Способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении Советский патент 1992 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, в частности, к способам испытания материалов на прочность при осевом нагружении.

Преимущественная область его использования - испытания на прочность по задан- ным программам в нестационарных условиях испытаний при растяжении, сжатии, циклическом пульсирующем и знакопеременном нагружении.

Известен способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, реализованный в устройстве, заключающийся в том, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него, гайку закрепляют жестко, а

образец нагружают за счет вращения винта с помощью двигателя. Такой способ испытания имеет очень низкую точность поддержания заданного закона осевого нагружения образца при изменяющихся внешних условиях. Так, например, при неустановившихся тепловой и упругой деформациях как образца, так и связанных г ним элементов силовой цепи будет нарушен заданный закон нагружения образца, поскольку будут изменяться во времени как длина части винта, находящаяся между гайкой и образцом, так и степень накопления упругой деформации в силовой цепи между гайкой и образцом. Вследствие изменения внешних условий в ту или иную сторону возникает необходимость в реверсировании двигателя для компенсации вредного влияния изменения внешних условий. Поскольку этот же двигаа

00

4

2

тель предназначен для реализации заданного закона нагружения образца, то выполнение указанных двух задач с помощью одного двигателя, вращающего винт в жестко закрепленной гайке, приводит к увеличению времени отработки отклонений, к пульсирующей работе двигателя, к очень низкой точности поддержания заданных параметров осевого нагружения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является реализованный в установке способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, заключающийся в том, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах. активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка, с возможностью вращения относительно него и нагружают образец за счет вращения винта и гайки от автономных приводов. В этом случае при неустановившихся внешних условиях вращением гайки и ту или иную сторону, могут быть компенсированы температурные и другие деформации, а вращением винта реализуется заданный закон осевого нагружения образца. Этот способ нагружения образца по сравнению с предыдущим является более точным, однако его точность недостаточна, поскольку при изменении внешних условий в ту или иную сторону для поддержания заданных параметров нагружения, например, постоянства силы или скорости деформирования сохраняется потребность в реверсировании двигателей. При этом, как и в предыдущем способе, возникают люфты (зазоры) и упругие деформации в кинематической цепи между местом соединения винта с активным захватом и двигателями. Люфты приводят к потере времени на их выборку, к ударным нагрузкам в кинематической цепи. Ударная нагрузка определяется суммарной величиной люфтов, жесткостью образца, массой соударяющихся элементов и т.п. Упругие элементы в кинематической цепи деформируются и упругий момент нарастает с колебаниями. После завершения этого процесса образец будет нагружаться по заданному закону. Однако, при необходимости изменить направление движения активного захвата на противоположное в кинематической цепи, имеющей, как правило, редуктор и разъемные соединения, вновь появляются люфты, упругие деформации меняют свой знак, описанный в способе процесс повторяется и т.д. Точность поддержания заданных параметров осевого нагружения образца снижается.

Цель изобретения - повышение точности поддержания заданных параметров нагружения при изменяющихся внешних условиях проведения испытания без реверсирования приводов винта и гайки.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в известном способе испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, заключающемся в том, что

образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него и нагружают образец за счет вращения винта

и гайки от автономных приводов, согласно изобретению перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении путем

синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью (ih . величину которой выбирают из условия:

2JTV

ftfe S

где s - шаг резьбы передачи винт-гайка;

v - максимальная скорость осевого деформирования образца, а нэгружеиие образца осуществляют путем

вращения винта и гайки с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при выборке люфтов и упругих деформаций. На чертеже изображена конкретная схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит активный 1 и пассивный 2 захваты для крепления образца 3 материала, винт 4 и гайку 5 передачи винт- гайка, два электропривода б и 7 с регуляторами частоты вращения. Винт 4 связан с

выходным валом электропривода 6 с помощью шариковой шпонки 8 (подвижного в осевом направлении соединения). Активный захват 1 связан с торцем винта 4 с возможностью вращения относительно него, например, через среднее кольцо двойного упорного подшипника. Гайка 5 закреплена аналогично среднему кольцу двойного упорного подшипника, имеет зубчатый венец, входящий в зацепление с шестернями 9. кинематически связанными с выходным валом электропривода 7. Устройство содержит также датчик 10 осевой деформации, блок 11 сравнения сигналов датчика 10 с сигналами программатора 12,

регулятор 13 скорости, например, ПИД-ре- гулятор, вход которого связан с выходом блока 11 сравнения, инвертор 14, вход которого связан с выходом регулятора 13 скорости, сумматоры 15 и 16, первые входы

которых связаны соответственно с выходами регулятора 13 скорости и инвертора 14, зздатчик 17 частоты вращения электроприводов винта и гайки, например, источник задающих напряжений, выходы которого связаны со вторыми входами сумматоров 15 и 16, выходы сумматоров 15 и 16 связаны соответственно с регуляторами частоты вращения электроприводов 6 и 7.

Способ осуществляется следующим образом.

Иззадатчика 17 частоты вращения электроприводов винта и гайки на вторые входы сумматоров 15 и 16 подают сигналы заданной величины и одинакового знака. Из сумматоров 15 и 16 сигналы поступают на регулятор частоты вращения электроприводов 6 и 7 винта 4 и гайки 5. Знак сигналов определяет направление вращения, а величина сигналов соответствует начальной угловой скорости Ok, и выбирается таким образом, чтобы соблюдалась зависимость

ОАЭ S , где v - требуемая по условиям

О

испытаний возможная максимальная скорость осевого деформирования образца. Необходимость соблюдения указанной зависимости объясняется тем, что винт и гайка в любой момент испытаний должны вращаться в Одинаковом направлении, несмотря на различные частоты их вращения. Поэтому начальную угловую скорость Шо вращения винта и гайки выбирают по указанной зависимости, соблюдение которой для передачи винт-гайка обеспечивает отсутствие реверса и в случае, когда требуется получить максимальную скорость v осевого деформирования образца путем увеличения разности частот вращения винта и гайки.

После подачи указанных сигналов винт 4 и гайка 5 начинают синхронно вращаться с одинаковыми угловыми скоростями и в одинаковом направлении. Из-за того, что гайка в осевом направлении перемещаться не может, сложение вращений винта и гайки приводит к отсутствию перемещения винта в осевом направлении. Происходит выборка люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении. При этом сигнал с датчика 10 в блок 11 сравнения не поступает. После подачи из программатора 12 сигналов, соответствующих программе осевого нагружения образца на вход блока 11 сравнения, где они сравниваются с сигналами от датчика 10. сигнал рассогласования (разность между величинами сигналов от программатора 12 и датчика 10) поступает на вход регулятора 13 скорости. Управляющий сигнал от регулятора 13 скорости поступает на первый вход сумматора 15. алгебраически суммируется с сигналом от задатчика 17 частоты вращения электроприводов и вызывает при 5 совпадении знаков этих сигналов увеличение частоты вращения электропривода 6 винта. В то же время благодаря инвертированию управляющего сигнала с помощью инвертора 14 на первый вход сумматора 16

10 поступает такой же по величине сигнал, как и на первый вход сумматора 15. но противоположной полярности. Вследствие этого суммарный сигнал, поступающий на регулятор частоты вращения электропривода 7

15 гайки, уменьшается, что приводит к уменьшению частоты вращения гайки. Возникающая разность угловых скоростей вращения винта и гайки вызывает осевое перемеще0 ние винта. Сигнал рассогласования приближается к нулю и образец нагружается по заданному закону.

При изменении внешних условий оказаться, например, что деформация об5 рззца превысила заданную и знак разности между сигналами от программатора 12 и датчика 10 не будет совпадать со знаком сигнала от задатчика 17. При этом в отличие от предыдущего примера частота вращения

0 винта уменьшится по сравнению с оь , а частота вращения гайки увеличится по сравнению с . что вызовет осевое перемещение винта в противоположном направлении до отработки сигнала рассогласования и

5 т.д. Поскольку изменение угловых скоростей вращения винта и гайки по величине ограничено вполне определенным условием выбора величины угловой скорости ak, то возвратно-поступательное движение ак0 тивного захвата, необходимое для поддержания заданных параметров осевого нагружения образца при изменяющихся внешних условиях в ту или иную сторону, происходит без реверсирования приводов.

5 Тем самым в процессе испытаний исключается появление люфтов и негативное влияние упругих деформаций в кинематической цели осевого нагруженич образца, повышается степень чувствительности системы

0 осевого нагружения.

Таким образом, повышается точность поддержания заданных параметров нагружения образца, исключается неплавность осевого перемещения винта при малых ско5 ростях. обеспечивается большая достоверность и повторяемость результатов испытаний. Это имеет большое значение при испытаниях образцов материалов на прочность при изменяющихся внешних условиях проведения испытания, которые часто возникают в труднодоступных местах, при нестабильном температурном режиме, большом формоизмерении, сверхпластическом деформировании образцов.

Формула изобретения Спосо(испытания образца материала на преАно сть при осевом нагружении, заключающийся в том, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцом винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него и нагружают образец за счет вращения винта и гайки от автономных приводов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания заданных параметров нагруже- ния при изменяющихся внешних условиях проведения испытания без реверсирования

0

5

приводов винта и гайки, перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи на- гружения в осевом направлении путем синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью Шо , величину которой выбирают из условия

Ґ

где s - шаг резьбы передачи винт-гэйка;

v - максимальная скорость осевого деформирования образца, а вращение винта и гайки при нагружении осуществляют с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при вращении их при выборке люфтов и упругих деформаций.

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, в частности к способам испытания материалов на прочность при осевом нагружении: растяжении, сжатии, циклическом пульсирующем и знакопеременном нагружении. Целью изобретения является повышение точности поддержания заданных параметров нагружения при изменяющихся внешних условиях проведения испытаний без реверсирования приводов винта и гайки Для этого образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него, перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении путем синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью определенной величины от автономных приводов, а нагру- жение образца осуществляют путем вращения винта и гайки с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при выборке люфтов и упругих деформаций. 1 ил.