УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И КРУЧЕНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОЙ И ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКАХ
EQUIPMENT FOR TESTING OF MATERIAL SAMPLES FOR TENSION, COMPRESSION AND TORSION WITH CONSTANT AND ALTERNATING LOADS

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на прочность при постоянной и переменной нагрузках при комнатной и повышенной температурах и может быть применена в заводской и исследовательской лабораториях.
Известна установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии (а.с. СССР №1809356, МКИ G01N 3/08, 1993, бюл. №14), содержащая основание, шесть опор, образец, пассивный и активный захваты образца, вал, два шкива, две сборные рамы, две шаровые опоры, рычаг, одну гибкую тягу, две гибких тяги с грузами каждая и электропечь.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии (свидетельство №1538 на полезную модель, МКИ G01N 3/08, 1996, бюл. №1), содержащая основание, шесть опор, образец, пассивный и активный захваты образца, вал, два шкива, две сборные рамы, одна из которых жестко соединена с рычагом, две шаровые опоры, три гибких тяги с грузами, две гибких тяги и электропечь.
Недостатком этих установок является то, что они не обеспечивают испытание образцов материалов при переменной нагрузке.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей путем испытания образцов материалов не только при постоянной нагрузке, но и при переменной.
Для решения этой задачи в установке для испытания образцов материалов на растяжение, сжатие и кручение при постоянной и переменной нагрузках, содержащей основание, шесть опор, образец, пассивный и активный захваты образца, вал, два шкива, две сборные рамы, одна из которых жестко соединена с рычагом, две шаровые опоры, три гибких тяги с грузами, две гибких тяги и электропечь, дополнительно введена гибкая тяга с грузом, прикрепленная к шкиву, установлены мотор-редуктор, кривошипно-ползунный механизм, рама, соединяющая два коромысла, которые в средине их длины соединены цилиндрическими шарнирами с основанием, ползун кривошипно-ползунного механизма жестко соединен с рамой. Технический результат: более широкий диапозон исследования прочности образцов материалов, а именно испытание образцов материалов не только при постоянной нагрузке, но и переменной.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - схема установки;
на фиг.2 - разрез по А-А - устройство сборной рамы, жестко соединенной с рычагом;
на фиг.3 - вид по Б-Б - рама, соединенная с коромыслами;
на фиг.4 и фиг.5 - вид по В-В и Г-Г - соединение рамы с коромыслами.
Установка содержит основание 1, на котором закреплен пассивный захват 2 образца 3. Также на основании 1 закреплены опоры 4 и 5, которые имеют возможность перемещаться в горизонтальной плоскости с помощью тонких прокладок под опорами 4 и 5 (на чертеже прокладки не показаны) и в вертикальной плоскости для соосности образца 3 и вала 6, размещенного в опорах 4 и 5 с помощью шариков 7, окружающих вал 6 и расположенных в цилиндрических сепараторах 8. В установке имеется устройство нагружения образца 3 крутящим моментом, выполненное в виде шкива 9 с канавками 10 на его ободе, жестко закрепленного на валу 6. К шкиву прикреплены расположенные в его канавках тяги 11 и 12 с соответствующими грузами 13 и 14.
Установка также содержит устройство нагружения образца 3 осевым усилием, изготовленное в виде двух сборных рам 15 и 16, при этом рама 15 закреплена на свободном конце вала 6, имеет возможность вращения относительно последнего, охватывает сборную раму 16, взаимодействуя своей перемычкой 17 через шаровую опору 18 с перемычкой 19 сборной рамы 16. Далее сборная рама 15 установлена с возможностью взаимодействия перемычкой 17 с двуплечим рычагом 20 через другую шаровую опору 21. Вторая перемычка 22 сборной рамы 16 жестко соединена с рычагом 20, ось 23 которого установлена в двух опорах 24, жестко закрепленных на основании 1, а при необходимости они могут быть смещены вдоль продольной оси установки. На перемычке 17 в местах установки шаровых опор 18 и 21 выполнены две сферические лунки диаметрами, несколько превышающими диаметры опор, в результате чего опоры 18 и 21 контактируют с лунками по малым площадкам и в то же время не выпадают из своих гнезд (лунок).
На основании 1 жестко закреплены опоры 25, в которых установлена ось 26 шкива 27, обод которого охватывают прикрепленные к нему диаметрально противоположно гибкие тяги 28 и 29 с соответствующими грузами 30 и 31. К оси 26 прикреплены охватывающие ее гибкие тяги 32 и 33, которые другими концами прикреплены - одна к одному плечу рычага 20, а другая - к другому.
Для создания переменной нагрузки на образец 3 в установке имеется мотор-редуктор 34, который через кривошипный диск 35, шип 36 и шатун 37 соединен с ползуном 38, который жестко соединен с рамой 39. Ход ползуна 38 регулируется перемещением шипа 36 вдоль радиуса кривошипного диска 35. Рама 39 соединена с коромыслами 40 и 41, которые в средине их длины соединены с основанием установки цилиндрическими шарнирами. Соединение рамы 39 с коромыслами 40 и 41 представлено на чертежах (фиг.4 и фиг.5).
Для испытания образца 3 при повышенной температуре устанавливают на установку электропечь 42, в которую помещают образец.
Заявляемая установка для испытания образцов материалов на растяжение, сжатие и кручение при постоянной и переменной нагрузках позволяет решить поставленную задачу.
Действительно, мотор-редуктор 34 через кривошипно-ползунный механизм 35 - 38 приводит в возвратно-поступательное движение раму 39, которая приводит в движение коромысла 40 и 41. Коромысло 40 поочередно поднимает и опускает грузы 31 и 30. При поднятом грузе 31 на шкив 27 действует груз 30, а затем через ось 26, тягу 33, рычаг 20, сборную раму 15 и вал 6 действие груза передается на образец 3, подвергая его сжатию. Аналогичное нагружение образца 3 на растяжение происходит при поднятом грузе 30.
Одновременно коромысло 41 синхронно коромыслу 40 поочередно поднимает и опускает грузы 13 и 14. При поднятом грузе 14 груз 13 через тягу 11, шкив 10 и вал 6 подвергает кручению образец 3. При поднятом грузе 13 груз 14 через тягу 12, шкив 10 и вал 6 подвергает образец 3 кручению в противоположном направлении.
Установка для испытания образцов материалов на растяжение, сжатие и кручение при постоянной и переменной нагрузках работает следующим образом. Собранную раму 15 соединяют с валом 6. Затем устанавливают шаровую опору 21 в лунку на поперечине 17. После чего сборную раму 16 соединяют с рычагом 20, установив при этом шаровую опору 18 в лунку на поперечине 17. Сборную раму 16 соединяют таким образом, чтобы опоры 18 и 21 свободно вращались и не выпадали из своих гнезд (лунок).
Устанавливают образец 3 в пассивный захват 2 и затем в активный на конце вала 6. Перемещением опор 4 и 5 в горизонтальной плоскости и помощью тонких прокладок в вертикальной плоскости добиваются соосности образца 3 и вала 6, после чего опоры 4 и 5 соединяют неподвижно с основанием 1. Соединяют грузы 30, 31, 13 и 14 с тягами 28, 29, 11 и 12 соответственно.
Включают мотор-редуктор 34, который через кривошипный диск 35, шип 36, шатун 37 и ползун 38 приводит раму 39 в возвратно-поступательное движение в плоскости шкива 27. Рама 39, находясь в крайнем нижнем положении (по чертежу, фиг.1), создает такое положение, при котором груз 30 не контактирует с коромыслом 40, а груз 31 расположен на этом коромысле и тяга 29 не действует на шкив 27. В результате груз 30 через тягу 28, шкив 27, ось 26, тягу 33, рычаг 20, опору 21, сборную раму 15 и вал 6 подвергает образец 3 сжатию. В это же время груз 13 (фиг.1, фиг.3, фиг.5) не контактирует с коромыслом 41, а груз 14 расположен на этом коромысле и не действует на шкив 10 через тягу 12. Таким образом груз 13 через тягу 11, шкив 10 и вал 6 подвергает кручению образец 3.
При крайнем верхнем положении рамы 39 груз 30 располагается на коромысле 40 и на шкив 27 не действует, а груз 31 не контактирует с коромыслом 40 и через тягу 29, шкив 27, ось 26, тягу 32, рычаг 20, сборную раму 16, опору 18, сборную раму 15 и вал 6 подвергает образец 3 растяжению. В это же время груз 13 расположен на коромысле 41 и через тягу 11 не влияет на шкив 10, а груз 14 не контактирует с коромыслом 41 и через тягу 12, шкив 10 и вал 6 подвергает образец 3 кручению противоположному тому, которое создает груз 13.
Таким образом образец 3 подвергается переменному растяжению и сжатию с одновременным кручением.
При различных по величине грузов, создающих нагружение образца, можно получить различные циклы напряжений.
При неработающем мотор-редукторе 34 испытание образца проводят при постоянной нагрузке.
Установка обеспечивает испытание образца и при повышенной температуре. Для этого к установке добавляют электропечь.
Установка предназначена для испытания образцов различных материалов, а так же для определения физико-механических характеристик материалов с эффектом памяти формы, как при постоянной нагрузке, так и при переменной, как при комнатной, так и при повышенной температуре.