Универсальная машина для испытаний материалов на кручение Советский патент 1962 года по МПК G01N3/34 G01N3/22 

Известны универсальные машины для испытаний материалов на кручение, включающие механизм статического нагружения, который представляет собой многоступенчатую коробку передач и упругий динамометр для измерения динамических моментов. Многоступенчатая коробка передач позволяет осуществить двенадцать различных скоростей вращения шпинделя.

Предлагаемая машина, в отличие от известных, снабжена двумя соосно-расположенными крутильными шпинделями с быстродействующими электромагнитными муфтами, что значительно расширяет диапазон испытаний и позволяет применить новый вид динамического нагружения.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема машины; на фиг. 2 - механизм для статического нагружения и измерения величины крутящего момента, а также упругий динамометр и схема измерения динамического крутящего момента; на фиг. 3 -устройство для создания динамического крутящего момента; на фиг. 4 - схема, поясняющая работу следящей системы машины.

Крутящий момент, создаваемый электродвигателем через пару цилиндрических щестерен 1, 2 н восьмиступенчатый редуктор, передается на испытуемый образец.

Червяк 3, на оси которого находится щестерня 2, приводит в движе ние червячное колесо 4, плотно посаженное на щлицевом валике и, установленном на двух шарикоподшипниках 6 и 7.

На шлицевом валике 5 посажены на шарикоподшипниках семь цилиндрических шестерен 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и две червячные тестер№ 148939

ни 15, 16, снабженные так называемыми «невозвратными муфтами 17, 18, передающими крутящий момент в одном направлении, что необходимо для переключения скоростей редуктора.

Цилиндрические и червячные шестерни соединяются с валиком 5 при помощи кулачковых муфт 19, 20, 21, 22, 23 и 24, скользящих по шлицам валика. При переключении кулачковых муфт изменяется скорость врап1ения шестерни 14, которая приводит в движение шестерни 25 и 26, свободно вращающиеся на крутильном шпинделе 27 машины. Шестерня 26 приводит в движение шестерни 28 и 29, на осях которых находятся шестерни 30 и 31, входящие в зацепление с центральной шестерней 32, имеющей внутреннее зацепление.

Так как поперечина S3 удерживается от вращения вокруг шпинделя 27 упорным стержнем рычажного механизма, то вращение шестерен 30 и 31 вызывает вращение центральной шестерни 32, которая выполнена совместно с фрикционной муфтой. Ступица разрезного упругого кольца 34 фрикционной муфты посажена неподвижно на шлицах крутильного шпинделя 27. С целью передачи крутящего момента от центральной шестерни 32 крутильному шпинделю машины, включение фрикционной муфты осуществляется перемещением вправо втулки 35, которая действует на рычажок 36, имеющий клинообразную форму поперечного сечения, разжимающий разрезное упругое кольцо 34. Создавшееся при этом значительное удельное давление на рабочей поверхности кольца обеспечивает надежное соединение центральной шестерни 32 с крутильным шпинделем 27.

Широкий диапазон скоростей деформации дает возможность произвести проверку влияния скорости деформации на прочность металлов при различных температурах, что особенно важно для хрупких жаропрочных материалов.

Испытуемый образец 37 крепится в захватах 38 клиновыми болтами, обеспечивающими надежную его фиксацию во время испытания. Крутящий момент, передаваемый крутильным шпинделем 27 на испытуемый образец 37, действует на упругий динамометр 39, укрепленный в захватах 40, и воспринимается «невозвратной муфтой 41, допускающей вращение крутильного шпинделя 42 только лишь в одном направлении.

Усилие, возникающее вследствие передачи вращения от шестерен 30 и 31 центральной шестерне 32, передается через поперечину 33 и призму 43 на упорный стержень 44, который через две призмы 45 и 46, расположенные взаимно-перпендикулярно по отношению друг к другу, передает усилие на короткое плечо рычага 47.

Силоизмерительный рычаг 47 установлен на двух призмах 48, запрессованных с двух противоположных сторон в тело рычага. Острие призмы 46, запрессованной в коротком плече рычага, смещено вправо по отношению к острию призмы 48 на два миллиметра. На длинном плече рычага расположена каретка 49 с двумя грузами 50 и 51, автоматически перемещающаяся и непрерывно восстанацливающая равновесие рычага. При этом расстояние каретки с грузами от точки опоры рычага изменяется пропорционально изменению величины силы, действующей на короткое плечо рычага 47.

Для уравновещивания рычага 47 в исходном положении каретки с грузами и при отсутствии нагрузки на упорный стержень 44 служит груз 52.

Автоматическое перемещение каретки 49 осуществляется с помощью регулятора электромагнитного типа.

Во время испытания величина крутящего момента изменяется, что приводит к изменению усилия, действующего на упорный стержень 53, а следовательно, и на силоизмерительный рычаг 47. Последний, отклоняясь при этом от положения равновесия, действует на коленчатый рычажок 54, который, касаясь контакта 55 электронного реле 56 либо контакта 57 электронного реле 58, производит замыкание электрической цепи.

Так как электронные реле 56 и 58 работают в сочетании с электромагнитами 59 и 60, то при замыкании электрической цепи срабатывает электромагнит 59 либо 60.

Якорь 61, притягиваясь одним из электромагнитов, переключает с помощью рычага 62 фрикционные диски 63, которые посажены на одной оси и непрерывно вращаются от электродвигателя 64.

Переключение фрикционных дисков меняет направление вращения диска 65, который с помощью червячной передачи 66 и 67 пары цилиндрических шестерен 68 к 69 та пары конических шестерен 70 и 71 вращает винт 72, перемещающий с помощью гайки 73 каретку с грузами в таком направлении, что равновесие силоизмерительного рычага восстанавливается.

Применение электронного реле обеспечивает высокую чувствительность, так как оно обладает почти полной безынерционностью и срабатывает нри незначительных контактных усилиях порядка нескольких миллиграммов.

При испытаниях на ползучесть испытуемый образец нагружается до заданной нагрузки обычным путем, после чего электродвигатель редуктора переключается на работу с реле 56, 58 и в дальнейшем включается либо выключается автоматически с помощью магнитного пускателя при соответствующем срабатывании реле.

Связь мащины с диаграммным прибором и индикаторным механизмом осуществляется с помощью сельсинов.

Величина крутящего момента, передаваемого образцу статическим путем, может быть определена по шкале индикатора.

Сельсин-датчик 74, связанный q осью червяка передачи 66, приводит в движение сельсин-приемник 75, которьш через пару конических шестерен 76 вращает винт 77. Последний перемещает перо 78, записывающее на оси ординат величину крутящего момента. Сельсин-датчик 74 приводит одновременно в движение также сельсин-приемник 79, который с помощью редуктора 80, уменьшающего число оборотов, вращает стрелку индикатора 81.

Индикатор снабжен двумя шкалами с предельными крутящими моментами, соответствующими грузам, установленным на каретке 49.

Углы закручивания записываются на диаграмме при подаче бумаги в горизонтальном направлении. При этом центральная шестерня 32. поворот которой зависит от угла закручивания испытуемого образца, приводит в движение сельсин-датчик 81, связанный шестерней 82 сельсин-приемника с зубчатым венцом центральной шестерни 83.

Сельсин-датчик 81 приводит в движение шестерню сельсин-приемника, которая через редуктор 84 и пару конических шестеренок 85 вращает барабан 86, автоматически перематывающий на себя диаграммную бумагу с рулонного барабана 87.

Испытание образцов на кручение в условиях приложения динамического крутящего момента осуществляется механическим путем, а измерение величины динамического крутящего момента - индуктивными датчиками и электронной аппаратурой.

- 3,-№ 148939

№ 148939

Работа машины в этом случае основана на использовании живой силы маховиков, вращающихся в противоположные стороны.

Маховики 88 состоят из набора трех дисков и устанавливаются на щарикоподщипниках 89 и на крутильных шпинделях 27 и 42 машины. На стзпицах маховиков 5S установлены на шарикоподшипниках диски 90 и 5/. Для включения в работу трех дисков пользуются коническими шпильками 92. При работе с двумя дисками применяются короткие шпильки, соединяющие только диски 93 и 90, а в случае работы с одним диском 93 шпильки удаляют.

Такое выполнение маховиков дает возможность, изменять в широком диапазоне энергию удара и скорость приложения нагрузки.

Вращение маховиков осуществляется электродвигателями 94 постоянного тока, которые через клиноременную передачу приводят в движение, в противоположных направлениях, диски 90 и многодисковые электромагнитные муфты 95, свободно вращающиеся на крутильных шпинделях 27 и 42 машины.

При включении тока в корпусе электромагнитной муфты возникает магнитный поток, пронизывающий фрикционные диски и замыкающийся якорем. Якорь, притягиваясь к корпусу электромагнита, сжимает фрикционные диски, вследствие чего возникает вращение электромагнитной муфты, а следовательно, и диска 93, ступица которого соединена с корпусом муфты при помощи кулачков.

Диск 93 неподвижно соединен также с корпусом электромагнита многодисковой электромагнитной муфты 96, чашка которой посажена на шлицах крутильного шпинделя машины.

При включении тока электромагнитная муфта 96 через диск 90 передает вращение одному из двух крутильных шпинделей.

Число оборотов маховиков определяется по таховольтметрам, работающим от таходин 97, соединенных зубчатой передачей со- щкивами электромагнитных муфт 96.,

При установившемся движении диска 93 и электродвигателя 99, число оборотов которых регулируется реЪстатами, электромагнитные муфты 96 приводов выключаются и одновременно с этим включаются электромагнитные муфты 96.

Последние передают динамический крутящий момент на крутильные шпиндели 27 и 42 машины, скручивающие испытуемый образец.

Для быстрой остановки крутильных шпинделей после разрушения образца машина снабжена тормозными многодисковыми электромагнитными муфтами, корпуса которых неподвижно соединены со станиной, а их чащки посажены на щлицах крутильных шпинделей 27 и 42.

Конструкцией машины предусмотрена возможность проведения испытаний в условиях наложения динамического крутящего момента на испытз емый образец, предварительно нагрзженный (закрученный) статическим путем. С этой целью на крутильных шпинделях 27 и 42 машины установлены на шлицах «невозвратные муфты 100, допускающие вращение крутильных шпинделей только в одном направлении.

После предварительного нагружения испытуемого образца на заданную величину статическим путем фрикционная муфта центральной шестерни 83 выключается. При этом крзтящий момент воспринимается «невозвратными муфтами 100, которые удерживают образец в нагруженном состоянии, а рычажной механизм при этом автоматически разгружается.

Для наложения динамического крутящего момента на предварительно закрзченный образец маховикам 88 сообщается определенное число оборотов, соответствующее заданному запасу живой силы. При

включении электромагнитных муфт 96 запас живой силы, накопленный маховиками, передается на испытуемый образец.

Предварительно закрученный образец может быть разрушен либо одним ударным крутящим моментом, либо в результате действия последовательной серии ударов с прогрессивно возрастающим запасом живой силы.

Величина крутящего момента после выключения фрикционной муфты, а также при динамической нагрузке определяется упругим динамометром 39, установленным на крутильном шпинделе 42 подвижной бабки.

Упругий динамометр состоит из упругого измерительного стержня 103 трубчатого сечения, индуктивного дифференциального датчика и электрической аппаратуры. К левому флапцу измерительного стержня жестко крепятся два сердечника 104 индуктивного дифференциального датчика с обмотками 105, а к правому фланцу крепится, якорь 106, находящийся Б нейтральном положении между двумя сердечниками. Закручивание измерительного стержня сопровождается смещением якоря, что вызывает увеличение воздушного зазора между якорем и одним пз сердечников катушки и одновременное уменьшение воздушного зазора между этим якорем и сердечником другой катушки.

Дифференциальное изменение воздушных зазоров приводит к увеличению реактивного сопротивления одной из катушек и к уменьшению другой. Изменение сопротивления катушек используется для определения величинь смещения якоря, а следовательно, и для определения величины передаваемого крутящего момента.

Изменение индуктивности, а следовательно, и силы тока в цепи измеряется и регистрируется шлейфовым осциллографом МПО-2 при помощи трансформаторно-выпрямительной схемы, питаемой от генератора несущей частоты (10000 гг).

Так как после разрушения образца, в случае нагружения его динамическим крутящим моментом, крутильный шпиндель 42 врашаться, то ток к индуктивному датчику подводится с помощью щеток 107 и колец 108.

Предмет изобретения

Универсальная машина для испытания материалов на кручение, включающая механизм статического на|Гружения, представляющий многоступенчатую коробку передач, позволяющую осуществлять двенадцать различных скоростей вращения шпинделя, и упругий динамометр для измерения динамических моментов, отличающаяся тем, что, с целью одновременного приложения динамической нагрузки, машина снабжена двумя соосно-расположенными крутильными шпинделями с быстродействующими электромагнитными муфтами.

- 5 -№ 148939

-- Xшлейфу52