УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА КРУЧЕНИЕ

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при исследовании прочностных свойств материалов и конструкций при статическом приложении крутящего момента.
Известна установка для испытаний на скручивание, состоящая из активного захвата, связанного с регулируемым приводом вращения и пассивного захвата, соосно расположенного с активным захватом, дополнительно снабжена стаканом, в верхней части которого расположен активный захват, с возможностью вращения вокруг оси, а в нижней части пассивный захват, при этом стакан снабжен системой продувки и жестко соединен с валом, снабженным системой охлаждения, а привод активного захвата снабжен тормозными колодками. Изменение крутящего момента на валу фиксируется тензодатчиками, наклеенными на вал.
(RU 130708, G01N 3/22, опубликовано 27.03.2013)
Недостатком известной установки является его малая универсальность, устройство не обеспечивает проведение стандартных испытаний на кручение, испытание образцов различной длины, испытание деталей машин и конструкций, что ограничивает область его применения.
Известно устройство для испытаний образцов на кручение, содержащее станину, захваты для крепления образца, привод закручивания, связанный с одним из захватов, связанную с другим захватом каретку, установленную с возможность перемещения вдоль оси захватов и средства измерения углов поворота, причем связь каретки с захватом выполнена в виде подшипника, а средство измерения угла поворота захвата, связанного с кареткой, выполнено в виде двух силоизмерительных балок с тензодатчиками, установленными перпендикулярно оси захватов по разные стороны от нее и двух штырей, закрепленных на каретке параллельно оси захватов, взаимодействующими при закручивании образца с соответствующими балками.
(SU 951106, G01N 3/22, опубликовано 15.08.1982).
Недостатком этого известного устройства является его малая универсальность, поскольку силоизмеритель такого типа рассчитан на испытание образцов определенного (расчетного) размера поперечного сечения. Кроме того, использование силоизмерителя в виде двух упругих тензометрических балок усложняет его конструкцию и настройку и снижает точность измерения крутящего момента. Недостатком устройства является также отсутствие системы регистрации и обработки получаемой при испытании информации с использованием ЭВМ.
Наиболее близким является устройство для измерения деформации кручения, включающее два элемента механической передачи, закрепленные на образце и установленные на некотором расстоянии друг от друга, которые связаны с датчиками угла поворота; при этом датчики угла повороты выполнены с возможностью подключения их выходов к блоку измерения перемещений, выход которого подключен к адаптеру ввода-вывода, сопряженного с одноплатным компьютером, выход которого подключен к модулю человеко-машинного интерфейса, обеспечивающего возможность взаимодействия оператора с устройством; причем устройство содержит также блок питания, выходы которого подключены к входам блока измерения перемещений, адаптера ввода-вывода и одноплатного компьютера.
(RU 162954, G01N 3/22, опубликовано 10.06.2016)
При испытании на скручивание образца в виде трубы известное устройство реализовано с использованием токарно-винторезного станка, в трехкулачковый патрон которого установлен образец, два элемента механической передачи (шестерни) закреплены на образце на расстоянии 500 мм друг от друга, причем шестерни находятся в зацеплении с зубчатыми колесами, на валах которых установлены датчики угла поворота, а на свободном конце образца закреплен тормоз в виде стержня квадратного сечения, упирающийся в станину токарно-винторезного станка. При вращении образца происходит регистрация датчиками углов поворота образца в двух сечениях, которые преобразуются и фиксируются измерительно-регистрирующей системой, включающей блок измерения перемещений, адаптер ввода-вывода и персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ).
Недостатками данного известного устройства являются сложность применения его для испытания образцов, содержащих рабочую часть и развитые захватные головки, трудоемкость в установке и настройке, а также недостаточная точность механического способа передачи движения от деформируемой детали к датчикам угла поворота. Кроме того, использование данного устройства не предусматривает измерение крутящего момента и получения зависимости угла закручивания от величины крутящего момента, что значительно сужает область его применения.
Задачей полезной модели и ее техническим результатом является расширение области применения установки для испытания на кручения, повышение достоверности получаемых результатов, а также обеспечение возможности регулирования скорости нагружения в широких пределах.
Технический результат достигают тем, что установка для испытаний на кручение включает токарно-винторезный станок, шпиндель которого снабжен активным захватом образца и соединен с датчиком угла поворота шпинделя, при этом установка дополнительно содержит второй захват, вал которого установлен в отверстие пиноли задней бабки станка, причем второй захват снабжен рычагом с уравновешивающим противовесом, который свободным концом опирается на электронный динамометр, размещенный на станине станка на расстоянии от оси вращения, причем установка содержит датчик угла закручивания рабочей части образца, причем датчик угла закручивания, датчик угла поворота шпинделя и электронный динамометр выполнены с возможностью соединения с измерительно-регистрирующей системой, а двигатель токарно-винторезного станка снабжен частотным регулятором вращения.
Технический результат также достигают тем, что захваты выполнены в виде трехкулачкового патрона.
Реализация установки по полезной модели своего назначения может быть проиллюстрирована примером с использованием фигуры, где:
1 - образец, подвергаемый кручению;
2 - активный захват - трехкулачковый патрон;
3 - второй захват - трехкулачковый патрон;
4 - двигатель токарно-винторезного станка;
5 - пиноль задней бабки;
6 - рычаг;
7 - электронный динамометр;
8 - датчик угла поворота шпинделя;
9 - измерительно-регистрирующая система;
10 - частотный регулятор вращения двигателя;
11 - персональная электронно-вычислительная машина;
12 - шпиндель токарно-винторезного станка.
13 - противовес
14 - датчик угла закручивания
Подготовку установки по полезной модели к работе осуществляют следующим образом.
В активный захват 2, размещенный на шпинделе 12 токарно-винторезного станка, и второй захват 3, вал которого размещен в отверстии пиноли 5 задней бабки станка, устанавливают образец 1, подвергаемый кручению. В качестве захватов, могут использоваться трехкулачковые, а также четырехкулачковые патроны токарно-винторезного станка. На рабочей части образца 1, подвергаемого кручению, размещают датчик угла закручивания 14 рабочей части образца, выполненный с возможностью соединения с измерительно-регистрирующей системой 9. Второй захват 3 снабжен рычагом 6, который свободным концом опирается на электронный динамометр 7, размещенный на станине станка и выполненный с возможностью соединения с измерительно-регистрирующей системой 9. Для повышение точности и достоверности результатов измерений рычаг 6 снабжен уравновешивающим противовесом 13. При этом вал шпинделя 12, вращаемый двигателем токарно-винторезного станка 4, соединен с датчиком угла поворота 8 шпинделя, выполненный с возможностью соединения с измерительно-регистрирующей системой 9.
Поворотом второго захвата 3 совмещают свободный конец рычага 6, который жестко соединен со вторым захватом 3, с электронным динамометром 7.
С помощью коробки передач станка устанавливают требуемую скорость вращения шпинделя 12. Для обеспечения возможности точного регулирования скорости нагружения в широких пределах в установке использован частотный регулятор 10, соединенный с двигателем станка 4,
Для проведения испытаний на кручение включают двигатель станка и производят нагружение испытуемого образца крутящим моментом с требуемой скоростью нагружения. Данные с датчика угла поворота 8, электронного динамометра и от датчика угла закручивания 14, размещенного на рабочей части образца, поступают в измерительно-регистрирующую систему 9, которая их обрабатывает и передает на персональную электронно-вычислительную машину ПЭВМ для регистрации и демонстрации на экране кривой деформирования образца: зависимости угла поворота активного захвата и/или угла закручивания рабочей части образца от величины приложенного крутящего момента.
В качестве образца для испытаний может использоваться как стандартные образцы круглого поперечного сечения, так и образцы не круглого поперечного сечения, а также детали машин и конструкций.
Использование датчика угла поворота одного захвата в сочетании с электронным динамометром, соединенным со вторым захватом, а также и датчика угла закручивания, обеспечивает достижение поставленного технического результата: расширение области применения установки для испытания на кручения, повышение достоверности получаемых результатов, а также обеспечение возможности регулирования скорости нагружения в широких пределах.
Данные датчиков установки по полезной модели можно использовать для цифровой обработки полученных результатов с помощью ЭВМ.