МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ Российский патент 2003 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 (B. C. 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 5143-200, 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, привода вращения винтов и ходовых гаек, закрепленных болтами в подвижной траверсе, датчик силы и захваты для установки образцов, закрепленные на силовой раме и подвижной траверсе, а также устройство для управления и измерения параметров испытаний (см. Машины разрывные ИР 5143-200-10 и ИР 5143-200-11. Проспект ОАО "Точприбор", г. Иваново, 2001. Браун Э.Д., Горбунов В.Н., Смушкович Б.Л. Методы и оборудование для прогнозирования фрикционно-износных характеристик узлов трения продукции тяжелого машиностроения // Тяжелое машиностроение. Журнал 2001. 4, с.18).

Недостатком известной машины является ограниченная нагрузочная способность, обусловленная параметрами несущей способности, устойчивости и долговечности винтовых передач.

Задачей изобретения является повышение нагрузочной способности и расширение диапазона прикладываемых нагрузок путем их перераспределения между винтовыми передачами.

Указанная цель 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 пары винтовых передач, ходовые винты которых установлены в силовой раме на подшипниках, а гайки расположены в подвижной траверсе и скреплены с ней посредством болтов, привод вращения ходовых винтов, датчик силы и захваты для установки образцов, при этом подвижная траверса дополнительно через гайки связана со второй парой винтовых передач, симметрично расположенных относительно оси захватов. Ходовые винты в машине имеют одинаковое или взаимно противоположное направление винтовых линий и кинематически связаны между собой таким образом, чтобы их направление вращения было соответственно одинаковым или взаимно противоположным, а вращение происходило одновременно и с одинаковой частотой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая машина отличается тем, что подвижная траверса дополнительно через гайки связана со второй парой винтовых передач, симметрично расположенных относительно оси захватов, причем ходовые винты в машине имеют одинаковое или взаимно противоположное направление винтовых линий и кинематически связаны между собой таким образом, чтобы их направление вращения было соответственно одинаковым или взаимно противоположным, а вращение происходило одновременно и с одинаковой частотой.

На фиг.1 изображена схема предлагаемой машины, на фиг.2 - схема привода машины (вид сверху), на фиг.3 "а" и "б" - схема действия моментов сил трения в винтовых передачах.

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, содержащий две пары винтовых передач, выполненных в виде ходовых винтов 5 и гаек 6, закрепленных в подвижной траверсе 4 с помощью болтов.

Любая их этих двух симметрично расположенных относительно оси захватов (образца) пара винтовых передач может считаться основной или дополнительной.

Ходовые винты 5 своим нижним концом размещены в узле упорных подшипников 7 и связаны с червячными передачами 8 редукторов 9. Верхний конец ходовых винтов 5 установлен в неподвижной траверсе 2 на подшипнике.

Привод ходовых винтов 5 (фиг.2) осуществляется от электродвигателя 10 через клиноременную передачу 11 и редукторы 9, червяки которых связаны соединительным валом 12.

Неподвижный захват 13 (фиг. 1) закреплен на датчике силы 14, установленном на основании 1, а подвижный захват 15 - на подвижной траверсе 4. (Датчик силы 14 может быть установлен также на подвижной траверсе 4 и соединен с захватом 15).

В захваты 13 и 15 устанавливается испытываемый образец 16. Датчик силы 14 электрически связан с системой измерения и управления 17 (фиг.2).

Две пары винтовых передач (винт 5 - гайка 6) расположены симметрично относительно оси захватов 13-15. При условии сохранения симметрии взаимное относительное расположение винтов и колонн может быть и другим. Например, винты могут быть расположены, как колонны на фиг.2.

Направление винтовой линии у всех винтов 5 может быть одинаковым. В этом случае все винты должны вращаться в одном направлении, что достигается одинаковым направлением нарезки червячных пар 8.

Возможно также и выполнение двух соседних винтов с взаимно противоположным направлением винтовой линии. В этом случае для перемещения траверсы 4 необходимо, чтобы эти винты вращались также в противоположные стороны. Кинематически это достигается противоположным направлением нарезки соответствующих червячных пар 8.

Машина работает следующим образом: от электродвигателя 10 через клиноременную передачу 11 и червячные передачи 8 движение передается на две пары ходовых винтов 5. При вращении ходовых винтов 5 траверса 4 перемещается по колоннам 3, осуществляя при движении вверх согласно фиг.1 растяжение образца 16. При движении траверсы 4 вниз осуществляется сжатие образца. В этом варианте вместо захватов 13 и 15 могут быть установлены, например, плоские тарели, между которыми деформируется образец. Усилие растяжения и сжатия фиксируется системой измерения 17 от датчика силы 14.

Симметричное расположение двух пар винтовых передач, связанных с подвижной траверсой, и колонн относительно оси захватов позволяет перераспределить испытательные нагрузки между ходовыми винтами, повысить их КПД, сократить массогабаритные характеристики машины или наоборот повысить нагрузочные характеристики машины при тех же параметрах ходовых винтов.

На фиг. 3 показано действие моментов трения М_т в винтовых передачах на подвижную траверсу 4 при одинаковом направлении вращения винтов ("а") и противоположном ("б"). Направления вращения винтов 5 "n" и действия момента трения М_т показаны стрелками.

В варианте "а" на подвижную траверсу действует суммарный момент сил трения в винтовых парах 4 М_т, который уравновешивается реакцией колонн
R=4М_т/l,
где l - расстояние между колоннами 3.

В варианте "б" моменты трения М_т взаимно уравновешиваются и соответственно колонны и ходовые винты не подвержены действию радиальных сил, т.е. R= 0. Вариант "б" предпочтительней при больших испытательных нагрузках, т.к. в этом случае увеличивается М_т.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на растяжение. Сущность изобретения: машина содержит силовую раму, выполненную в виде основания и неподвижной траверсы, связанных между собой колоннами, подвижную траверсу и механизм перемещения подвижной траверсы, выполненный в виде двух пар винтовых передач, ходовые винты которых установлены в силовой раме на подшипниках, а гайки расположены в подвижной траверсе и скреплены с ней посредством болтов. Машина также содержит захваты, закрепленные на подвижной траверсе и на силоизмерительном датчике. Две пары винтовых передач расположены симметрично относительно оси захватов, причем любая из них может считаться основной или дополнительной. Ходовые винты имеют взаимно противоположное направление винтовых линий и кинематически связаны между собой таким образом, чтобы их направление вращения было взаимно противоположным, а вращение происходило одновременно и с одинаковой частотой. Технический результат заключается в перераспределении испытательных нагрузок между ходовыми винтами и разгрузке винтов и колонны от действия радиальных сил. 3 ил.

Машина для испытания образцов на растяжение, содержащая силовую раму, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач, ходовые винты установлены в силовой раме на подшипниках, а гайки расположены в подвижной траверсе и скреплены с ней посредством болтов, привод вращения ходовых винтов, датчик силы и захваты для установки образцов, отличающаяся тем, что подвижная траверса дополнительно через гайки связана со второй парой винтовых передач, симметрично расположенных относительно оси захватов, причем ходовые винты в машине имеют взаимно противоположное направление винтовых линий и кинематически связаны между собой таким образом, чтобы их направление вращения было взаимно противоположным, а вращение происходило одновременно и с одинаковой частотой.