерителей установлен между столом и опорной плитой, а другой с торцевой стороны стола.