СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к стендам для испытания натурных образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость.
Наиболее близким, выбранным авторами за прототип является стенд для испытаний на усталость крупных образцов (В.М. Андренко/ Машина для испытаний на усталость крупных образцов. Исследование прочности машиностроительных материалов. Труды ЦНИИТМАШ, 1963, №40, с. 104-111.)
Стенд для испытаний на усталость крупных образцов (далее стенд) состоит из следующих основных узлов: колебательной системы, инерционного вибратора с приводом, мотор - генераторной установки, станины, пульта управления, передвижной насосной станции с гидравлическими приспособлениями для затяжки шпилек захватов стенда, тарировочного устройства.
Колебательная система (образец вместе с закрепленным по его концам двумя близкими по весу нагружающими массами- траверсами) установлена на восьми «мягких» винтовых цилиндрических пружинах так, что траверса имеет возможность свободно совершать колебания в горизонтальной плоскости относительно продольной оси образца. Такая установка, или подвеска колебательной системы, практически считается свободной и устраняет возможность передачи ее колебаний на окружающие машины и здания. Кроме того исключается необходимость в изготовлении специального массивного фундамента.
Крепление образца после его установки в стенде осуществляется рычажными захватами, встроенными в нагружающие траверсы. Эти захваты состоят из клиньев, служащих для выбирания зазора после установки образца, и ломающихся рычагов, которые упираются одним концом в сухари, а другим в опорные подкладки.
Вынужденные колебания системы возбуждаются инерционным вибратором ненаправленного действия, вмонтированным в одну из нагружающих траверс машины. Он состоит из корпуса, в подшипниках качения установлен вал с закрепленным на нем четырьмя грузами-эксцентриками. Общий эксцентриситет вращающихся эксцентриков может регулироваться от нуля до максимальной величины.
Величина амплитуды напряжения в испытываемом образце зависит от скорости вращения и величины эксцентриситета неуравновешенной массы вибратора. Варьируя их, можно получить возмущающую силу и, следовательно напряжения в образце желаемой величины при наиболее выгодном коэффициенте динамического усиления. Для обеспечения свободы колебания системы вал вибратора связан с валом приводного электродвигателя посредством карданного шарнира. Электродвигатель устанавливается непосредственно над вибратором на раме машины.
При испытаниях в образце возникают напряжения, изменяющиеся во времени по гармоническому закону с некоторой определенной заданной постоянной амплитудой. Измерение напряжений в процессе испытаний осуществляется измерительной системой, состоящей из проволочных датчиков сопротивления, соединенных через усилитель со шлейфовым осциллографом. База датчиков равна 20 мм, сопротивление - около 200 ом. Перед испытанием образца для измерения величины амплитуды в нем проводится тарировка измерительной системы статическими нагрузками, прикладываемыми к образцу через нагружаемые траверсы на определенном плече.
Недостатком машины для испытаний на усталость крупных образцов является недостаточная точность измерения амплитуды напряжений из-за помех, возникающими при работе осциллографа, невозможность автоматического контроля количества циклов напряжений в течение всего времени испытаний от начала испытаний до разрушения образца, а также высокая трудоемкость выполнения испытаний, обусловленная необходимостью выполнения ручной регулировки число оборотов вибратора для поддержания заданной амплитуды напряжений.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерения амплитуды напряжений, автоматизация поддержания определенной величины амплитуды напряжений в течение всего времени испытаний, а также обеспечение возможности прямого контроля количества циклов напряжений в течение всего времени испытаний.
Технический результат достигается за счет того, что в стенде для испытаний образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость, включающий основание со стойкой, тарировочное устройство и колебательную систему, состоящую из испытываемого образца, концы которого закреплены в двух близких по весу траверсах, установленных на винтовых цилиндрических пружинах, расположенных на основании, на стойке основания располагается электродвигатель, соединенный с одной из траверс помощи гибкого вала и эксцентрика, а на испытываемом образце резьбового соединения закреплены одноэлементные линейные тензорезисторы, согласно полезной модели, все закрепленные на образце одноэлементные линейные тензорезисторы соединены через тензостанцию с компьютером, компьютер выполнен с возможностью подачи команды на изменение числа оборотов электродвигателя.
В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, все закрепленные на образце одноэлементные линейные тензорезисторы соединены через тензостанцию с компьютером, что позволяет повысить точность измерения амплитуды напряжений, обеспечить контроль количества циклов напряжений в течение всего времени испытаний, а также снизить трудоемкость проведения испытаний на усталостную выносливость и повысить достоверность результатов испытаний.
В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, компьютер выполнен с возможностью подачи команды на изменение числа оборотов электродвигателя, что позволяет обеспечить автоматизацию поддержания определенной величины амплитуды напряжений в течение всего времени испытаний.
На фиг. 1 показан вид спереди стенда для испытаний образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость.
На фиг. 2 показано сечение А-А стенда для испытаний образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость.
На фиг. 3 показан вид сзади стенда для испытаний образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость.
На фиг 4. показана схема соединения тензорезисторов, тензостанции и компьютера.
Стенд для испытаний образцов резьбовых соединений на усталостную выносливость (фиг. 1, 2) состоит из основания 1 со стойкой 2 и колебательной системы, включающей испытываемый образец 3, две близкие по весу траверсы 4 и 5 и пружины 6. Концы испытываемого образца 3 закрепляются в траверсах 4, 5 при помощи планок подвижных 10, болтов стяжных 11, гаек 12 с втулками 13 и клиньев 14 с гайками клина 15. Траверсы 4 и 5 установлены на пружинах 6, расположенных на основании 1. На стойке 2 основания 1 установлен электродвигатель 7, который при помощи вала гибкого 8 и эксцентрика 9 соединен с одной из траверс.
Тензорезисторы 21 и 22 располагаются на наружной поверхности испытываемого образца 3, в плоскости наибольших напряжений. Тензорезистор 21 устанавливается в наиболее опасном сечении резьбовой части испытываемого образца 3, тензорезистор 22 устанавливается перед началом резьбовой части испытываемого образца 3. Закрепленные на испытываемом образце 3 тензорезисторы 21 и 22 подключаются к тензостанци 23, которая соединяется с с компьютером 24 (фиг. 4).
изг
Тарировка тензорезисторов производится с помощью тарировочного устройства (фиг. 3), которое состоит из вилок штанги 16, гаек 17, втулок 18, пальцев 19 и динамометра 20 При помощи гайки 17 образец нагружается требуемым изгибающим моментом. Изгибающий момент М, Н*м вычисляется по формуле:
П - расстояние (плечо) между осевыми линиями образца и тарировочного устройства, м;
F - усилие стягивания траверс 4 и 5 (контролируется по динамометру 20), Н.
Стенд для испытаний резьбовых соединений на усталостную выносливость работает следующим образом.
Вращение от вала электродвигателя 7 через гибкий вал 8 передается на эксцентрик 9. При вращении эксцентрика 9 возникают колебательные движения траверс 4 и 5 относительно друг друга. На испытуемом образце 3 создается знакопеременный изгибающий момент в горизонтальной плоскости. Измерение напряжений в образце и контроль количества циклов напряжений в течение принятой базы испытаний осуществляется при помощи одноэлементных линейных тензорезисторов 21, 22, тензостанции 23 и компьютера 24. При испытаниях на усталостную выносливость амплитуда напряжений в испытываемом образце 3 автоматически поддерживается постоянной. Если, по каким-то причинам, амплитуда напряжений возрастает или уменьшается, компьютер 24 дает команду на изменение числа оборотов электродвигателя 7. При увеличении оборотов электродвигателя увеличивается частота и амплитуда колебаний, благодаря чему возрастают напряжения в испытываемом образце 3, при уменьшении оборотов электродвигателя 7 частота и амплитуда колебаний уменьшается, при этом уменьшаются напряжения в испытываемом образце 3. Амплитуда напряжений и количество циклов нагружения, равное количеству оборотов электродвигателя регистрируется и показывается на дисплее компьютера 24 в течение всего времени испытаний. При усталостном изломе или раскреплении образца автоматика отключит стенд.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет повысить точность измерения амплитуды напряжений, обеспечить автоматизацию поддержания определенной величины амплитуды напряжений в течение всего времени испытаний, контроль количества циклов напряжений в течение всего времени испытаний, а также снизить трудоемкость проведения испытаний на усталостную выносливость и повысить достоверность результатов испытаний.