Устройство для исследования механических свойств токопроводящих материалов в условиях вакуума Советский патент 1981 года по МПК G01N3/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ Устройство относится к исследованиям механических характеристик конструкционных материалов неразрушаемыми методами контроля и предназначено для использования в автономных установках для изучения действия ударных нагрузок на конструкционные материалы в условиях вакуума. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для исследования механических свойств токопроводящих материалов в условиях вакуума, содержащее основание, закрепленные на нем пластины из исследуемого материала, источник высокого напряжения, соединяемый с ними, и сферический индентор, размещенный между пластинами 1. Однако в случае выхода из строя одной из пластин или индентора устройство неработоспособно. Так как положение индентора не фиксируется, то удары наносятся в различные точки поверхности, поэтому возможно произвольное вращение кедентора в процессе разгон и соударения. В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА Цель изобретения - повыщение достоверности исследования. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено диском с центральным отверстием, предназначенным для закрепления пластин перпендикулярно плоскости диска в радиальных направлениях, приводом вращения диска, стержнем, коаксиально размещенным в отверстии диска с возможностью возвратнопоступательного движения вдоль него, установленным на основании приводом вращения стержня, закрепленным на другом конце стержня барабаном, дополнительными инден1орами и держателями для них, выполненными в виде маятников,- различных по длине и установленных по периметру барабана с возможнрстью качания в плоскости, параллельной диску. На фиг.1 изображено данное устройство, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - показан узел I на фиг.1. Устройство состоит из диска 1 с радиально установленными на нем, например, посредством соединения типа ласточкин хвост пластинами 2 из исследуемых материалов и приводящегося 3 в движение приводом 3, основания 4 со стац онарно расположенным на нем приводом 5, на вал 6 которого посажёно фиксирующее устрой ство, вьшолненное в виде свободно перемещаю щегося относительно вала щайбы 7 с направдяющими 8, и стержень 9 с жестко закрепленной с валом шайбой 10. На стержне 9 установлен барабан 11 с возможностью перемещен по направляющим 8. На барабане 11 радиально располагаются сферические инденторы 12, кото рые посредством держателей, выполненных в виде маятников 13, и оси маятника 14 жестко устанавливаются на агатовых или рубиновых опорах 15 и крепятся крышкой 16 посредство винтов 17. Стопоры 18, 19, 20 и 21. обеспечив ют работоспособность устройства. Подшипник 22 связывает диск 1 с основагаем 4. Подшипник 23 осуществляет свободное движение шайбы 7 относительно вала 6. Упорный подшипник 24 осуществляет свобо ное пер.емеще1ше. шайбы 10 относительно основания 4; а упорный подшипник 25 осуществляет свободное перемещение шайбы 7 относительно шайбы 10. Высокое напряжение к пластинам 2 подводится через контакты 26, съем информащи производится регистрирующими узлами 27 с контактов 26. Работает устройство следующим образом. К любой из пар токоприводящих пластин 2 посредством контактов 26 подается B ICOKOC напряжение от источника (на фигурах не показан). Сферический индентор 12 с определенной длиной маятника 13 и находящийся между двумя пластинами 2 приобретает избыточный заряД--расположенной пластины (электрода) и под действием сил электростатического поля начинает ускоренно двигаться к другому электроду. После соударения с пластиной 2 индентор 12 перезаряжается и устремляется к противоположной пластине. Индентор 12 будет:наносить периодические удары в поверхность пластин, причем энергия ударов будет постепенно нарастать за. счет того, что коэффициент восстановления скорости больше нуля. На регистрирующих узлах 27 появляется серил им. пульсов малой и большой амплитуды. Импульсы большой амплитуды формируются за счет тока, возникающего в цепи при перезарядке индентора 12, и их передний фронт соответствует моменту начала соударе1шя. Импульсы малой амплитуды формируются за счет перераспределения заряда в момент отрыва индентора 12 от пластины 2. Интервал време1Ш между импульсами большой и малой амплитуды соответствует времеш со,ударе1шя tj., а интервал времени между импульсами малой и большой амплитуды определяет время движения tp. между пластинами 2, расстояния между которыми определены заранее для каждой из длин маятников 13. Постепенно Jнepгия ударов возрастает настолько, что появляются пластические деформации в области соударения, материал индентора подбирается заранее и должен значительно превосходить по своим физико-меха шческим параметрам исследуемые материалы, т.е. обладать высокой твердостью, большим модулем упругости и малым коэффициентом линейного расширения. При малых энергиях удара время соударения пропорционально модулю упругости материала. С дальнейшим ростом энергии удара в области соударения появляются пластические деформации, момент появления которых отмечается по началу уменьшения коэффищ1ента восстаповлекия скорости, определяемого по значениям tp . Время соударения -в момент появления пластических деформаций пропорционально пределу прочности для хрупких материалов пластин 2. Дальнейший рост энергии ударов привести к разрушению пластины. В этом случае на регистрирующих узлах 27 пропадут импульсы, а сила ударов определяется -по последней серии импульсов. При исследовании прочностных характеристик материалов пластин стопоры 18, 19, 20 и 21 жестко фиксируют всю систему. После исследования образцов в одной ячейке стопоры 18 и 21 отпускаются, и начинает работать привод 3 вращегШя диска, который поворачивает диск 1 и основание 4, связанные с диском 1 стопорами 19 и 20 через фиксирующие шайбы 7 и 10, до совмещения следующей пары пластин 2 с контактами 26. Срабатывают стопоры 18 и 21, и измерения продолжаются во второй ячейке диска 1. При этом одна из пластин ячейки еще не изучалась, а информация другой позволяет продублировать полученные результаты из исследований предыдущей ячейки. Это очень важно в случае разрушения одной из пластин в первой ячейке и позволяет не терять информацию для другой пластины. Первый цикл заканчивается после полного поворота диска на 360. После этого отпускаются стопоры 19 и 20, а стопоры 18 и 21 сработаны, начинает работать привод 5, который вращает стержень 9 и шайбу 10. По стержню 9 и направляющим 8 поднимается поступательно на определенный шаг барабан 11 с иидентсрами 12. Диск 1 при этом неподв.ижен относительно основания 4 посредством стопора 18. После подъема барабана 11 на заданный шаг отключается привод 5, срабатывают стопоры 19 и 20, и измерения . продолжаются по вертикали для следующего уровня исследуемой поверхности пластины. После исследова1Шя вертикальной составляющей властин 2 йнденторами 12, расположеннь1ми на маятниках 13 с одной длиной, стопоры 19 и

20 отпускаются, и привод 5 поднимает барабан 11 с инденторами 12 до верхнего упора на направляющих 8. Затем отпускается стопор 18, привод 3 поворачивает диск 1 на шаг, равный длине одной ячейки. При этом диск 1 вра. щается относительно шайбы 7 через подшипник 22. Барабан И при этом жестко зафиксирован относительно основания 4 через шайбу 7 и направляющие 8 стопором 21. Затем срабатывает стопор 18, привод 5, работая в противоположную сторону,, опускает барабан 11 до верхней поверхности шайбы 7. При этом инденторы 12 попадают в соседние ячейки нссле емых пластин 2. Полностью эксперимент заканчивается после исследования всех пластин по вертикали для каждой длины маятников 13.

Устройство позволяет зафиксировать индентор и тем самым избежать его произвольное врашение и повысить точность измерения за счет нанесения ударов в строго определенные точки поверхности электродов. Устройство работооюсобно при любых положениях,

Формула изобретейия

Устройство для исследова1шя механических свойств токопроводящих материалов в условиях вакуума, содержащее основ ние, закрепленные на нем пласпшы из исследуемого материала, источник высокого напряжения, соединяемь1Й с ними, и сферический индеитор, размещенный между пластинами, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности исследования, оно снабжено диском с центральным отверстием, предназначенным для закрепления пластин перпендикулярно плоскости диска в радиальных направлениях, приводом вращения диска, стержнем, коаксиально размещенным в отверстии диска с возможностью возвратно-поступательного, движения вдоль него, установленным на основании приводом

вращеш1я стержня, закрепленным на другом конце стержня барабаном, дополнительными инденторами и держателями для них, выполненными в виде маят1шков, различных по длине и установлешп 1Х по периметру барабана с

возможностью качадия в плоскости параллельной диску.

Источники информагаи, принятые во внимание при экспертизе i. Заводская лаборатория, hP 11, 1966,

сЛ374-1377 (прототип).

Ф«г./

Фие1