МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на растяжение.

Известны машины для испытания образцов на растяжение, содержащие силовую раму, выполненную в виде основания, размещенных на нем колонн и неподвижной траверсы, закрепленной на колоннах, подвижную траверсу, установленную с возможностью перемещения по колоннам, привод перемещения подвижной траверсы, выполненный в виде пары винтовых передач, и системы измерения и управления (В.С. Голубков, К.М. Пирогов, Б.Л. Смушкович. Испытательные машины в текстильном материаловедении. М. Легпромбытиздат, 1988, с. 16 30).

Недостатком указанных машин является неустойчивость по отношению к динамическим нагрузкам, возникающим при разрушении испытываемого образца.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой машине является выбранная в качестве прототипа разрывная машина ИР 5047-50, содержащая силовую раму, выполненную в виде основания, размещенных на нем колонн и неподвижной траверсы, закрепленной на колоннах, подвижную траверсу, механизм перемещения подвижной траверсы, выполненный в виде ходовых винтов, установленных в силовой раме на подшипниках, приводы вращения винтов и ходовых гаек, неподвижно закрепленных на подвижной траверсе, захваты, закрепленные на силовой раме и подвижной траверсе, а также устройство для измерения параметров испытания (Машина разрывания ИР 5047-50. Паспорт Гб 2.773.171 ПС, Иваново, 1991).

Недостатком известной машины является ограниченная загрузочная способность, обусловленная тем, что при разрушении образца возникающие динамические нагрузки полностью передаются на жестко связанные части конструкции машины. Это вызывает также снижение надежности и долговечности, увеличение массо-габаритных характеристик.

Задачей изобретения является повышение нагрузочной способности и расширение диапазона прикладываемых нагрузок путем снижения влияния динамических нагрузок на узлы машины при разрушении образца.

Техническая задача достигается тем, что машина для испытания образцов на растяжение, содержащая силовую раму, выполненную в виде основания, размещенных на нем колонн и неподвижной траверсы, закрепленной на колоннах, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде ходовых винтов, установленных в раме на подшипниках, привода их вращения и ходовых гаек, неподвижно закрепленных на подвижной траверсе, захваты, установленные на основании и подвижной траверсе, устройство для измерения параметров испытания, имеет соединение отдельных нагруженных частей машины между собой, например соединение гаек с подвижной траверсой и ходовых винтов с узлом упорных подшипников, выполненные в виде нелинейного звена.

Количество упругих элементов в машине соответствует количеству болтов. Каждый упругий элемент установлен между головкой болта и фланцем гайки соответствующей винтовой передачи.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой машины; на фиг.2 характеристика нелинейного звена; на фиг.3, а, б и фиг.4 варианты исполнения соединений частей машины в виде нелинейного звена.

Машина (фиг. 1) содержит силовую раму, выполненную в виде основания 1 и неподвижной траверсы 2, связанных между собой колоннами 3, подвижную траверсу 4, механизм перемещения подвижной траверсы, выполненный в виде ходовых винтов 5 и гаек 6, установленных в подвижной траверсе 4. Ходовые винты 5 своим нижним концом размещены в узле упорных подшипников 7 и связаны с редукторами 8, 11. Верхний конец ходовых винтов 5 закреплены в неподвижной траверсе 2 через радиальный подшипник. Привод ходовых винтов 5 осуществляется от электродвигателя 5 через клиноременную передачу 10 и редукторы 8, 11, червяки которых связаны соединительным валом 12. Неподвижный захват 13 закреплен на основании 1, а подвижный захват 14 на тензисторном силоизмерителе 15, который в свою очередь закреплен на подвижной траверсе 4. (Силоизмеритель 15 может быть установлен также на основании 1).

В захваты 13 и 14 устанавливается образец 16. Тензорезисторный силоизмеритель 15 электрически связан с системой измерения 17. Нагруженные части конструкции 1, 4, 5, 6, 7, 13, 14 и 15 образуют силовой контур машины, податливость которого при испытании образца 16 на растяжение равна сумме податливостей входящих в него частей.

В представленном на фиг.1 варианте исполнения соединение гаек 6 с подвижной траверсой 4 и винтов 5 с узлом упорных подшипников 7 выполнены в виде нелинейного звена.

Характеристика нелинейного звена имеет вид, показанный на фиг.2. Положительное направление оси P соответствует действию испытательной загрузки P_исп., P_н предварительный натяг, x относительное смещение.

На фиг. 3 показаны варианты выполнения соединения подвижной траверсы с гайками ходовых винтов. Гайка 6 (фиг.3, а) ходового винта 5 закреплена в подвижной траверсе 4 с помощью болтов 18 через упругие элементы 19, выполненные, например, в виде пакета тарельчатых пружин, фланец гайки 6 прижат к траверсе 4 с усилием предварительного натяга P_н. Отход фланца гайки 6 от траверсы 4 возможен только при сжатии упругих элементов 19 усилием, большим P_н.

Во втором варианте соединения гаек ходовых винтов с подвижной траверсой (фиг.3, б) в качестве упругих элементов служат специальные удлиненные упругие болты 20 с нормированными характеристиками жесткости.

На фиг.4 показан вариант соединения ходового винта с упорными подшипниками. Упорные подшипники 7 установлены в корпусе 21, закрепленном на основании 1 машины. Между гайкой 22, навернутой на хвостовую часть винта 5, и подшипником 7 установлен упругий элемент 23, выполненный, например в виде пакета тарельчатых пружин (в виде упругого элемента может быть выполнена и сама гайка 22). Поджатие осуществляется с усилием P_н. Контргайка 24 поджимается к гайке 22 с усилием, которое может быть больше P_н.

Машина работает следующим образом.

От электродвигателя 9 (фиг.1), клиноременную передачу 10 и редукторы 8, 11 движение передается на ходовые винты 5. При вращении ходовых винтов 5 траверса 4 перемещается по колоннам 3, осуществляя при движении вверх согласно фиг.1 растяжение образца 16. Усилие растяжения фиксируется системой измерения 17 от силоизмерителя 15. В процессе растяжения фланец гайки 6 (фиг. 3, а) прижат к нижней плоскости подвижной траверсы 4, упругие элементы 19 не деформируются; одновременно торец ходовых винтов 5 (фиг. 4) прижимается к упорному подшипнику 7, упругий элемент 23 не деформируется.

Таким образом, при действии испытательной нагрузки реализуется жесткий упор (ограничение) на характеристике фиг.2. При нарастании нагрузки растяжения элементы силового контура машины, включающего основание 1 (фиг. 1), подвижную траверсу 4, ходовые винты 5, гайки ходовых винтов 6, захваты 13, 14 и силоизмеритель 15, упруго деформируется, накапливая потенциальную энергию, которая освобождается при разрушении образца. При этом возникают динамические нагрузки, действующие в направлении, противоположном действию сил на элементы силового контура машины при растяжении образца.

Упругие элементы 19, 20 (фиг. 3, а, б) и 23 (фиг. 4), начиная с нагрузками P_н, деформируются, реализуя наклонный участок на характеристике фиг.2, происходит относительное смешение деталей 6 и 4 (фиг.3) и 7, 5 (фиг.4).

Податливость силового контура машины увеличивается на величину податливости упругих элементов, которые, деформируясь, снижают силу удара.

Демпфирования удара осуществляется также за счет рассеяния энергии при трении в процессе относительного движения элементов звена.

Как известно (В.С. Голубков, К.М. Пирогов, Б.Л. Смушкович. Испытательные машины в текстильном материаловедении. М. Легпромбытиздат. 1988, с. 30 - 42), силовой контур испытательной машины должен иметь по условиям обеспечения стабильности режимов, точности и воспроизводимости результатов испытаний минимально возможную податливость (максимальную жесткость).

В то же время для снижения динамических нагрузок на элементы конструкции при разрушении образца податливость силового контура должна быть как можно большей.

Как ясно из описания, это техническое противоречие снимается в данном случае предлагаемым техническим решением, позволяющим иметь максимальную жесткость в процессе испытания и минимально необходимую после разрушения образца.

Количество соединений, выполняемых для этой цели в силовом контуре машины в виде нелинейных звеньев, выбирают в зависимости от необходимой степени демпфирования удара, располагая их между частями с большой массой.

Величину предварительного натяга P_н целесообразно брать достаточной для выборки зазоров в соединении или с учетом возможности компенсации падения нагрузки в процессе испытания.

Сущность изобретения: машина содержит силовую раму 2, подвижную траверсу 4 с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач. Гайки 6 винтовых передач расположены в подвижной траверсе 4 и скреплены с ней посредством болтов. Машина содержит также захваты 13 и 14 для образца, закрепленные на силовой раме 2 и подвижной траверсе 4, и упругие элементы, количество которых равно количеству болтов. Каждый упругий элемент установлен между головкой болта и фланцем гайки соответствующей винтовой передачи. 4 ил.

Машина для испытания образцов на растяжение, содержащая силовую раму, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач, гайки которых расположены в подвижной траверсе и скреплены с ней посредством болтов, и захваты для образца, закрепленные на силовой раме и подвижной траверсе, отличающаяся тем, что она снабжена упругими элементами по числу болтов, каждый упругий элемент установлен между головкой болта и фланцем гайки соответствующей винтовой передачи.