УСТАНОВКА МНОГОЦИКЛОВОГО КОНТАКТНОГО НАГРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области прочностных и эксплуатационных испытаний конструкционных материалов.
Для проведения испытаний металлических образцов на действие многоцикловой нагрузки известна установка (см. Колесников Ю.В. Методика и установка для определения показателя роста деформаций при контактном ударно-циклическом нагружении // Заводская лаборатория. - 1987. - №11. - С.80-82), состоящая из основания с закрепленными на нем вертикальными стойками, связанными между собой перекладинами. В отверстиях перекладин установлены направляющие втулки, в которых перемещается штанга. Верхняя часть штанги соединена с пружинным механизмом, задающим скорость ее движения в вертикальном направлении, к нижней части штанги крепится нагружатель (ударник). Штанга получает возвратно-поступательное движение от пары кулачков, закрепленных на одной оси с маховиками, связанными ременной передачей с электродвигателем. Установка позволяет проводить испытания образцов в многоцикловом режиме при различных энергиях удара нагружателя (ударника) по исследуемой поверхности. Энергия удара регулируется скоростью перемещения штанги и массой груза, подвешиваемого на нагружатель.
Основными недостатками рассмотренной установки являются:
- исключительно ударный характер приложения нагрузки;
- ограниченное силовое воздействие, прикладываемое к исследуемому образцу, связанное с используемой схемой нагружения и применяемым приводом.
Целью разработки полезной модели является расширение функциональных возможностей установки многоциклового контактного нагружения при исследовании прочностных и эксплуатационных свойств конструкционных материалов и отдельных деталей.
Согласно изобретению установка многоциклового контактного нагружения, состоящая из укрепленных на основании стоек, к которым крепятся перекладины, отличается тем, что конструкция узла регулирования нагрузки состоит из стакана с крепежными и нажимной гайками, тарельчатой пружины, направляющего стержня, подкладной шайбы и нагружающего штока, связанного с наконечником, на который подвижно устанавливается кольцо с подпружиненными цапфами и запрессованными в них поддерживающими конусами для подвешивания контртела, закрепление и смена которого обеспечивается подвижностью цапф, поджатых пружинами на упорных винтах, при этом подвижная нагружающая часть установки состоит из каретки, перемещающейся в направляющих по шаровым телам качения, подкладной пластины с запрессованными в нее базирующими штырями, на которые устанавливается исследуемый образец, блока индикатора, толкателя с вращающимся на оси роликом, который получает возвратно-поступательное движение от сменного кулачка, жестко закрепленного со шкивом на валу, свободно вращающемся на подшипниках, установленных в кронштейне, и приводящемся в
движение от шпинделя станка, на столе которого смонтирована установка, через клиновой ремень. Характер нагружения задается профилем кулачка и может быть изменен за счет его смены.
Предлагаемая установка позволяет существенно расширить перечень возможных прочностных испытаний и исследований эксплуатационных свойств конструкционных материалов и отдельных деталей путем изменения способа приложения и расширения диапазона применяемых нагрузок.
На рис.1 изображен общий вид установки, на рис.2 вид Б, на рис.3 сечение А-А, рис.4 циклограммы нагружения образца (пример).
Предлагаемая установка многоциклового контактного нагружения позволяет устранить отмеченные недостатки и имеет следующее устройство (рис.1). На основании 1 установлены две стойки 2, в пазах которых при помощи винтов 40 закрепляются направляющие 18 (рис.3). Для большей жесткости стойки соединены перекладиной 3, на которой смонтирован узел регулирования нагрузки, состоящий из стакана 38 с крепежными гайками 34, нажимной гайкой 35, тарельчатой пружины 37, направляющего стержня 36, подкладной шайбы 32 и нагружающего штока 39, связанного с наконечником 24. На наконечник 24 подвижно устанавливается кольцо 25 с подпружиненными цапфами 26 и запрессованными в них поддерживающими конусами 27, на которых подвешивается контртело 30 (рис.2). Закрепление и смена контртел обеспечивается подвижностью цапф 26, поджатых пружинами 29, на упорных винтах 28 (рис.2).
Подвижная нагружающая часть установки состоит из каретки 22, подкладной пластины 23 с запрессованными в нее базирующими штырями 41, на которые устанавливается исследуемый образец (на рисунке - призма 31), блока индикатора 17, толкателя 13 с вращающимся на оси 15 роликом 14. Перемещение каретки 22 в направляющих 18 осуществляется по шаровым телам качения 20, заключенным в сепараторы 21. Каретка 22, блок индикатора 17 и толкатель 13 связаны посредством плавающих опор в виде шариков 16. Толкатель 13 имеет возможность перемещаться в направляющей втулке 12, которая запрессована в установочный фланец 10, фиксирующийся на основании 1 гайками 11. Возвратно-поступательное движение толкатель 13 получает от кулачка 7, жестко закрепленного со шкивом 5 на валу 8, который свободно вращается на подшипниках, установленных в кронштейне 4 (рис.1).
Собранная установка может быть смонтирована на столе любого металлорежущего станка, имеющего горизонтальную ось вращения шпинделя, и крепится к нему типовыми прихватами из комплекта станка. При этом для передачи вращения от шпинделя станка к валу 8 установки используется клиновой ремень 9.
Работа установки осуществляется следующим образом. На базирующие штыри 41 подкладкой пластины 23 устанавливается испытуемый образец 31. На поддерживающие конусы 27 подвешивается контртело 30, которое имеет для этого центровые отверстия. Подвижность цапф 26 и возможность поворота кольца 25 относительно оси наконечника 24 обеспечивает самоустановку контртела 30 относительно исследуемых поверхностей испытуемого образца 31. Кроме того, контртело 30 подвешивается в поддерживающих конусах 27 так, что имеет возможность самопроизвольно поворачиваться вокруг собственной оси в моменты
отсутствия контакта с образцом 31. Этим обеспечивается постоянная смена поверхности контакта контртела с испытуемым образцом.
н
Для настройки установки на определенное усилие нагружения (Р) каретка 22, вращением шкива 5, переводится в крайнее верхнее положение. Поворотом нажимной гайки 35 устанавливается величина нагрузки, контролируемая по индикатору (блок индикатора 17). Диапазон задаваемой нагрузки - 25...4000 Н.
1
н
2
3
4
При включении станка, вращение от его шпинделя через клиновой ремень 9 передается шкиву 5 и, находящемуся на валу 8 кулачку 7, который воздействует через ролик 14 на толкатель 13, приводит каретку 22 в возвратно-поступательное движение. При перемещении каретки 22 вверх образец 31 начинает контактировать с конртелом 30, которое одновременно взаимодействует с рабочей поверхностью наконечника 24. При этом усилие в контакте «образец-контртело» в течение времени t изменяется от нуля до некоторого значения (Р). Под этой нагрузкой осуществляется выдержка в течение времени t, после чего нагрузка плавно (в течение времени t) снижается до нуля и некоторое время (t) образец находится без нагрузки (рис.4).
ц
В дальнейшем весь цикл нагружения длительностью Т повторяется запланированное число раз (N), которое фиксируется с помощью счетно-контрольного устройства электромеханического или электронного типа.
i
Характер циклограммы нагружения (соотношение значений t) (рис.4) определяется профилем кулачка 7 и может быть изменен (в том числе и на ударный) за счет его смены.
Таким образом, простота конструкции установки, надежность ее эксплуатации, несложность проведения экспериментов позволяют рекомендовать установку и методику в практику лабораторий.