УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ И ИЗГИБ С КРУЧЕНИЕМ
DEVICE FOR FATIGUE TESTS OF MATERIAL SPECIMENS FOR IMPACT BENDING AND BENDING WITH TORSION

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для усталостных испытаний образцов материалов на ударный изгиб и изгиб с кручением при сложном цикле нагружения, и может быть применено в заводской и исследовательской лабораториях.
Известна установка усталостных испытаний на изгиб (а.с. СССР №1397799, МКИ G01N 3/34,1988, бюл. №19), содержащая основание, смонтированную на основании с возможностью поворота платформу, механизм возврата платформы в исходное положение, установленный радиально на платформе пассивный захват образца, нагружатель, активный захват образца и привод вращения.
Наиболее близкой по технической сущности является устройство для усталостных испытаний образцов материалов на ударный изгиб (патент №2006819, МПК G01N 3/34, 1994, бюл. №2), содержащее основание, смонтированную на основании с возможностью поворота платформу, установленный радиально на платформе пассивный захват образца, размещенные с противоположных сторон от платформы два блока, закрепленные посредством оси на основании, охватывающие блоки две гибкие тяги, один конец каждой из которых связан с платформой, а также две группы грузов, последовательно связанные между собой и с другим концом соответствующей гибкой тяги в каждой группе, механизм возврата платформы в исходное положение в виде упомянутых групп грузов, нагружатель в виде зубчатой рейки, установленной на основании с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с активным захватом образца, и пару зубчатых секторов, кинематически связанных с приводом вращения с возможностью периодического и поочередного зацепления с зубчатой рейкой.
Недостатком установки и устройства является то, что они не обеспечивают испытание образца на изгиб с кручением.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей путем испытания образца не только на ударный изгиб, но и на ударный изгиб с кручением.
Для решения этой задачи в устройстве для усталостных испытаний образцов материалов на ударный изгиб и изгиб с кручением, содержащем основание, смонтированную на основании с возможностью поворота платформу, установленный радиально на платформе пассивный захват образца, размещенные с противоположных сторон от платформы два блока, закрепленные посредством оси на основании, охватывающие блоки две гибкие тяги, один конец каждой из которых связан с платформой, а также две группы грузов, последовательно связанные между собой и с другим концом соответствующей гибкой тяги в каждой группе, механизм возврата платформы в исходное положение в виде упомянутых групп грузов, нагружатель в виде зубчатой рейки, установленной на основании с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с активным захватом образца, и пару зубчатых секторов, кинематически связанных с приводом вращения с возможнстью периодического и поочередного зацепления с зубчатой рейкой, дополнительно платформа изготовлена в форме стержня, к головке пассивного захвата образца помощью двух гаек прикреплен рычаг, в верхней части стержня с обеих сторон изготовлены две прорези, позволяющие рычагу вместе с головкой пассивного захвата поворачиваться относительно его оси в одном и другом направлении, активный захват не имеет свободного вращения относительно его оси, дополнительно размещены с противоположных сторон свободного конца рычага два блока, закрепленные посредством оси на основании, охватывающие блоки две гибкие тяги, один конец каждой из которых связан с рычагом, а также две группы грузов, последовательно связанные между собой и с другим концом соответствующей гибкой тяги в каждой группе, и механизм возврата стержня в исходное положение в виде упомянутых групп грузов.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - схема устройства, вид спереди;
на фиг.2 - схема нагружателя с приводом, план;
на фиг.3 - поперечное сечение А-А;
на фиг.4 - поперечное сечение Б-Б.
Устройство для усталостных испытаний образцов материалов на ударные изгиб и изгиб с кручением содержит: основание 1, установленные на нем стержень 2 посредством оси 3 с возможностью поворота относительно оси 3 с пассивным захватом 4 образца и зубчатую рейку 6, взаимодействующую посредством прилива 7 с активным захватом 8 образца 5, зубчатые сектора 9 и 10, периодически и поочередно взаимодействующие с зубчатой рейкой 6, привод 11, ведущее колесо 12 которого через зубчатое колесо 13 соединено с зубчатым сектором 9 и через зубчатые колеса 14 и 15 - с зубчатым сектором 10, и четыре группы сменных грузов 16, 17 и 18, две из которых расположены по обе стороны стержня 2 и две - по разные стороны свободного конца рычага 19 с возможностью поочередного отрыва каждого груза от основания и перемещения их на заданные расстояния сначала в одной группе грузов, а затем в другой.
Рычаг 19 устанавливается в отверстии головки образца 5 и закрепляется двумя гайками 20 и 21. В стержне 2 в верхней части с обеих сторон изготовлены прорези 22, позволяющие рычагу 19 вместе с головкой образца 5 поворачиваться относительно его оси в одном и другом направлении. Поперечные сечения прилива 7 и взаимодействуещего с ним активного захвата 8 представляют прямоугольники (фиг.3), при этом активный захват не имеет свободного поворота относительно его продольной оси.
Стержень 2 и рычаг 19 соединены соответствующими тягами 23, охватывающими блоки 24, закрепленные на основании 1 посредством осей 25, через регулировочные гайки 26 с соединенными между собой сменными грузами 16, 17 и 18. Грузы 16 соединены стержнями 27, проходящими через остальные грузы, с регулировочными гайками 26. Для центрирования грузов 16, 17 и 18 служат стержни 27 и 28. На грузах 16 и 17 установлены втулки 29 и 30, предназначенные для установки необходимого расстояния между торцом втулки и расположенным над ней грузом. Чтобы не происходило заклинивания активного захвата 8 в приливе 7 при перемещении зубчатой рейки 6, внутренний размер прилива превышает размер активного захвата. Длина части окружности зубчатого сектора 9, на которой расположены зубья, зависит от величины перемещения груза 16 при нагружении образца 5. Это касается и зубчатого сектора 10.
Нумерация тяг, блоков, осей и сменных грузов одинакова для всех четырех тяг, блоков, осей и сменных грузов и проставлена только на одной из четырех, при этом две группы сменных грузов, соединенных с рычагом 19, на чертеже не изображены.
Устройство работает следующим образом.
Для создания ударного изгиба в образце 5 тяги 23 отсоединяют от свободного конца рычага 19, а аналогичные тяги 23 остаются соединенными со стержнем 2. Устанавливают образец 5 в захваты 4 и 8. Вращением гаек 26 добиваются вертикального положения образца 5, при этом каждая тяга 23 не должна иметь стрелу провисания, а грузы 16 должны опираться на основание 1.
Включают привод 11, который вращает зубчатые сектора 9 и 10 в противоположных направлениях. Зубчатый сектор 9 имеющейся частью зубьев перемещает рейку 6 влево (по чертежу). Рейка 6 воздействует приливом 7 на активный захват 8 и поворачивает стержень 2 относительно оси 3 на некоторый угол. При повороте стержня 2 связанная с ним правая тяга 23 через гайку 26 и стержень 27 мгновенно отрывает груз 16 от основания 1, подвергая образец 5 ударному изгибу. После того, как груз 16 наберет максимальную скорость движения, напряжение в образце 5 уменьшится с максимальной величины до значения, определяемого статическим действием груза 16, и будет оставаться таким, пока втулка 29 не коснется груза 17. В этот момент происходит отрыв груза 17 от основания 1 и его движение вместе с грузом 16 и процесс дальнейшего нарастания напряжений в образце 5 повторится. Это же самое повторится и при дальнейшем отрыве груза 18 от основания и его движении вместе с грузами 16 и 17. После чего зубчатый сектор 9 выходит из зацепления с зубчатой рейкой 6, образец 5 разгружается со срывом нагрузки, возвращается вместе с зубчатой рейкой 6 обратно падающими грузами 16, 17 и 18 и останавливается в исходном положении левой тягой 23. После этого в зацепление с зубчатой рейкой 6 входит зубчатый сектор 10, который аналогично зубчатому сектору 9 создает в образце 5 такие же напряжения, но противоположного знака. Таким образом испытывают образец 5 на знакопеременный ударный изгиб при сложном цикле нагружения.
Для создания в образце 5 ударного изгиба с кручением тяги 23 отсоединяют от стержня 2, а аналогичные тяги 23 соединяют со свободным концом рычага 19. Дальнейшая работа устройства такая же, как при ударном изгибе.
Устройство обеспечивает испытание образца 5 и на знакопостоянное нагружение как при ударном изгибе, так и при ударном изгибе с кручением. Для этого снимают зубчатый сектор 10 с устройства или выводят из зацепления зубчатое колесо 14 и стопорят вал колеса 15 таким образом, чтобы зубчатый сектор 10 не входил в зацепление с зубчатой рейкой 6.
Устройство обеспечивает испытание образца 5 и при простом цикле нагружения. Для этого снимают грузы 17 и 18 и оставляют только грузы 16.
Скорость движения грузов 16, 17 и 18 регулируют изменением числа оборотов привода 11. Вес грузов и скорость их движения устанавливают согласно программе испытания образцов.