УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ НА ПРОЧНОСТЬ Российский патент 1998 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для испытания трубчатых образцов и цилиндрических оболочек.

Известны устройства для механических испытаний тонкостенных трубчатых образцов (576525, 729481, 1168820, 1173237, кл. G 01 N 3/04).

Известные конструкции устройств и захватов не обладают универсальностью, требуют наличия испытательных машин создающих крутящие моменты, не исключают возможного эксцентриситета при передаче осевых усилий и отклонения вектора крутящего момента от оси образца. Кроме того, в ряде конструкций требуется специальная подготовка концов образца в виде различного рода утолщений, а при испытании образцов, выполненных из современных высокопрочных композиционных материалов не исключена возможность проскальзывания или разрывов их концов.

Прототипом изобретения является устройство для испытания тонкостенных трубчатых образцов на прочность (см. авт. св. N 1836629, кл. G 01 N 3/04), содержащее основание, размещенный на нем цилиндрический корпус, размещенные в корпусе пассивный и активный захваты, цилиндрический нагружатель, силовую опору и силоизмеритель.

Однако известное устройство не обеспечивает нагружение трубчатого образца крутящим моментом.

Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является повышение информативности за счет возможности нагружения образцов как растягивающими и сжимающими усилиями, так и крутящим моментом.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для испытания трубчатых образцов на прочность, содержащем основание, размещенный на основании цилиндрический корпус, размещенные в цилиндрическом корпусе, закрепленный на нем пассивный и соосный ему активный захваты, каждый из которых выполнен в виде обечайки и установленного в ней клинового вкладыша для схватывания наружной поверхности одного из концов трубчатого образца, установленную со стороны пассивного захвата, соосно с обечайками, первую втулку, наружная поверхность которой предназначена для контактирования с внутренней поверхностью конца образца со стороны пассивного захвата, цилиндрический нагружатель, выполненный с двумя фланцами, установленную со стороны активного захвата опору, выполненную в виде первого стакана и шаровой опоры, размещенной соосно с цилиндрическим нагружателем между наружной поверхностью дна первого стакана и основанием, а также вторую шаровую опору, при этом один из торцов цилиндрического нагружателя размещен в полости первого стакана, устройство снабжено второй втулкой, являющейся поворотной и охватывающей цилиндрический нагружатель со стороны пассивного захвата, образуя кольцевую полость между их обращенными друг к другу поверхностями, третьей втулкой, являющейся упорной и установленной в этой полости с возможностью осевого перемещения, двумя осями, упорным и радиальными подшипниками, силовой опорой и шпильками, причем торец первой втулки выполнен с четырьмя симметричными глухими пазами, вторая втулка имеет симметрично расположенные четыре выступа, предназначенных для размещения в глухих пазах на торце первой втулки, вторая втулка на внутренней поверхности имеет два кольцевых выступа и диаметрально расположенных два вертикальных паза, третья втулка выполнена в виде второго стакана с диаметрально расположенными в стенке двумя отверстиями и кольцевым выступом на наружной поверхности дна, при этом основание, соответствующий фланец цилиндрического нагружателя и дно первого стакана выполнены с симметрично расположенными, соосными отверстиями, шпильки установлены в отверстиях дна первого стакана и соответствующего фланца цилиндрического нагружателя, на наружной поверхности цилиндрического нагружателя со стороны пассивного захвата выполнены диаметрально противоположно два вертикальных и два винтовых паза, одни концы осей контактируют со стенками винтовых пазов на цилиндрическом нагружателе, на свободных концах осей установлены радиальные подшипники, наружные обоймы которых предназначены для контактирования со стенками вертикальных пазов второй втулки, упорный подшипник установлен на кольцевом выступе на наружной поверхности дна второго стакана, силовая опора установлена на упорном подшипнике, а вторая шаровая опора предназначена для контактирования с внутренней поверхностью дна второго стакана и поверхностью другого фланца цилиндрического нагружателя.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства.

Устройство содержит основание 1 с отверстиями 2, размещенный на основании цилиндрический корпус 3 с установленным на нем опорным кольцом 4, пассивный и активный захваты, каждый из которых выполнен в виде обечайки 5, установленного в ней клинового вкладыша 6, предназначенного для схватывания наружной поверхности одного из концов трубчатого образца 7, установленную со стороны пассивного захвата первую втулку 8 с четырьмя симметричными глухими пазами 9, запорную шайбу 10 и болты 11, цилиндрический нагружатель 12 с фланцами 13 и 14. На наружной поверхности цилиндрического нагружателя 12 со стороны пассивного захвата выполнены диаметрально противоположно два вертикальных 15 и два винтовых 16 паза. Фланец 14 цилиндрического нагружателя 12 выполнен с четырьмя симметричными отверстиями 17, соосными с отверстиями 2 основания 1. Установленная со стороны активного захвата опора выполнена в виде первого стакана 18 и шаровой опоры 19.

На дне первого стакана 18 выполнены четыре симметрично расположенных отверстия 20 соосные с отверстиями 2 и 17 основания 1 и фланца 14 цилиндрического нагружателя 12 соответственно. На торце первой втулки 8 установлена вторая втулка 21, выполненная с четырьмя симметричными выступами 22, предназначенными для контактирования с глухими пазами 9 первой втулки 8. Вторая втулка 21 имеет два кольцевых выступа 23 и диаметрально расположенные два вертикальных паза 24. В кольцевой полости образованной наружной поверхностью нагружателя 12 и внутренней поверхностью второй втулки 21 установлена с возможностью осевого перемещения третья втулка выполненная в виде второго стакана 25 с диаметрально расположенными в стенке двумя отверстиями 26 и с кольцевым выступом 27 на наружной поверхности дна. В отверстия 26 второго стакана установлены оси 28, выступающие концы которых с внутренней стороны предназначены для контактирования с боковыми стенками вертикальных 15 или винтовых 16 пазов цилиндрического нагружателя 12, а на выступающие концы с внешней стороны второго стакана 25 установлены радиальные подшипники 29, наружные обоймы которых предназначены для контактирования со стенками вертикальных пазов 24 второй втулки 21.

На концевом выступе 27 на наружной поверхности дна второго стакана 25 установлен упорный подшипник 30, а на нем - силовая опора 31. В отверстия 17 фланца 14 цилиндрического нагружателя 12 установлены шпильки 32, а в отверстия 20 дна первого стакана 18 - шпильки 33. Между внутренней поверхностью дна второго стакана 25 и наружной поверхностью фланца 13 цилиндрического нагружателя 12 установлена шаровая опора 34.

Устройство работает следующим образом.

На первый стакан 18 надевают испытуемый образец 7, обечайку 5 с клиновым вкладышем 6 и запорную шайбу 10 с болтами 11 активного захвата, поворачивают шайбу 10 до захода, замковых выступов в пазы обечайки 5, завертыванием болтов 11 смещают обечайку 5 относительно первого стакана 18, осуществляя первоначальное обжатие одного из концов образца 7. Затем на обечайку 5 активного захвата устанавливают опорное кольцо 4, на образец 7 надевают обечайку 5 с клиновым вкладышем 6 пассивного захвата, в первый стакан 18 активного захвата вставляют цилиндрический нагружатель 12. Далее в полость между наружной поверхностью цилиндрического нагружателя 12 и внутренней поверхностью образца 7 вставляют первую втулку 8 пассивного захвата, на которую надевают обечайку 5 с клиновым вкладышем 6 и запорную шайбу 10, с помощью болтов 11 осуществляют обжатие другого конца образца 7. После чего трубчатый образец 7, закрепленный в захватах, помещают во внутреннюю полость цилиндрического корпуса 3, один конец которого через обечайку 5 пассивного захвата и опорное кольцо 4 опирают на корпус 3, причем, другой конец образца 7, закрепленный в активном захвате, находится в подвешенном положении. На цилиндрический нагружатель 12 со стороны пассивного захвата надевают вторую втулку 21. При этом выступы 22 второй втулки входят в зацепление с пазами 9 на первой втулке 8. На оси 28 одевают радиальные подшипники 29 и устанавливают их в отверстия 26 второго стакана 25. Затем в образованное наружной поверхностью цилиндрического нагружателя 12 и внутренней поверхностью второй втулки 21 пространство вставляют второй стакан 25. Далее на кольцевой выступ 27 дна второго стакана 25 устанавливают упорный подшипник 30, а на него-силовую опору 31.

При испытании трубчатого образца 7 на растяжение вторую втулку 21, второй стакан 25 с осями 28 и подшипниками 29, упорный подшипник 30 и силовую опору 31 не устанавливают, шаровую опору 19 опускают и создают усилие на нагружатель 12, в образце 7 возникает напряжение растяжения.

При испытании трубчатого образца 7 на сжатие шаровой опорой 19 поднимают трубчатый образец до образования зазора между обечайкой 5 пассивного захвата и опорным кольцом 4, а упорный подшипник 30, силовую опору 31 и шаровую опору 34 не устанавливают, свободные концы осей 28 вставляют в вертикальные пазы 15 цилиндрического нагружателя 12 и создают усилие на второй стакан 25, в образце 7 возникает напряжение сжатия.

При испытании трубчатого образца 7 на кручение шаровые опоры 19 и 34 не устанавливают, шпильки 32 и 33 вставляют в отверстия 20 и 2 дна первого стакана 18 и основания 1 соответственно. Свободные концы осей 28 вставляют в винтовые пазы 16 цилиндрического нагружателя 12 и создают усилие на силовую опору 31, в образце 7 возникают напряжения кручения.

Аналогично проводят испытания тонкостенных трубчатых образцов на ударном стенде.

Изобретение позволяет расширить функциональное назначение устройства.

Испытание опытного образца устройства показали, что оно отвечает поставленным при его разработке целям.

Устройство позволяет проводить испытание трубчатых образцов большого диаметра, армированных высокопрочными волокнами с угловой ориентацией слоя при действии как осевого растяжения и сжатия, так и кручения. Это достигается тем, что на основании 1, фланце 14 нагружателя 12, дне стакана 18 выполнены соосные отверстия 2, 17 и 20 соответственно, на втулке 8 - глухие пазы 9, а на нагружателе 12 - вертикальные 15 и винтовые пазы. Устройство снабжено установленной на втулке 8 поворотной втулкой 21, выступы 22 которой контактируют с глухими пазами 9 втулки 8. В пространстве, образованном наружной поверхностью нагружателя 2 и внутренней поверхностью поворотной втулки 21, установлена упорная втулка 25 с осями 28, контактирующими с боковыми стенками пазов 15 или 16 нагружателя 12, а на свободные концы осей 28 надеты радиальные подшипники 29, наружные обоймы которых контактируют с боковыми стенками вертикальных пазов 24 поворотной втулки 21. На цилиндрическом выступе 27 упорной втулки 25 установлен упорный подшипник 30, а на нем - силовая опора 31. Устройство также снабжено шпильками 32 и 33, предназначенными для предотвращения от проворачивания нагружателя 12 и стакана 18 относительной основания 1. 1 ил.

Устройство для испытания трубчатых образцов на прочность, содержащее основание, размещенный на основании цилиндрический корпус, размещенные в цилиндрическом корпусе, закрепленный на нем пассивный и соосный ему активный захваты, каждый из которых выполнен в виде обечайки и установленного в ней клинового вкладыша для охватывания наружной поверхности одного из концов трубчатого образца, установленную со сторон пассивного захвата соосно с обечайками первую втулку, наружная поверхность которой предназначена для контактирования с внутренней поверхностью конца образца со стороны пассивного захвата, цилиндрический нагружатель, выполненный с двумя фланцами, установленную со стороны активного захвата опору, выполненную в виде первого стакана и шаровой опоры, размещенной соосно с цилиндрическим загружателем между наружной поверхностью дна первого стакана и основанием, а также вторую шаровую опору, при этом один из торцов цилиндрического нагружателя размещен в полости первого стакана, отличающееся тем, что устройство снабжено второй втулкой, являющейся поворотной и охватывающей цилиндрический нагружатель со стороны пассивного захвата, образуя кольцевую полость между их обращенными друг к другу поверхностями, третьей втулкой, являющейся упорной и установленной в этой полости с возможностью осевого перемещения, двумя осями, упорным и радиальными подшипниками, силовой опорой и шпильками, причем торец первой втулки выполнен с четырьмя симметричными глухими пазами, вторая втулка имеет симметрично расположенные четыре выступа, предназначенные для размещения в глухих пазах на торце первой втулки, вторая втулка на внутренней поверхности имеет два кольцевых выступа и диаметрально расположенные два вертикальных паза, третья втулка выполнена в виде второго стакана с диаметрально расположенными в стенке двумя отверстиями и кольцевым выступом на наружной поверхности дна, при этом основание, соответствующий фланец цилиндрического нагружателя и дно первого стакана выполнены с симметрично расположенными соосными отверстиями, шпильки установлены в отверстиях дна первого стакана и соответствующего фланца цилиндрического нагружателя, на наружной поверхности цилиндрического нагружателя со стороны пассивного захвата выполнены диаметрально противоположно два вертикальных и два винтовых паза, одни концы осей контактируют со стенками винтовых пазов на цилиндрическом нагружателе, на свободных концах осей установлены радиальные подшипники, наружные обоймы которых предназначены для контактирования со стенками вертикальных пазов второй втулки, упорный подшипник установлен на кольцевом выступе на наружной поверхности дна второго стакана, силовая опора установлена на упорном подшипнике, а вторая шаровая опора предназначена для контактирования с внутренней поверхностью дна второго стакана и поверхностью другого фланца цилиндрического нагружателя.