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

Изобретение относится к механизмам для испытания материалов на растяжение и исследования механических свойств микроструктурных элементов материалов, в частности полимерных эластомеров, полимерных волокон губчатых материалов и волокон губчатых материалов и волокон высоконаполненных зернистых эластомеров.

Известна установка горизонтального расположения, предназначенная для прямого наблюдения и фотографирования микроструктуры различных материалов и деформации их путем растяжения при нагреве (охлаждении) и под давлением (вакуумированием) (см. Установка "АЛА-ТОО" типа ИМАШ-20-75, техническое описание, Фрунзенский з-д КИП, г. Фрунзе, 1976). Захваты установки вместе с расположенными на них упругими силоизмерительными элементами в виде балочек прямоугольного сечения с наклеенными тензодатчиками, представляют из себя горизонтальные консоли в воздухе [1]
Недостатком известного устройства является невозможность измерения нагрузки меньше 10 кГс. Даже если модернизировать устройство и повысить чувствительность его датчика усилий при нагрузках, меньших 0,5 кГс, будут существенно влиять вес захвата и вес образца, направленные перпендикулярно оси растяжения. Суммарная сила веса и усилия растяжения становится направленной под углом к оси силоизмерителя, искажая его показания.

Наиболее близкой по техническому решению является установка горизонтального типа для испытания полимерных материалов на растяжение, состоящая из реверсивного привода, захватов, в которых закрепляется образец, силоизмерителя, самописца, инструментального микроскопа с прикрепленным к нему фотоаппаратом, лампы постоянного освещения и импульсных ламп-вспышек [2]
Недостатком данного технического решения является погрешность измерения усилий, вызванная трением захвата, который шарнирно связан с силоизмерителем. Особенно погрешность велика при измерении небольших усилий меньших и значительно меньших, чем вес захвата.

Цель изобретения повысить точность измерения усилий.

Поставленная цель достигается путем подвешивания неподвижного захвата в магнитном поле двух взаимоотталкивающихся магнитов.

На фиг. 1 схематически изображена описываемая установка; на фиг. 2 - изометрический вид неподвижного захвата, шарнирно связанного с силоизмерителем, подвешенного в магнитном поле.

Установка для испытания образца содержит реверсивный привод с редуктором 1, с помощью которого через ходовой винт передается движение подвижному захвату 2, в котором закрепляется образец 3. с другой стороны образец закрепляется в неподвижном захвате 4, шарнирно скрепленном с силоизмерителем 5, который, в свою очередь, электрически связан с самописцем 6. Снизу неподвижного захвата 4 крепится магнит 7, а под ним на опоре устанавливается отталкивающий магнит 8. Образец находится под наблюдением инструментального микроскопа 9, позволяющего измерять в двух координатах. К микроскопу крепится фотоаппарат 10, образец освещается снизу двумя импульсными лампами 11, мощность светового потока регулируется. Для настройки фотоаппарата и визуальных наблюдений используется постоянное освещение 12.

Более наглядно изобретение продемонстрировано на фиг. 2. К консоли 13 силоизмерителя 5 через шарнир 14 крепится захват 4, на который через образец действует измеряемая нагрузка F. Снизу к захвату 4 прикрепляется магнит 7, на который действует своим отталкивающим полем магнит 8, прикрепленный к опоре.

Расстояние между магнитами зависит от веса захвата и образца. Постоянный магнит 8 устанавливается так, чтобы захват 4 был ориентирован строго по оси силоизмерителя 5 и измеряемой нагрузки F, осуществляется это путем перемещения магнита 8, чаще всего в вертикальном направлении, реже в горизонтальном направлении, например, с помощью винтовой подачи 15.

Если используются электромагниты, то ориентация неподвижного захвата вдоль оси нагружения осуществляется путем изменения силы взаимодействия магнитов, изменяя индуктивность магнитного поля одного или обоих электромагнитов путем изменения силы тока в обмотке.

Образец 3 закрепляется в зажимы 2 и 4. Растяжение осуществляется с помощью привода 1. Нагрузка измеряется силоизмерителем 5 шарнирно скрепленным с захватом 4. Перемещение захвата, а также перемещение упругого элемента силоизмерителя 5 под действием нагрузки осуществляется без трения об опору, благодаря магнитной подушке элементов 7 и 8. Сигнал с силоизмерителя обрабатывается самописцем 6. В процессе растяжения с заданной скоростью фиксируются деформации образца фотографированием (см. авт.св. СССР N 127468, G 01 B 19/34, 1950) через микроскоп 9 с использованием ламп-вспышек 11, а на диаграмме усилий отмечается момент съемки. Если образец круглого сечения, то по фотографиям определяется не только продольное удлинение, но и текущая площадь поперечного сечения. После этого по точкам строится зависимость истинных напряжений от деформации.

Так как скорость перемещения захвата задана и постоянна, то определение продольной деформации образца возможно по перемещению подвижного захвата. Если образец не круглого сечения, то возможно определить начальное сечение образца, тогда будет находиться относительное напряжение.

Для того, чтобы исключить влияние гравитационной силы на показания силоизмерителя 5 (вращающий момент неподвижного захвата 4 относительно магнитной опоры 7 8), магнит 7 на неподвижном захвате 4 закрепляется в центре тяжести конструкции захвата.

Изобретение позволяет повысить точность измерения усилий.

Установка содержит неподвижный захват 4, связанный с силоизмерителем 5, подвижный захват 2, перемещающийся в горизонтальной плоскости посредством ходового винта и привода 1. Неподвижный захват 4 подвешен в магнитном поле двух взаимоотталкивающихся магнитов, один из которых 7 закреплен на неподвижном захвате 4, а второй 8 - установлен под ним. Установка содержит также самописец 6, микроскоп 9 и прикрепленный к нему фотоаппарат 10. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для испытания образцов на растяжение, состоящая из силоизмерителя, соединенного шарнирно с неподвижным захватом, подвижный захват, перемещающийся в горизонтальной плоскости с помощью ходового винта и привода, самописца, на диаграмме которого отмечаются моменты фотосъемки, микроскопа с прикрепленным к нему фотоаппаратом, импульсных ламп-вспышек и лампы постоянного освещения, отличающаяся тем, что неподвижный захват подвешивается в магнитном поле двух взаимоотталкивающих магнитов, один из которых закрепляется на неподвижном захвате, другой располагается снизу. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что нижний магнит имеет регулируемое положение относительно неподвижного захвата. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сила взаимодействия взаимоотталкивающих магнитов регулируется. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что магнит на неподвижном захвате закрепляется в центре тяжести конструкции захвата.