Захват для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца Российский патент 2025 года по МПК G01N3/04 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к приспособлениям для крепления образцов при испытаниях на усталость.

Известен захват для крепления образцов при их испытании на растяжение, содержащий цилиндрический корпус, размещенные в нем клиновые зажимные губки, направляющие для зажимных губок, установленные в отверстиях, выполненных в корпусе под углом зеркально относительно его вертикальной оси, не менее двух с каждой стороны, шток и приводную часть, в котором направляющие для зажимных губок выполнены в виде линейных подшипниковых узлов, подпружиненных с противоположных сторон, приводная часть выполнена в виде эксцентрикового механизма перемещения корпуса, при этом эксцентрик данного эксцентрикового механизма закреплен на оси, установленной с возможностью поворота в отверстии штока, корпус подпружинен относительно штока, и на корпусе расположен сменный упор для взаимодействия корпуса с эксцентриком, причем сменный упор может быть выполнен разной высоты (патент RU 2187793; МПК G01N 3/04; 2002 год).

Недостатками известного захвата являются сложность конструкции; невозможность проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” вследствие невозможности удержания образца в исходном положении в цикле сжатия; невозможность проведения испытаний малогабаритных образцов.

Известен захват для крепления образцов при испытании на растяжение, содержащий корпус, размещенные в нем зажимные губки с зубчатыми сменными вкладышами, установленными в пазах губки, фиксирующее устройство вкладышей и приводную часть, в котором вкладыши установлены в губки с возможностью изменения положения поверхности, контактирующей с образцом, относительно оси захвата, при этом ширина вкладыша меньше ширины паза губки, а в средней части неопорного торца вкладыша выполнен скос, взаимодействующий с фиксирующим устройством вкладышей, выполненным в виде винтового устройства и расположенным в торце губки со стороны скоса (патент RU 2222534; МПК G01N 3/04; 2004 год).

Недостатками известного захвата являются сложность конструкции; невозможность проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” вследствие невозможности удержания образца в исходном положении в цикле сжатия; невозможность проведения испытаний малогабаритных образцов.

Известен захват для крепления образцов при испытании на растяжение, который содержит корпус, размещенные в нем клиновые зажимные губки с зубчатыми сменными вкладышами, фиксирующее устройство вкладышей и приводную часть. Вкладыши выполнены цилиндрическими, с насечкой по всей образующей поверхности и установлены в отверстиях с возможностью изменения положения поверхности, контактирующей с образцом, относительно своей оси. Отверстия выполнены в губках параллельно оси симметрии губки и захвата. Рабочая поверхность вкладышей выступает за плоскость губки меньше половины диаметра. Вкладыши фиксируются в положении испытания в губках фиксирующим устройством, расположенным в торце губки, которое содержит винтовое устройство, планку и прокладки (патент RU 2282173; МПК G01N 3/04; 2006 год).

Недостатками известного технического решения являются сложность конструкции, отсутствие возможности крепления малогабаритных образцов, использование зубчатых вкладышей, приводящих к нежелательному формированию концентратора напряжений на поверхности испытываемых образцов (пережим, вызывающий пластическую деформацию).

Известен захват для крепления образцов при испытании на растяжение, содержащий корпус, размещенные в нем клиновые зажимные губки, направляющие для губок, шток для перемещения губок и привод, выполненный в виде эксцентрикового механизма. Эксцентрик привода взаимодействует со штоком через рычаг, установленный в корпусе захвата. Рычаг при этом подпружинен в направлении раскрытия губок для захвата образца, а опора рычага и точка контакта эксцентрика с рычагом расположены по одну сторону от оси штока (патент RU 2243534; МПК G01N 3/04; 2004 год).

Недостатками известного захвата являются сложность конструкции; невозможность проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” вследствие невозможности удержания образца в исходном положении в цикле сжатия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является захват для испытания на усталость круглого стержневого образца с регулируемым диаметром зажима. Зажим содержит верхний зажим и нижний зажим, причем верхний зажим и нижний зажим имеют одинаковую конструкцию, вертикально симметричны и расположены соосно; два конца испытуемого образца соответственно зажимаются верхним зажимом и нижним зажимом; каждый из верхнего зажима и нижнего зажима соответственно, содержит соответствующее зажимное гнездо, зажимной скользящий блок, установочное гнездо и домкратный блок; наклонная клиновидная полость конфигурации скользящего блока расположена вертикально на зажимном гнезде; два зажимных скользящих блока симметрично расположены в полости конфигурации скользящего блока в осевом направлении; зажимной скользящий блок может вертикально скользить в полости конфигурации скользящего блока вдоль направляющей канавки ползуна, так что размер зажимной полости увеличивается. Размеры зажимных поверхностей двух противоположных сторон зажимного ползуна могут быть изменены; направляющий штифт расположен между зажимным гнездом и установочным гнездом; снаружи направляющего штифта имеется втулка с пружиной; пружина упруго поджимается и устанавливается между зажимным гнездом и установочным гнездом; зажимное гнездо и установочное гнездо соединяются в единое целое регулируемым образом (патент CN 108444821; МПК G01N 3/04, G01N 3/32; 2020 год).

Недостатками известного захвата являются сложность конструкции; невозможность проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” вследствие невозможности удержания образца в исходном положении в цикле сжатия; отсутствие возможности испытания малогабаритных по длине образцов.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать захват упрощенной конструкции для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца, обеспечивающий проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие”, а также возможность испытания малогабаритных по длине образцов.

Поставленная задача решена в захвате предлагаемой конструкции для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца, содержащем верхний и нижний зажимы, соединенные с входом испытательной машины и, соответственно, зажимающие два конца образца, верхний и нижний клиновидные элементы, фиксирующие положение образца, в котором зажимы выполнены в виде фиксирующих гаек, при этом в отверстие нижней гайки помещен корпус, длина которого должна быть не менее высоты фиксирующей гайки, и внешний диаметр равен диаметру отверстия гайки, в корпусе расположен упор, верхний конец которого соприкасается с нижним концом образца, клиновидные элементы выполнены в виде нижней и верхней цанг с конусностью 12°, причем внешний диаметр верхней цанги равен диаметру отверстия гайки, а внешний диаметр нижней цанги равен внутреннему диаметру корпуса, при этом обе цанги имеют равные внутренние диаметры, в отверстия которых зажимают образец, конусность которого равна 12°.

В настоящее время из источников патентной и научно-технической информации не известен захват для испытания на усталость круглого стержневого образца предлагаемой конструкции, зажимы выполнены в виде фиксирующих гаек, при этом в отверстие нижней гайки помещен корпус, длина которого равна 70 мм и более, и внешний диаметр равен диаметру отверстия гайки, в корпусе расположен упор, верхний конец которого соприкасается с нижним концом образца, клиновидные элементы выполнены в виде нижней и верхней цанг с конусностью 12°, причем внешний диаметр верхней цанги равен диаметру отверстия гайки, а внешний диаметр нижней цанги равен внутреннему диаметру корпуса, при этом обе цанги имеют равные внутренние диаметры, в отверстия которых зажимают образец, конусность которого равна 12°.

На фиг. 1 изображен захват предлагаемой конструкции для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца.

Устройство содержит (см. фиг. 1) фиксирующие гайки 1, корпус нижнего захвата 6, упор 3, удерживающие образец верхнюю 4 и нижнюю 5 цанги, имеющие конусность 12° , посадочный диаметр верхней цанги 4 равен диаметру отверстия гайки 1, а внешний диаметр нижней цанги 5 равен внутреннему диаметру корпуса 6, при этом обе цанги 4, 5 имеют равные внутренние диаметры. Корпус захвата 6 имеет длину не менее высоты гайки 1 и внешний диаметр равный диаметру отверстия гайки 1. Угол конусности образца составляет 12 град. Длина корпуса 6 и образца 2 может быть выбрана, исходя из размеров рабочего пространства испытательной машины, но не менее высоты гайки 1.

Захват предлагаемой конструкции работает следующим образом. На существующие опоры разрывной машины в соответствующие пазы, со вложенной заранее цангой 5 и образцом 2, а также упором 3, устанавливают корпус 6. Предварительный натяг обеспечивают нижней гайкой 1. Далее цангу 4 устанавливают на верхней головке образца 2, после чего гайкой 1 фиксируют верхнюю часть испытательной оснастки. После этого окончательно фиксируют нижнюю часть испытательной оснастки.

В настоящее время проведение циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” круглых стержневых образцов на усталость связано, как правило, с влиянием концентраторов напряжений в захватной части (резьбовые элементы, используемые в большинстве испытательных машин). В ряде случаев отсутствует возможность изготовления образцов с диаметром захватной части значительно превышающей рабочую часть образца для снижения влияния концентратора напряжений. К ним относится испытание образцов, полученных 3Д-печатью или вырезка образцов из малогабаритных элементов конструкций. С целью исключения влияния возможных концентраторов напряжений в резьбовых элементах предлагается изготавливать образец с захватными частями в виде конуса. Общая форма образца будет напоминать песочные часы. Применение цанг позволяет исключить риск пластического пережима образца. Наличие обратного упора обеспечивает возможность проведения испытаний при симметричном цикле нагружения. Форма захватных головок обеспечивает плавный переход от головки к рабочей части образца, что также снижает риск формирования концентратора напряжений. Значительная площадь сопряжения головки образца и рабочей поверхности цанг за счет внутренних размеров конической, рабочей поверхности цангового зажима, обусловленные присоединительными размерами образца, обеспечивает необходимую жесткость фиксации и исключение пластической деформации металла образца.

Таким образом, авторами предлагается конструкция захвата для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца, обеспечивающего проведение циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие” и, кроме того, возможность испытания малогабаритных по длине образцов.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к приспособлениям для крепления образцов при испытаниях на усталость. Захват содержит верхний и нижний зажимы, соединенные с входом испытательной машины и, соответственно, зажимающие два конца образца, верхний и нижний клиновидные элементы, фиксирующие положение образца. Зажимы выполнены в виде фиксирующих гаек. В отверстие нижней гайки помещен корпус, длина которого должна быть не менее высоты фиксирующей гайки, и внешний диаметр равен диаметру отверстия гайки, в корпусе расположен упор, верхний конец которого соприкасается с нижним концом образца. Клиновидные элементы выполнены в виде нижней и верхней цанг с конусностью 12°, причем внешний диаметр верхней цанги равен диаметру отверстия гайки, а внешний диаметр нижней цанги равен внутреннему диаметру корпуса. Обе цанги имеют равные внутренние диаметры, в отверстия которых зажат образец, конусность которого равна 12°. Технический результат: упрощение конструкции захвата для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца, обеспечивающего проведения циклических испытаний по схеме “растяжение-сжатие”, а также возможность испытания малогабаритных по длине образцов. 1 ил.

Захват для испытания на усталостную прочность круглого стержневого образца, содержащий верхний и нижний зажимы, соединенные с входом испытательной машины и, соответственно, зажимающие два конца образца, верхний и нижний клиновидные элементы, фиксирующие положение образца, отличающийся тем, что зажимы выполнены в виде фиксирующих гаек, при этом в отверстие нижней гайки помещен корпус, длина которого должна быть не менее высоты фиксирующей гайки, и внешний диаметр равен диаметру отверстия гайки, в корпусе расположен упор, верхний конец которого соприкасается с нижним концом образца, клиновидные элементы выполнены в виде нижней и верхней цанг с конусностью 12°, причем внешний диаметр верхней цанги равен диаметру отверстия гайки, а внешний диаметр нижней цанги равен внутреннему диаметру корпуса, при этом обе цанги имеют равные внутренние диаметры, в отверстия которых зажат образец, конусность которого равна 12°.