УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR DETERMINING MECHANICAL PROPERTIES OF POLYMER MATERIALS

Изобретение относится к технике испытания материалов, в частности к испытаниям полимерных материалов на растяжение-сжатие.
Известно устройство для измерения неметаллических образцов, преимущественно полимерных на сжатие (патент РФ №2261429 С1; МПК G01N 3/08; опубликован 27.09.2005), включающее механизм нагружения, камеру в виде стакана с крышкой, в которой установлены опора с пазами и пуансон, на верхнем торце которого расположено сферическое углубление, в которое установлено центрирующее средство со сферическим выступом для равномерного распределения давления по площади сечения образца, средство для снятия деформационной характеристики, связанное с узлом регистрации. Механизм нагружения выполнен из каркаса, в котором установлен разгружающий двигатель, жестко связанный с площадкой, на которой установлены разгружающие стержни, проходящие через верхние отверстия в каркасе, а на каркасе между этими стержнями установлен нагружающий двигатель со стержнями нагружения, на которые опираются съемные нижний и верхний дополнительный грузы, подвеска рабочей площадки через петлю навешивается на верхний рычаг системы рычагов с соотношением плеч рычага 1:10, выполненный в форме вилки, огибающей рабочий стержень пуансона, шарнирно закрепленный на верхней опоре станины и связанный шарнирно через тягу, на которой жестко закреплен уравновешивающий груз, с нижним рычагом, с соотношением его плеч 5:1, который шарнирно закреплен на нижней опоре станины и связан с рабочим стержнем шарнирным соединением, нижний конец которого имеет цилиндрический наконечник со сферическим выступом, упирающимся в углубление на пуансоне, выполненным для равномерного распределения давления по площади сечения образца.
Известно устройство для определения механических свойств полимерных материалов (патент РФ №934308; МПК G01N 3/36; опубликован 07.06.82, бюллетень №21), ближайшее по технической сущности и принятое за прототип, в котором содержится термокриокамера, размещенные в ней подвижный и неподвижный захваты для образца, механизм деформации образца и измерительные средства. Механизм деформации образца выполнен в виде магнитогидродинамического насоса и сообщенных с ним двух гидродвигателей, один из которых связан с подвижным захватом. Механизм деформации образца размещен внутри термокриокамеры, а гидродвигатели выполнены в виде сильфонов.
Однако известное устройство не может обеспечить требуемой точности определения механических свойств образцов, из-за жесткой базы измерения деформаций испытуемого образца и замера усилий механизма деформации.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности измерения деформации испытуемого образца.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения механических свойств полимерных материалов, содержащем термокриокамеру, размещенные в ней подвижный и неподвижный захваты для образца, механизм деформации образца, выполненный в виде магнитогидродинамического насоса и сообщенных с ним двух гидродвигателей в виде сильфонов, один из которых сообщен с узлом крепления подвижного захвата, измерительное средство для замера усилий и деформаций, новым является то, что узел крепления подвижного захвата включает в себя стержень с возможностью перемещения по направляющим цилиндрической формы, зафиксированным в пространстве с помощью стойки, один конец стержня сообщен с сильфоном, а другой - с подвижным захватом, при этом стержень проходит через рамку с установленным в ней ползуном, с возможностью передачи информации гибкой пластине для замера деформаций, один конец которой закреплен к рамке, а другой конец жестко закреплен к основанию камеры с помощью кронштейна.
Направляющие цилиндрической формы, обеспечивающие прямолинейное движение стержня, состоят из резьбовой крышки, с опорной поверхностью которой связана пружина, ограниченная пластиной-толкателем и роликом.
На фиг. 1 представлена схема устройства для определения механических свойств полимерных материалов.
На фиг. 2 представлен узел крепления подвижного захвата (вид с боку).
На фиг. 3 представлен узел крепления подвижного захвата (вид спереди).
На фиг. 4 представлен узел крепления подвижного захвата (в сечении).
На фиг. 5 представлена схема гибкой пластины.
Устройство содержит (фиг. 1) термокриокамеру 1, размещенные в ней узел крепления испытуемого образца 2, узел крепления подвижного захвата 3, механизм деформации образца 4, который выполнен в виде магнитогидродинамического насоса 5, канал 6 которого заполнен электропроводящей жидкостью, в качестве которой используется жидкий металл. Магнитогидродинамический насос 5 сообщен с двумя гидродвигателями, которые выполнены в виде сильфонов 7, причем последний связан с узлом крепления подвижного захвата 3. В термокриокамере размещены измерительные средства, в качестве которых используется датчик силы 8 для замера усилий и пластина гибкая 9 для замера деформаций. Термокриокамера закреплена на основании 10 с помощью винтов 11.
Узел крепления испытуемого образца 2 состоит из подвижного 12 и неподвижного захватов 13. Испытуемый образец 14 закрепляется в захваты 12, 13 с помощью штифтового соединения (штифт 15, гайка 16, шайба 17) по меткам, определяющим положение кромок таким образом, чтобы продольные оси захватов и ось образца совпадали между собой и направлениям движения подвижного захвата.
Узел крепления подвижного захвата 3 (фиг. 1) включает в себя гибкую пластину 9, закрепленную в кронштейне 18, с помощью стягивающих болтов 19, направляющие цилиндрической формы 21, внутри которых установлен стержень 22 с помощью винтов. Стержень с одной стороны сообщен с сильфоном 7, с другой стороны - с подвижным захватом 12 с помощью резьбового соединения 23. Кронштейн 18, в свою очередь, закреплен к основанию 10 с помощью анкерных болтов 20. Направляющие цилиндрической формы 21 (фиг. 4) состоят из резьбовой крышки 24, с опорной поверхностью которой связана пружина 25, которая ограничена пластиной-толкателем 26 и роликом 27. Фиксирование положения направляющих цилиндрической формы 21 (фиг. 2) в пространстве обеспечивается с помощью стойки 28. Она закреплена к основанию 10 с помощью винтов.
На конец гибкой пластины 9 (фиг. 5) приварена втулка 29, которая, в свою очередь, устанавливается на рамку 30 резьбовым соединением. На пластину 9, для замера деформаций образца, приклеивается тензодатчик проволочный 31.
Устройство работает следующим образом.
Испытуемый образец 14 (фиг. 1) закрепляют в захватах 12, 13, затем включают термокриокамеру 1 и задают требуемый температурный режим испытаний (23±2)°С и относительную влажность (50±5)%. Для деформации образца 14 подают на обмотку возбуждения магнитогидродинамического насоса 5 управляющий электрический сигнал, который вследствие взаимодействия электромагнитного поля обмотки с заполняющим канал 6 жидким металлом, преобразуется в механические перемещения торцов сильфонов 7 и стержня 22, который передает усилие от механизма деформации 4 на испытуемый образец 14 и вызывает изгиб гибкой пластины 9. Линейное перемещение стержня 22 осуществляется следующим образом: (фиг. 4) с помощью резьбовой крышки 24 создается напряжение на пружину 25. Пластина-толкатель 26 передает усилие от пружины 25 на ролик 27, равномерно распределяя усилие по образующей. Ролик 27, в свою очередь, обеспечивает прямолинейное движение стержня 22. Вместе с торцами сильфонов 7 (фиг. 1) и со стержнем 22 перемещается подвижный захват 12 узла крепления испытуемого образца 2, вызывая деформацию образца 14. При деформировании исследуемого образца 14 гибкая пластина 9 изгибается вместе с рамкой 30, которая передает усилие механизма деформации 4 на испытуемый образец 14. Внутри рамки 30 помещен ползун, который передает гибкой пластине 9 информацию для замера деформаций испытуемого образца. При изгибе гибкой пластины 9 меняются показания тензодатчика 31. Тензодатчик 31 преобразует величину продольной деформации испытуемого образца 14 в удобный для исследователя сигнал. При изгибе гибкой пластины 9 кронштейн 18 обеспечивает устойчивое поведение пластины 9. Датчик силы 8 обеспечивает измерение усилия, действующего на испытуемый образец 14.
Применение в узле крепления подвижного захвата гибкой пластины, для замера деформаций, позволяет отказаться от жесткой базы измерения, что повышает точность измерения продольной деформации образца.