СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ НА УСТАЛОСТЬ
BENCH FOR FATIGUE TESTS OF MATERIALS

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям изделий и образцов материалов на усталость.
Известен стенд для испытаний материалов на усталость (патент РФ №1033922, кл. G01N 3/34, G01N 3/08, 1983), содержащий основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для испытуемого объекта, механизм статического нагружения, соединенный с пассивным захватом, толкатель, связанный с активным захватом, кулачок, кинематически связанный с толкателем и расположенный на оси, привод вращения оси кулачка.
Недостаток данного стенда состоит в отсутствии возможности проводить испытания при асимметричных импульсах.
Известен стенд для испытаний материалов на усталость (патент РФ №1486874, кл. G01N 3/34, 1989), содержащий основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для испытуемого объекта, механизм статического нагружения, соединенный с пассивным захватом, толкатель, связанный с активным захватом, кулачок, кинематически связанный с толкателем и расположенный на оси, привод вращения оси кулачка.
Недостаток этого стенда также состоит в отсутствии возможности проводить испытания при асимметричных импульсах. Испытания проходят при симметричных повторяющихся циклах, что ограничивает функциональные возможности техники данного типа.
Известен стенд для испытаний материалов на усталость (патент РФ №1803796, кл. G01N 3/34, 1993), принимаемый за прототип и содержащий основание, установленные на нем активный и пассивный захваты для испытуемого объекта, механизм статического нагружения, соединенный с пассивным захватом, толкатель, связанный с активным захватом, кулачок, кинематически связанный с толкателем и расположенный на оси, привод вращения оси кулачка.
Данный стенд нагружает испытуемый объект многопиковыми циклами, но каждый пик импульса симметричен, а импульсы гармонически повторяются. Испытывать объекты при асимметричных негармоничных импульсах невозможно. Это ограничивает функциональные возможности стендов для усталостных испытаний, хотя большое количество объектов, деталей, материалов работают именно в таких силовых условиях. Так, элементы подвески автомобиля испытывают асимметричные негармоничные импульсы на протяжении всего срока службы. В подобных условиях работает большое количество деталей автомобиля, поскольку подвеска не полностью ограждает автомобиль от импульсных нагрузок при движении. В таких же условиях работают материалы дорожных покрытий автодорог, элементы массива вблизи транспортных выработок и т.п.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей стенда путем обеспечения испытаний при асимметричных импульсах.
Технический результат достигается тем, что стенд для испытаний материалов на усталость, содержащий основание, установленные на нем активный и пассивный захваты, механизм статического нагружения, соединенный с пассивным захватом, толкатель, связанный с активным захватом, кулачок, кинематически связанный с толкателем и расположенный на оси, привод вращения оси кулачка, согласно изобретению, кулачок выполнен в форме эллипса, между кулачком и толкателем последовательно установлены опоры с возможностью перемещения вдоль направления движения толкателя и взаимного качения по образующим поверхностям, при этом опоры имеют форму эллипсов с разной длиной главных осей.
Технический результат достигается также тем, что на оси кулачка установлен второй кулачок и фиксатор второго кулачка на оси, при этом второй кулачок обеспечивает смещение ближайшей к кулачку опоры вдоль направления движения толкателя.
Опоры между кулачком и толкателем при взаимном качении по образующим поверхностям с учетом разных главных осей эллиптической формы опор приводит к тому, что толкатель перемещается хаотически. Интенсивность диаграмм пригрузки и разгрузки является разной, т.е. импульсы асимметричны. Второй кулачок позволяет в нужный момент разъединять основной кулачок и группу опор, отчего основной кулачок дополнительно поворачивается относительно опор и исключает тем самым и без того маловероятные повторения серий импульсов. Это усиливает положительный эффект изобретения. При использовании кулачка без опор стенд работает в режимах прототипа, что свидетельствует о расширении функциональных возможностей стенда.
Конструкция стенда поясняется чертежом.
Стенд содержит основание 1, установленные на нем активный 2 и пассивный 3 захваты для испытуемого объекта 4, механизм статического нагружения 5, соединенный с пассивным захватом 3, толкатель 6, связанный с активным захватом 2, кулачок 7, кинематически связанный с толкателем 6 и расположенный на оси 8, привод вращения 9 оси 8 кулачка 7.
Кулачок 7 выполнен в форме эллипса. Между кулачком 7 и толкателем 6 последовательно установлены опоры 10, 11, 12 с возможностью перемещения вдоль направления движения толкателя 6 и взаимного качения по образующим поверхностям. Опоры 10, 11, 12 имеют форму эллипсов с разной длиной главных осей.
На оси 8 кулачка 7 установлен второй кулачок 13 и фиксатор 14 второго кулачка 13 на оси 8. Второй кулачок 13 обеспечивает смещение ближайшей к кулачку опоры 10 вдоль направления движения толкателя 6.
Опоры 10, 11, 12 установлены на осях 15, расположенных в направляющей 16 и в прорези 17 в основании 1. Для взаимодействия опоры 10 со вторым кулачком 13 на оси опоры 10 установлена втулка 18. На образующих поверхностях опор 10, 11, 12 и кулачка 7 нанесено покрытие с высоким коэффициентом трения с целью улучшения условий взаимного качения опор. Между активным захватом 2 и толкателем 6 установлена силовая пружина 19. Механизм 5 статического нагружения выполнен винтовым. Фиксатор 14 выполнен электромагнитным.
Стенд работает следующим образом.
Испытуемый объект 4 закрепляют в захваты 2, 3. Вращают винт механизма 5, перемещают захваты 2, 3 в направлении пружины 19 и нагружают объект 4 статической нагрузкой. Включают привод 9 и вращают ось 8 с кулачком 7. При вращении кулачка 7 опоры 10, 11, 12 взаимно катятся по образующим поверхностям и смещаются вдоль направления движения толкателя 6. Толкатель 6 через пружину 19 и захват 2 создает пригрузки на объекте 4. Из-за отличных друг от друга по длине главных осей эллиптических опор 10, 11, 12 и кулачка 7 движения толкателя имеют хаотический характер, что создает на объекте 4 асимметричные негармоничные импульсы. Для снижения вероятности повторения циклов включают фиксатор 14, соединяя тем самым второй кулачок 13 с вращающейся осью 8. При повороте второй кулачок 13 через втулку 18 периодически выводит опору 10 из контакта с кулачком 7. В эти периоды кулачок 7 дополнительно поворачивается относительно опоры 10, и при новом контакте опора 10 и кулачок 7 взаимодействуют в новых точках своих образующих поверхностей. Это изменяет параметры перемещений толкателя 6 и характеристики импульсов на объекте 4.
При использовании только кулачка 7, контактирующего с толкателем 6 непосредственно, стенд нагружает объект 4 симметричными циклами, как известные стенды для усталостных испытаний.
Изобретение обеспечивает новые силовые условия на стендах для испытаний на усталость - при нагружении объектов и образцов материалов асимметричными импульсами.