УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОМПАКТНЫХ ОБРАЗЦОВ НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ИЗГИБЕ С КРУЧЕНИЕМ
INSTALLATION FOR FATIGUE TESTS OF COMPACT SPECIMENS AT BENDING WITH TWISTING

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов.
Известна установка для испытания образцов на усталость при изгибе с кручением, содержащая кривошипный возбудитель, включающий маховик с кривошипом и шатун, а также активный захват, посредством пружины связанный с шатуном и шарнирно соединенный со станиной [Авторское свидетельство СССР №1185178 МПК G01N 3/34]. При этом изгиб образца осуществляется за счет поворота активного захвата в плоскости, проходящей через ось маховика, а кручение - за счет силы трения, возникающей вследствие взаимодействия боковой поверхности активного захвата с боковой поверхностью маховика. Недостатками установки является невозможность регулировки соотношения крутящего и изгибающего моментов, невозможность реализации жесткого режима нагружения в широком интервале амплитуд, особенно в части задания крутящего момента, а также однонаправленное закручивание образца в процессе кручения.
Наиболее близкой к изобретению является машина для испытаний на усталость образцов и деталей при изгибе с кручением, содержащая: вал с вилкой, в котором шарнирно установлен активный захват; направляющую, шарнирно установленную на станине с возможностью поворота в плоскости изгиба, в которой расположен вал; редуктор с изменяемым передаточным отношением, связывающий возбудитель для изгиба образца с устройством для нагружения образца крутящим моментом [Авторское свидетельство СССР №732732 МПК G01N 3/34]. Недостатками этой машины является появление дополнительных напряжений в образце и конструктивных элементах механизма нагружения вследствие статической неопределимости схемы нагружения, что не позволяет в полной мере реализовать регулирование соотношения крутящего и изгибающего моментов, а также влияет на чистоту эксперимента.
Целью изобретения является обеспечение возможности регулирования в широких пределах сочетания величин изгибающего и крутящего моментов в компактном образце при проведении усталостных испытаний.
Указанная цель достигается тем, что установка для испытаний на усталость компактных образцов при изгибе с кручением, содержащая станину, пассивный и активный захваты, нагружающее устройство рычажного типа и кривошипно-шатунный механизм, снабжена поворотным столиком с углом поворота 0-90° (0° - изгиб, 90° - кручение), полым рычагом с размещенным внутри него нагружающим рычагом, системой пружинных амортизаторов и кривошипно-шатунным механизмом с кривошипом регулируемой длины, при этом пассивный захват закреплен на поворотном столике, активный захват жестко сочленен с полым рычагом, взаимодействие рычагов осуществляется посредством пружинных амортизаторов с регулируемой затяжкой пружин, изменение длины кривошипа происходит посредством перемещения ползуна по направляющим с использованием винтовой передачи, а перемещение кривошипно-шатунного механизма в вертикальной плоскости осуществляется передачей «винт-гайка».
Техническим результатом является создание в компактном образце сложного напряженно-деформированного состояния с возможностью регулирования в широких пределах сочетания величин изгибающего и крутящего моментов. Предложенное техническое решение обеспечивает общую техническую простоту и компактность установки.
Сущность изобретения заключается в снабжении установки поворотным столиком с размещением на нем пассивного захвата, что позволяет регулировать соотношение изгибающих и крутящих моментов, действующих в компактном образце, при повороте столика на угол от 0 до 90° (0° - изгиб, 90° - кручение). Снабжение кривошипа механизмом регулирования длины дает возможность изменять амплитуду цикла нагружения. Использование пружинных амортизаторов, наряду с сочленением полого и нагружающего рычагов, позволяет осуществлять более точную корректировку амплитуды цикла нагружения. Возможность перемещения кривошипно-шатунного механизма в вертикальной плоскости позволяет реализовать жесткие режимы нагружения компактного образца.
В отличие от прототипа, где крутящий момент в образце создается за счет поворота вала, размещенного в направляющей активного захвата, и выполненного отдельным узлом, при неподвижном пассивном захвате, в заявляемой установке пассивный захват размещен на поворотном столике. Применение поворотного столика позволяет объединить в одной схеме нагружения механизмы создания крутящего и изгибающего моментов. Использование кривошипа регулируемой длины в схеме нагружения заявляемой установки отличает ее от прототипа, где размеры звеньев кривошипно-шатунного механизма имеют фиксированные значения. В сравнении с прототипом заявляемая установка имеет в составе схемы нагружения пружинные амортизаторы и перемещаемый в вертикальной плоскости кривошипно-шатунный механизм, что не отражено в прототипе.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами: на фиг.1 изображена кинематическая схема установки для испытания на усталость компактных образцов при изгибе с кручением; на фиг.2 показано положение поворотного столика, при котором реализуется изгиб; на фиг.3 - кручение.
Установка содержит станину 1, на которой размещены поворотный столик 2, с пассивным захватом 4 и опорная рама 21. На последней установлен электродвигатель 23, передающий вращающий момент на регулируемый кривошип 17, посредством ременной передачи 22, натяжение которой осуществляется гравитационным способом. Шатун 16, шарнирно закрепленный на ползуне 18 кривошипа 17, соединен с нагружающим рычагом 10, установленным внутри полого рычага 11. Связь рычагов осуществляется посредством оси 9 и пружинных амортизаторов 12 и 13, затяжка которых регулируется гайками 14 и 15. К полому рычагу 11 жестко прикреплена вилка 8 с поворотной втулкой 7, выполняющей роль активного захвата для образца 6. Поворотный столик 2, образец 6 совместно с втулкой 7, вилкой 8 и системой рычагов 10, 11 образуют консольную балку, жестко закрепленную в пассивном захвате 4. Для предотвращения возникновения нежелательных нагрузок в конструктивных элементах системы нагружения ось вращения поворотного столика 2 совпадает с осью крепления втулки 7 к вилке 8. Вилка 8 снабжена отражающим элементом оптической системы измерений.
Установка работает следующим образом. Испытуемый образец 6 устанавливается в пассивный захват 4 поворотного столика 2, который поворачивается на угол, обеспечивающий требуемое соотношение изгибающего и крутящего моментов, и зажимается гайкой 3. Свободный конец образца 6 вставляется в поворотную втулку 7 активного захвата и жестко фиксируется. Затем ползун 18 кривошипа 17 с помощью винта 19 устанавливается в положение, соответствующее требуемой амплитуде нагружения, которая корректируется затяжкой пружинных амортизаторов 12 и 13. Реализация жесткого режима нагружения осуществляется установкой кривошипно-шатунного механизма в заданном положении и фиксацией регулировочным винтом 20. После запуска установки электродвигатель 23 передает вращение посредством ременной передачи 22 на кривошипно-шатунный механизм, который осуществляет перемещение нагружающего рычага 10 в вертикальной плоскости. Посредством оси 9 и пружинных амортизаторов 12, 13 перемещение нагружающего рычага 10 передается полому рычагу 11, вилке 8, втулке 7, вследствие чего происходят изгиб и скручивание образца 6.
Требуемая амплитуда цикла нагружения и его асимметрия задаются положением ползуна 18 кривошипа 17 и регулировочным винтом 20, а более точная регулировка осуществляется изменением жесткости пружинных амортизаторов 12, 13. Требуемая частота нагружения задается посредством изменения частоты вращения электродвигателя 23.
Применение установки позволяет проводить усталостные испытания компактных образцов при различной амплитуде, частоте и асимметрии цикла нагружения вплоть до наступления резонансных колебаний, а также испытания при жестких режимах нагружения, в широком диапазоне соотношений изгибающих и крутящих моментов. Это приближает условия испытаний к реальным условиям эксплуатации.