МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ Российский патент 2004 года по МПК G01N3/08 

Описание патента на изобретение RU2240530C2

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб и другие виды испытаний.

Известна машина для испытания материалов, состоящая из пары продольных направляющих, установленных на корпусе машины, траверсы, установленной для вертикального движения на двух ходовых винтах с параллельными осями, верхней неподвижной траверсы и привода ходовых винтов (Патент US №3375700 от 02.04.1968 г., НКИ: 73-93).

Недостатком указанной машины является неустойчивость по отношению к динамическим нагрузкам, возникающим при разрыве испытываемого образца.

Известна универсальная машина для испытания на изгиб, сжатие, растяжение, состоящая из основания, параллельных направляющих колонн, закрепленных на основании, траверсы, расположенной параллельно основанию и перемещающейся по направляющим колоннам, ходовых винтов и привода ходовых винтов (Патент US №3354704 от 28.11.67 г., НКИ: 73-93).

Недостатком известной машины является ограниченная нагрузочная способность, обусловленная тем, что при разрушении образца возникающие динамические нагрузки полностью передаются на жестко связанные узлы машины. Это вызывает снижение надежности и долговечности машины.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой машине является машина для испытания образцов на растяжение (Патент RU №2091745 от 23.08.95 г., МКИ: G 01 N 3/08), 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, упругие элементы по числу болтов, причем каждый упругий элемент установлен между головкой болта и фланцем гайки соответствующей винтовой передачи, захваты для закрепления образца и силоизмеритель.

Недостатками известной машины являются:

- низкая ее надежность, обусловленная тем, что при разрушении образца упругие элементы за счет сдвига подвижной траверсы от фланца гайки винтовой передачи резко сжимаются и, накопив (получив) энергию, мгновенно восстанавливают свою форму, отстреливая траверсу в исходное положение. При этом происходит соударение в резьбовой части ходового винта и, как следствие, потеря кинематической точности машины, в дальнейшем разрушение винта и гайки.

Свойство упругих элементов, например, пружин, о мгновенной восстанавливаемости их своей первоначальной формы при прекращении действия внешней силы известно (М.М. Резниковский, А.И. Лукомская. Механические испытания каучука и резины. - М.: Химия, 1968, стр.25);

- невозможность проведения других видов испытаний, например, на сжатие, изгиб, т.к. известно (B.C. Голубков, К.М. Пирогов, Б.Л. Смушкович. Испытательные машины в текстильном материаловедении. М.: Легпромбытиздат, 1988, с.30-42), что силовой контур испытательной машины должен иметь по условиям обеспечения стабильности режимов, точности и воспроизводимости результатов испытаний минимально возможную податливость (максимальную жесткость).

Поскольку машина является однозонной, то при проведении испытаний на сжатие податливость силового контура увеличивается на величину податливости упругих элементов (при испытании на сжатие испытательная нагрузка реализуется через упругие элементы).

Известно (В.Г. Улегин. Жесткость машин для испытания металлов на растяжение и сжатие и ее влияние на результат испытаний. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1960), что с изменением жесткости машины изменяются некоторые характеристики механических свойств материалов, что объясняется повышением условной относительной скорости деформации образца.

Поэтому в стандартах на испытательные машины нормируется величина жесткости машин, а в стандартах на методы испытаний нормируется не скорость перемещения активного захвата, а скорость нагружения, Н/мм2·с или скорость относительной деформации рабочей части образца (ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение, ГОСТ 25.303-97 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск).

Целью заявляемого изобретения является увеличение надежности и повышение нагрузочной способности машины путем снижения влияния динамических нагрузок, исключения соударения в резьбовой части винта и резонанса при разрушении образца, а также расширение функциональных возможностей за счет уменьшения податливости силового контура.

Указанная цель достигается тем, что машина для испытания образцов на растяжение и сжатие содержит силовую раму, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач, гайки которых расположены в подвижной траверсе, амортизирующие элементы, захваты для закрепления образца и силоизмеритель, при этом гайка ходового винта закреплена в подвижной траверсе с помощью крепежных элементов через высокоэластичный элемент, установленный соосно ходовому винту между опор, и через компенсатор, выполненный в виде упругого звена и установленный между верхней опорой и фланцем гайки соосно ходовому винту. Высокоэластичный элемент и компенсатор выполнены разной податливости и сжаты предварительной нагрузкой.

При испытании образцов на сжатие машина снабжена нажимной плитой, расположенной на подвижной траверсе с возможностью жесткого контакта с фланцем гайки. На нажимной плите выполнен упор, который взаимодействует с компенсатором и исключает его полную деформацию при приложении нагрузки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая машина отличается тем, что гайка закреплена в подвижной траверсе с помощью крепежных элементов через высокоэластичный элемент, установленный соосно ходовому винту между опор, и через компенсатор, выполненный в виде упругого звена и установленный между верхней опорой и фланцем гайки соосно ходовому винту, высокоэластичный элемент и компенсатор выполнены разной податливости и сжаты предварительной нагрузкой, при испытании образцов на сжатие она снабжена нажимной плитой, расположенной на подвижной траверсе с возможностью жесткого контакта с фланцем гайки.

Кроме того, на нажимной плите выполнен упор для взаимодействия ее с компенсатором.

На фиг.1 изображена схема заявляемой машины; на фиг.2 - схема установки высокоэластичного элемента и компенсатора относительно ходового винта в разрезе; на фиг.3 - приспособление на сжатие.

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 нижним концом размещены в узле упорных подшипников 7 и связаны с редукторами 8 и 9. Верхний конец винтов 5 закреплен в неподвижной траверсе 2 через подшипник. Вращение ходовых винтов 5 осуществляется от электродвигателя 10 через клиноременную передачу 11 и редукторы 8 и 9, червяки которых связаны соединительным валом 12. Неподвижный захват 13 закреплен на основании 1, а подвижный захват 14 на силоизмерителе 15, который закреплен на подвижной траверсе 4. В захваты 13 и 14 устанавливается образец 16.

При испытании на сжатие захваты заменяются на приспособление на сжатие, состоящее, например, из двух плит 17 и 18 (фиг.3).

Силоизмеритель 15 электрически связан с системой измерения 19 (силоизмеритель может быть также установлен на основании машины).

На фиг.2 изображена схема соединения подвижной траверсы с гайками ходовых винтов.

Гайка 6 ходового винта 5 при работе машины в режиме растяжения закреплена в подвижной траверсе 4 с помощью крепежных элементов 20 через высокоэластичный элемент 21 и компенсатор 22. При этом компенсатор 22 и высокоэластичный элемент сжаты предварительной нагрузкой. Для избежания резонансных явлений компенсатор и высокоэластичный элемент выполнены разной податливости.

Высокоэластичный элемент 21 может быть выполнен, например, из полиуретана, в виде диска, плиты, и установлен соосно ходовому винту 5 между опор 23, 24. Компенсатор 22 выполнен в виде упругого звена, например, в виде тарельчатых пружин, размещен между опорой 23 и фланцем гайки 6.

На подвижной траверсе 4 болтами 26 крепится нажимная плита 25, на которой имеется упор 27 для взаимодействия ее с компенсатором.

Компенсатор по условиям цикличного нагружения должен деформироваться не более 0,6... 0,7 значения полной деформации, поэтому упор 27, например, в виде конуса должен быть выполнен высотой, равной 0,3... 0,4 значения полной деформации компенсатора.

Машина работает следующим образом.

От электродвигателя 10 (фиг.1), клиноременную передачу 11 и редукторы 8, 9 движение передается на ходовые винты 5. При вращении ходовых винтов траверса 4 перемещается по колоннам 3 вверх, осуществляя растяжение образца 16. Усилие растяжения фиксируется системой измерения 19 от силоизмерителя 15.

В режиме растяжения образца болты 26 (фиг.2) вывернуты на необходимую величину. В процессе растяжения фланец гайки прижат к нижней плоскости подвижной траверсы 4, высокоэластичный элемент 21 не деформируется. Таким образом реализуется жесткий упор в режиме растяжения.

При нарастании нагрузки растяжения детали силового контура упруго деформируются, 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. Высокоэластичный элемент 21 (фиг.2) и компенсатор 22 в случае, если он не деформирован полностью, начиная с предварительной нагрузки деформируются, в результате происходит отрыв фланца гайки 6 от плоскости подвижной траверсы 4.

Податливость силового контура машины увеличивается на величину податливости высокоэластичного элемента, а так как фактически развитие высокоэластичной деформации после приложения внешней силы, так же как и ее исчезновение после разгрузки, происходит во времени (М.М. Резниковский, А.И. Лукомская. Механические испытания каучука и резины. - М.: Химия, 1968, стр.26: 2-е предложение), то снижается сила удара подвижной траверсы по нарезной части ходовых винтов.

Скорость возвращения траверсы 4 в исходное положение значительно уменьшается в силу того, что для восстановления формы высокоэластичного элемента требуется определенное время. В зависимости от того, из какого материала выполнен высокоэластичный элемент, для полного восстановления его требуется иногда значительное время. Развитие во времени высокоэластичной деформации, наряду с упругой и пластичной, поясняется соответственно на фиг.3б; 3а и 3в (см. А.И.Лукомская. Механические испытания каучука и резины.- М.: Высшая школа, 1968, стр.10). В связи с этим компенсатор 22, предназначенный в основном для компенсации высоты высокоэластичного элемента 21, в случае накопления высокоэластичным элементом остаточной деформации, может участвовать в возвращении траверсы в исходное положение.

При работе машины в режиме сжатия захваты 13, 14 заменяются нажимными плитами 17, 18 (фиг.3), а чтобы исключить реализацию сжимающего усилия через податливые звенья, необходимо болтами 26 прочно закрепить нажимную плиту 25 к траверсе 4. При этом податливость высокоэластичного элемента 21, компенсатора 22 и крепежных элементов 20, влияющих на точность и воспроизводимость результатов испытаний, исключается, так как силовой контур испытательной однозонной машины, как при испытании в режиме растяжения, так и в режиме сжатия, должен иметь минимальную возможную податливость.

Компенсатор 22 (фиг.2) работает следующим образом. При монтаже машины компенсатор сжат до величины 0,6... 0,7 своей полной деформации. Во время восстановления формы высокоэластичного элемента после снятия внешней нагрузки компенсатор участвует в возвращении траверсы в исходное положение, а поскольку жесткость его, рассчитанная только на компенсацию остаточной деформации высокоэластиченого элемента, незначительна, то возврат траверсы происходит медленно, без соударений по ходовым винтам.

Таким образом, применение в машине высокоэластичного элемента и компенсатора и выполнение их из материала разной податливости позволяет предотвратить резкое соударение траверсы с резьбовой частью ходовых винтов за счет замедленного возвращения траверсы в исходное положение, а также снизить возможность возникновения резонанса машины.

Похожие патенты RU2240530C2

название год авторы номер документа
МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ 1995
  • Зайцев В.Б.
  • Кузнецов Ю.Н.
  • Смушкович Б.Л.
RU2091745C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ 2009
  • Исмаилов Гафуржан Маматкулович
  • Мусалимов Виктор Михайлович
  • Саркисов Дмитрий Юрьевич
RU2392604C1
МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ 2009
  • Морозов Юрий Семенович
  • Смушкович Бер Лейзерович
RU2400727C1
МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ СЕРВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ, ИЗГИБ И МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ-СЖАТИИ 2018
  • Потаенко Евгений Николаевич
  • Шахназарян Владик Сергеевич
  • Чиликов Станислав Михайлович
RU2678935C1
Установка для испытания образцов на растяжение - сжатие 1989
  • Смушкович Бер Лейзерович
SU1672270A1
МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СЕРВОМЕХАНИЧЕСКАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ 2017
  • Потаенко Евгений Николаевич
  • Шахназарян Владик Сергеевич
  • Шайхлисламов Эдуард Халилевич
RU2642557C1
ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ 2008
  • Смушкович Бер Лейзерович
RU2381503C1
СТЕНД ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ 2006
  • Плотников Дмитрий Михайлович
RU2327134C1
МАШИНА ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ПРИЛОЖЕНИИ НАГРУЗКИ И НА МАЛО- И МНОГОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ-СЖАТИИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРИЛОЖЕНИИ НАГРУЗКИ ПРИ НОРМАЛЬНОЙ И ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРАХ 2020
  • Потаенко Евгений Николаевич
  • Шайхлисламов Эдуард Халилевич
  • Арутюнян Артур Аветикович
RU2766998C1
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА 2004
  • Корнеев В.М.
  • Морозов Ю.С.
  • Бояринов А.М.
  • Титов В.Н.
RU2254563C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 240 530 C2

Реферат патента 2004 года МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно: к машинам для испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб. Машина содержит силовую раму, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач, амортизирующие элементы, захваты для закрепления образца и силоизмеритель. Гайка винтовой передачи расположена в подвижной траверсе и закреплена в ней с помощью крепежных элементов через высокоэластичный элемент, установленный соосно ходовому винту между опор, и через компенсатор остаточной деформации высокоэластичного элемента. Компенсатор выполнен в виде упругого звена и установлен между верхней опорой и фланцем гайки соосно ходовому винту. Высокоэластичный элемент и компенсатор выполнены разной податливости и сжаты предварительной нагрузкой. На подвижной траверсе расположена предназначенная для испытаний на сжатие нажимная плита с упором для взаимодействия с компенсатором, которая обеспечивает возможность жесткого контакта с фланцем гайки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 240 530 C2

1. Машина для испытания образцов на растяжение и сжатие, содержащая силовую раму, подвижную траверсу с механизмом ее перемещения, выполненным в виде пары винтовых передач, гайки которых расположены в подвижной траверсе, амортизирующие элементы, захваты для закрепления образца и силоизмеритель, отличающаяся тем, что гайка закреплена в подвижной траверсе с помощью крепежных элементов через высокоэластичный элемент, установленный соосно ходовому винту между опор, и через компенсатор, выполненный в виде упругого звена и установленный между верхней опорой и фланцем гайки соосно ходовому винту, высокоэластичный элемент и компенсатор выполнены разной податливости и сжаты предварительной нагрузкой, при испытании образцов на сжатие она снабжена нажимной плитой, расположенной на подвижной траверсе с возможностью жесткого контакта с фланцем гайки.2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на нажимной плите выполнен упор для взаимодействия ее с компенсатором.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2240530C2

МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ 1995
  • Зайцев В.Б.
  • Кузнецов Ю.Н.
  • Смушкович Б.Л.
RU2091745C1
МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ 2001
  • Горбунов В.Н.
  • Смушкович Б.Л.
RU2212647C2
RU 95115083 A, 10.09.1997
Устройство для прочностных испытаний связных дисперсных материалов 1990
  • Веретельник Святослав Петрович
  • Парфенюк Александр Сергеевич
  • Карпов Владимир Степанович
  • Герегиева Елена Сергеевна
SU1818575A1
US 3354704 А, 28.11.1967
Испытательная техника
Справочник в двух томах./Под редакцией д.т.н
проф
В.В.Клюева
- М.: Машиностроение, 1982, книга 1, с.107-116, книга 2, с.387-445.

RU 2 240 530 C2

Авторы

Корнеев В.М.

Морозов Ю.С.

Даты

2004-11-20Публикация

2002-11-19Подача