НАГРУЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ СОВМЕСТНО С КРУЧЕНИЕМ Российский патент 2000 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к области механических испытаний материалов при комбинированном нагружении в физических исследованиях и может быть использовано при изучении влияния деформации на свойства материалов.

Известно нагружающее устройство, содержащее привод, планки, шкив, ось которого совпадает с направлением усилия растяжения, ролики и охватывающий ролики и шкив гибкий элемент с концами, закрепленными на одной из планок, а приспособление для изменения соотношения между величинами усилия растяжения и крутящего момента установлено по оси, совпадающей с направлением действия усилия растяжения, и выполнено в виде жестко закрепленного на одной из планок гидроцилиндра со штоком, связанным с другой планкой кососимметрично по отношению к продольной оси планки /1/.

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного деформирования образца путем его кручения и растяжения и перераспределения прикладываемой к испытуемому образцу осевой и окружной нагрузок, что усложняет конструкцию, ее изготовление, сборку и эксплуатацию при испытании материалов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является нагружающее устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, содержащее станину, закрепленные на ней держатели для испытуемого образца, жестко связанный с одним из держателей диск, ось которого совпадает с осью держателей, два ролика, установленные на осях в отверстиях планки с возможностью вращения, две гибкие тяги, узел нагружения, выполненный в виде двух одинаковых грузов, жестко связанных с гибкими тягами и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через ролики с диском, винтовой механизм, закрепленный с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя, сектор-копир, выполненный в виде полукольца со сквозными прорезями /2/.

Недостатком устройства является сложность конструкции, ее изготовления, регулирования и сборки перед, после и в процессе испытаний на разных режимах состояния напряжения. Кроме того, конструктивное исполнение ограничивает функциональные возможности устройства.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Задача решается тем, что в нагружающем устройстве для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, содержащем станину, закрепленные на ней держатели для испытуемого образца, жестко связанный с одним из держателей диск, ось которого совпадает с осью держателей, два ролика, установленные на осях в отверстиях планки с возможностью вращения, две гибкие тяги, узел нагружения, выполненный в виде двух одинаковых грузов, жестко связанных с гибкими тягами и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через ролики с диском, винтовой механизм, закрепленный с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя, сектор-копир, выполненный в виде полукольца со сквозными прорезями, держатели снабжены верхним и нижним штоками, установленными с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в корпусе станины, нижний шток имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение в средней части опорной направляющей поверхности, наружная поверхность нижнего конца нижнего штока выполнена резьбовой, а верхний торец снабжен четырьмя проушинами, образующими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях П-образные профили, в каждой из проушин выполнено посадочное отверстие для установки в нем оси соответствующего ролика, длина наружной посадочной поверхности оси каждого ролика равна сумме толщин проушины, ролика и величины зазора между торцом оси и ролика для обеспечения возможности его свободного вращения при воздействии гибких тяг, ролики выполнены с многоступенчатыми канавками и выступами разного диаметра и профиля в форме конуса, цилиндра или тора и установлены на неподвижных осях с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочному отверстию, винтовой механизм выполнен в виде ступенчатой гайки, установленной на наружной резьбовой поверхности нижнего штока с возможностью вращения в любом направлении для регулировки нагружающего устройства и фиксации нижнего штока в секторе-копире и снабженной контактным элементом повышенной жесткости, твердости и износостойкости для взаимодействия с опорным торцом грани корпуса станины, верхний шток держателя верхнего конца испытуемого образца установлен с возможностью взаимодействия с первым датчиком-измерителем линейных перемещений и обеспечения жесткого закрепления испытуемого образца, а на держателе нижнего конца испытуемого образца установлен кулачок-эксцентрик с возможностью взаимодействия со вторым электроконтактным датчиком-измерителем линейных перемещений, преобразованных из угловых перемещений кулачка-эксцентрика в соответствующем масштабе и по закону, выбранному в зависимости от свойств и размеров материала образца.

На фиг. 1 изображено нагружающее устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, общий вид; на фиг. 2 - схема испытания образца материала осевым усилием растяжения; на фиг. 3 - схема испытания образца осевым усилием растяжения и скручиванием его нижнего конца окружным усилием; на фиг.4 - вид сбоку на зону испытания образца, верхний конец которого закреплен в держателях верхнего штока; на фиг. 5 - вид спереди на зону испытания образца, нижний конец которого закреплен в держателях нижнего штока.

Устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением содержит станину 1, верхний 2 и нижний 3 штоки, установленные с возможностью перемещения в направляющих 4, выполненных в корпусе 5 станины, на штоках 2 и 3 которой закреплены держатели 6 и 7 для испытуемого образца 8. Нижний шток 3 имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение в средней части опорной направляющей поверхности, а на наружной поверхности его нижнего конца, выполненной резьбовой, установлен с возможностью вращения в любом направлении для регулировки нагружающего устройства и фиксации нижнего штока и закреплен с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя винтовой механизм 9 в виде ступенчатой гайки. Устройство содержит также датчики-измерители 10 и 11 линейных перемещений и привод нагружения усилием растяжения 12. Верхний шток 2 держателя 6 верхнего конца испытуемого образца 8 установлен с возможностью взаимодействия с первым датчиком-измерителем 10 и обеспечения жесткого закрепления испытуемого образца. Узел нагружения крутящим моментом выполнен в виде двух одинаковых грузов или приводов 13, жестко связанных с гибкими тягами 14 и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через диск 15, жестко связанный с держателем 7, ось которого совпадает с осью держателей, и ролики 16 и 17, установленные на неподвижных осях 18 и 19 в отверстиях планки на штоке 3 с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочным отверстиям 20 и 21. Ролики выполнены с многоступенчатыми канавками и выступами разного диаметра и профиля в форме конуса, цилиндра или тора. Верхний торец нижнего штока 3 снабжен четырьмя проушинами 22, 23, 24, 25, образующими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях П-образные профили. В каждой из проушин выполнено посадочное отверстие для установки в нем оси соответствующего ролика. При этом длина наружной посадочной поверхности оси каждого ролика равна сумме толщин проушины, ролика и величины зазора между торцом оси и ролика для обеспечения возможности его свободного вращения при воздействии гибких тяг. Нижний шток фиксируется в секторе-копире 26, выполненном в виде полукольца со сквозными прорезями 27. На держателе нижнего конца испытуемого образца установлен кулачок-эксцентрик 28 с возможностью взаимодействия с датчиком-измерителем линейных перемещений 11, преобразованных из угловых перемещений кулачка-эксцентрика 28 в соответствующем масштабе и по закону, выбранному в зависимости от свойств и размеров материала образца. Датчики 11 и 10 закреплены на стойке 29 и качалке 30.

Устройство работает следующим образом
Испытуемый образец 8 в виде трубки с тонкими стенками помещают в захваты держателей 6 и 7 верхнего 2 и нижнего 3 штоков, установленных с возможностью перемещения в направляющих 4, выполненных в корпусе 5 станины 1. Верхний шток 2 отводят в верхнее положение на требуемую величину деформации рабочей части образца 8. Под действием привода 12 нагружения усилием растяжения (сжатия) верхний шток 2 возвращается до полного контакта с датчиком-измерителем 10. Стрелку датчика-измерителя 10, жестко закрепленного в отверстии качалки 30, устанавливают на 0 путем перемещения нижнего штока 3 при помощи винтового механизма 9 в виде ступенчатой гайки. После регулировки нижний шток 3 фиксируют в секторе-копире 26, выполненном в виде полукольца со сквозными прорезями 27. После регулировки усилия нагружения вдоль оси образца 8 его нагружают от привода 12 усилием растяжения (сжатия) и усилием кручения от приводов 13, жестко связанных с гибкими тягами 14 и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через диск 15, жестко связанный с держателем 7. Регулировку датчика-измерителя 11, установленного на стойке 29, жестко закрепленной на корпусе 5, производят путем настройки его соответствующих узлов и механизмов.

Под действием усилия приводов 13 тяги 14 перемещаются совместно с поворотом (вращением) диска 15 и роликов 16, 17, установленных на неподвижных осях 18, 19 в отверстиях планки на верхнем конце штока 3 с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочным отверстиям 20, 21. Проушины 22, 23, 24, 25 ограничивают перемещение роликов 16, 17 в осевом направлении. Для преобразования угловых перемещений диска 15 на нем установлен кулачок-эксцентрик 28, взаимодействующий с датчиком-измерителем линейных перемещений 11. По окончании процесса регулировки и установки стрелок датчиков 10, 11 на 0 начинают испытание образца на ползучесть или другие виды путем растяжения (сжатия) совместно с кручением за счет поворота на угол или вращения. Одновременно с воздействием деформации на образец 8 сигналы с датчиков 10, 11 передаются на дальнейшую обработку, например, с помощью ПЭВМ.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет функциональные возможности в широком диапазоне схем нагружения от сложного до простого за счет возможности более быстрой переналадки элементов и узлов конструкции при разных видах определения физико-механических свойств испытуемых материалов.

Источники информации
1. А.c. N 530221, СССР, МПК G 01 N 3/02, БИ N 36, 1976 г.

2. А.c. N 1796865, СССР, МПК G 01 N 3/02, БИ N 7, 1993 г. (прототип).

Устройство предназначено для механических испытаний материалов при комбинированном нагружении при изучении влияния деформации на свойства материалов при различных температурах. Обеспечивается расширение функциональных возможностей нагружения материала испытуемого образца от простого напряженного состояния до сложного нагружения. На станине закреплены держатели для испытуемого образца. С одним из держателей жестко связан диск, ось которого совпадает с осью держателей. Два ролика с осями вращения установлены на планке с возможностью вращения так, что их оси вращения совпадают с соответствующими осями в планке. Узел нагружения соединен гибкими тягами через ролики с диском и снабжен винтовым механизмом в виде гайки, установленной на нижнем штоке. Верхний торец штока имеет четыре проушины под оси роликов. Устройство содержит датчики-измерители линейных перемещений штоков. 5 ил.

Нагружающее устройство для испытания материалов на ползучесть при растяжении совместно с кручением, содержащее станину, закрепленные на ней держатели для испытуемого образца, жестко связанный с одним из держателей диск, ось которого совпадает с осью держателей, два ролика, установленных на осях в отверстиях планки с возможностью вращения, две гибкие тяги, узел нагружения, выполненный в виде двух одинаковых грузов, жестко связанных с гибкими тягами и соединенных посредством гибких тяг, проходящих через ролики с диском, винтовой механизм, закрепленный с обеспечением совпадения оси его винта с осью держателя, сектор-копир, выполненный в виде полукольца со сквозными прорезями, отличающееся тем, что держатели снабжены верхним и нижним штоками, установленными с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в корпусе станины, нижний шток имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение в средней части опорной направляющей поверхности, наружная поверхность нижнего конца нижнего штока выполнена резьбовой, а верхний торец снабжен четырьмя проушинами, образующими в двух взаимно перпендикулярных плоскостях П-образные профили, в каждой из проушин выполнено посадочное отверстие для установки в нем оси соответствующего ролика, длина наружной посадочной поверхности оси каждого ролика равна сумме толщин проушины, ролика и величины зазора между торцом оси и ролика для обеспечения возможности его свободного вращения при воздействии гибких тяг, ролики выполнены с многоступенчатыми канавками
и выступами разного диаметра и профиля в форме конуса, цилиндра или тора и установлены на неподвижных осях с возможностью вращения и переустановки по отношению к посадочному отверстию, винтовой механизм выполнен в виде ступенчатой гайки, установленной на наружной резьбовой поверхности нижнего штока с возможностью вращения в любом направлении для регулировки нагружающего устройства и фиксации нижнего штока в секторе-копире и снабженной контактным элементом повышенной жесткости, твердости и износостойкости для взаимодействия с опорным торцом грани корпуса станины, верхний шток держателя верхнего конца испытуемого образца установлен с возможностью взаимодействия с первым датчиком-измерителем линейных перемещений и обеспечения жесткого закрепления испытуемого образца, а на держателе нижнего конца испытуемого образца установлен кулачок-эксцентрик с возможностью взаимодействия с вторым электроконтактным датчиком-измерителем линейных перемещений, преобразованных из угловых перемещений кулачка-эксцентрика в соответствующем масштабе и по закону, выбранному в зависимости от свойств и размеров материала образца.