Устройство для испытаний на усталость Советский патент 1992 года по МПК G01N3/38 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для усталостных испытаний образцов материалов.

Известны многочисленные конструкции машин, установок и стендов с механическим, электромеханическим, гидравлическим и пневматическим возбуждением динамических нагрузок (Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн./Под редакцией В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1982). Большинство из них сложны по конструкции, громоздки, имеют большое число движущихся деталей и узлов трения, создают сильный шум при работе, имеют высокое энергопотребление.

Перечисленные недостатки в значительной степени устраняется за счет применения электрических систем возбуждения (электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные и др.) и резонансного режима работы. Однако в последнем случае испытания образца определенного типоразмера можно проводить только на фиксированной (резонансной)частоте, что ограничивает применение таких устройств при осуществлении программных (блочных) и ускоренных режимов нагруже- ния.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для испытаний на усталость (авт. св. СССР № 1375993. кл. . G 01 N 3/38, 1988), имеющая корпус, элемент крепления образца, подвижную траверсу и систему электромагнитного

VI VI VI О 4 О

нагружения, включающую блок питания, электромагниты и блок.управления.

Недостатком этого устройства является фиксированная частота нагружения (резонансная), что ограничивает возможность изменения и настройки частотных параметров при программных испытаниях. Для образцов малой жесткости вследствие низкой собственной частоты увеличивается время испытаний.

Цель изобретения - повышение точности задания частоты колебаний образца путем регулирования величины осевой составляющей нагрузки на образец.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, с.одержащее основание, установленный на нем пассивный и соос- ный с ним активный захваты образца, соединенный с последним диск с якорем, закрепленными по окружности диска, и си- ловозбудитель в виде расположенных по окружности пар соосных электромагнитов с сердечниками, обращенными к диску, который размещен между ними, снабжено дополнительным электромагнитом, якорь которого установлен на диске соосно с ним, сердечник установлен на основании, поверхность якоря обращенная к сердечнику, выполнена сферической, на обращенной к ней торцовой поверхности сердечника выполнена сферическая выемка, а центры этих сферических поверхности и выемки расположены на геометрической оси диска.

Повышение точности задания частоты колебаний образца достигается за счет бесконтактного приложения к образцу осевого усилия, которое создается дополнительным электромагнитом. Кроме того, данный эффект обеспечивает ускорение испытаний за счет увеличения резонансной частоты нагружения,

Расширение эксплуатационных возможностей достигается при этом за счет бесконтактного приложения к образцу осевого усилия, которое создается дополнительным электромагнитом. Это приводит к изменению собственных частот колебаний образца. Данный эффект позволяет, во-первых, точно задавать частоту при проведении программных усталостных испытаний, когда параметром является частота нагружения, и, во-вторых, осуществлять ускорение испытаний за счет увеличения резонансной частоты нагружения.

В случае изгибных колебаний стержня наличие растягивающей продольной силы приводит к увеличению собственных частот, а при действии сжимающего продольного усилия - к уменьшению. Так, первая собственная частота жестко заделанного консольного стержня изменяется согласно следующему уравнению (см. Вибрация в технике: Справочник. В 6-ти томах. - М., 1978. - Т. 1,352 с.):

5PI 14EI

(D

где ою - собственная частота стержня без учета продольной силы;

Р - продольная растягивающая (сжимающая) сила;

I -длина стержня;

EI - изгибная жесткость стержня.

Принципиальная схема предлагаемого

устройства показана на чертеже.

Образец 1 одним концом консольно закреплен в пассивном захвате 2, расположенном на основании 3. На другом конце образца 1 с помощью активного захвата 4

установлен диск 5 с якорями 6, закрепленными по окружности диска. Силовозбуди- тель состоит из расположенных по окружности диска соосных электромагнитов 7 с сердечниками, обращенными к диску, который размещен между ними. Коаксиально оси образца 1 установлен дополнительный электромагнит, сердечник 8 которого расположен на основании 3, а якорь 9 - на диске- 5. Торцовые (рабочие)

поверхности сердечника 8 и якоря 9 выполнены по сферическим поверхностям, центры которых лежат на геометрической оси диска 5. Сердечник 8 может перемещаться по оси образца 1 относительно основания 3

винтовым механизмом 10.

Устройство работает следующим образом.

При проведении испытаний на циклический круговой и плоский изгиб в работу с помощью коммутирующего устройства поочередно включаются диаметрально противоположные пары электромагнитов 7, установленные с разных сторон диска 5.

При этом частота переключения соответствующих пар электромагнитов 7 подбирается равной собственной частоте колебаний образца 1. чем и обеспечивается резонансный режим работы устройства, Для повышения точности задания резонансной частоты колебаний образца при проведении программных испытаний или с целью обеспечения ускоренных испытаний в работу включается дополнительный электромагнит

постоянного тока, состоящий из сердечника 8 и якоря 9. С помощью этого электромагнита в образце бесконтактно создается осевое усилие растяжения, в результате чего увели- чивается его собственная частота колебаний. За счет выполнения торцовых поверхностей сердечника 8 и якоря 9 сферическими зазор в электромагнитной системе, а следовательно, и величина осевого усилия при изгибных колебаниях поддерживаются постоянными.

Регулировка величины осевого усилия, определяющего резонансную частоту испытаний, производится путем изменения тока, протекающего через обмотку сердечника 8 электромагнита, и величины зазора в электромагнитной системе (между сердечником 8 и якорем 9)с помощью винтового механизма 10.

Пример. Для плоского стального, консольно закрепленного образца толщиной h 0.4 мм и длиной I 40 мм (EI 23100 Н/мм2) зависимость первой собственной частоты от величины приложенного осевого усилия Р по формуле (1) имеет вид

5P-4F 14-23100

woVi ±o,025P

При растягивающей силе Р 100 Н имеют (о 1,87 сао, т.е. собственная (резонансная) частота увеличивается на 87%.

Дополнительное напряжение растяжения при этом будет пренебрежимо мало (не более 10 Н/мм ).

Изобретение обеспечивает возможность проведения программных и ускоренных испытаний, т.е. расширяет эксплуатационные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для испытаний на усталость, содержащее основание, установленный на

нем пассивный и соосный с ним активный захваты образца, соединенный с последним диск с якорями, закрепленными по окружности диска, и силовозбудитель в виде расположенных по окружности пар соосных

электромагнитов с сердечниками, обращенными к диску, который размещен между ним, отличающееся тем, что, с целью повышения точности задания частоты колебаний образца путем регулирования величины осевой составляющей нагрузки на образец, устройство снабжено дополнительным электромагнитом, якорь которого установлен на диске соосно с ним, сердечник установлен на основании, поверхность

якоря, обращенная к сердечнику, выполнена сферической, на обращенной к ней торцевой поверхности сердечника выполнена сферическая выемка, а центры этих сферических поверхности и выемки расположены

на геометрической оси диска.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для усталостных испытаний образцов материалов. Цель изобретения - повышение точности задания частоты колебаний путем регулирования величины осевой составляющей нагрузки на образец. Устройство содержит основание, соосные пассивный и активный захваты, соединенный с последним диск с якорями и силовозбудитель в виде расположенных по окружности электромагнитов, установленных по разные стороны диска. В устройстве введен дополнительный электромагнит, якорь которого установлен на диске соосно с ним, сер- дечник размещен на основании, поверхность якоря, обращенная к сердечнику, выполнена сферической, на обращенной к ней торцовой поверхности сердечника выполнена сферическая выемка, а центры этих сферических поверхностей и выемки расположены на геометрической оси диска. 1 ил. сл С

9 ,s to