установка для испытания образца на усталость при знакопеременных кручении и осевом нагружении

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА НА УСТАЛОСТЬ ПРИ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ КРУЧЕНИИ И ОСЕВОМ НАГРУЖЕНИИ, содержащая основание, установленный на нем привод, связанные с приводом и между собой приспособление для создания циклического крутящего момента, выполненное в виде зубчатой передачи, ведущее колесо которой кинематически соединено с приводом и имеет зубья на части дуги окружности, и приспособление для создания циклической осевой нагрузки, захваты образца, соединенные с этими приспособлениями, упругий элемент, соединенный с активным захватом, раму, установленную на основании с возможностью перемещения вдоль оси вала ведомого колеса и соединенную с пассивным захватом и с силовой пружиной, и установленный на основании винтовой пресс с пружиной, взаимодействующей с рамой со стороны пассивного захвата, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности испытания путем исключения момента сил трения, противодействующего закручиванию образца, и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения испытания не только при знакопостоянном кручении с осевым усилием, но и при знакопеременном, а также не только при постоянной сжимающей силе, но и при растягивающей, установка снабжена дополнительной силовой пружиной, двумя дополнительными рамами, одна из которых вставлена во вторую, взаимодействует с ней посредством шарика и закреплена на конце вала, а вторая рама жестко закреплена на активном захвате, гайкой, установленной на торце вала и взаимодействующей посредством второго шарика со второй дополнительной рамой, дополнительным ведущим колесом, установленным в приспособлении для создания циклического крутящего момента и кинематически соединенным с приводом, и дополнительным винтовым прессом с пружиной, при этом оба ведущих колеса предназначены для попеременного взаимодействия с ведомым колесом, а длина дуги, на которой расположены их зубья, меньше длины половины окружности, приспособление для создания циклической осевой нагрузки выполнено в виде двух втулок, установленных с возможностью их осевого перемещения и образующих с валом ведомого колеса две винтовые пары, одна из которых взаимодействует с силовой пружиной, а другая с дополнительной силовой пружиной, упругий элемент, соединенный с активным захватом, выполнен в виде пружины кручения, которая другим концом соединена с первой дополнительной рамой, а основная рама выполнена в виде тяги, соединенной с планкой, к которой прикреплена другая тяга, взаимодействующая с дополнительной силовой пружиной и с пружиной дополнительного винтового пресса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на усталость образца материала при одновременном действии осевого усилия и крутящего момента.

Известна установка для испытания образцов материалов на прочность (авт. св. N 1404881, кл. G 01 N 3/08), содержащая корпус, установленный на нем привод винтовой пары и захваты образца.

Недостатком этой установки является отсутствие срыва нагрузки при разгрузке, ибо образец нагружается осевым и крутящим усилиями с заданными скоростями деформирования, и с определенными скоростями происходит разгрузка.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка для испытания образцов на усталость при кручении и осевом нагружении (авт. св.СССР N 1226137, кл. G 01 N 3/32), содержащая основание, установленный на нем привод, связанные с приводом и между собой приспособление для создания циклического крутящего момента, выполненное в виде зубчатой передачи, ведущее колесо которой кинематически соединено с приводом и имеет зубья на части дуги окружности, и приспособление для создания циклической осевой нагрузки, захваты образца, соединенные с этими приспособлениями, упругий элемент, соединенный с активным захватом, раму, установленную на основании с возможностью перемещения вдоль оси вала ведомого колеса и соединенную с пассивным захватом и с силовой пружиной, и установленный на основании винтовой пресс с пружиной, взаимодействующей с рамой со стороны пассивного захвата.

Недостатком этой установки является неточный учет крутящего момента на образце из-за наличия момента сил трения в активном захвате, противодействующего закручивания образца, и невозможность обеспечения испытания образца при знакопеременном кручении с осевым усилием, а также при постоянной растягивающей силе.

Цель изобретения повышение точности испытания путем исключения момента сил трения, противодействующего закручиванию образца, и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения испытания не только при знакопостоянном кручении с осевым усилием, но и при знакопеременом, а также при постоянной и растягивающей сжимающей силе.

Цель достигается тем, что установка, содержащая основание, установленный на нем привод, связанные с приводом и между собой приспособление для создания циклического крутящего момента, выполненное в виде зубчатой передачи, ведущее колесо которой кинематически соединено с приводом и имеет зубья на части дуги окружности, и приспособление для создания циклической осевой нагрузки, захваты образца, соединенные с этими приспособлениями, упругий элемент, соединенный с активным захватом, раму, установленную на основании с возможностью перемещения вдоль оси вала ведомого колеса и соединенную с пассивным захватом и с силовой пружиной, и установленный на основании винтовой пресс с пружиной, взаимодействующей с рамой со стороны пассивного захвата, снабжена дополнительной силовой пружиной, двумя дополнительными рамами, одна из которых вставлена во вторую, взаимодействует с ней посредством шарика и закреплена на конце вала, а вторая рама жестко закреплена на активном захвате, гайкой, установленной на торце вала и взаимодействующей посредством второго шарика со второй дополнительной рамой, дополнительным ведущим колесом, установленным в приспособлении для создания циклического крутящего момента и кинематически соединенным с приводом, и дополнительным винтовым прессом с пружиной, при этом оба ведущие колеса предназначены для попеременного взаимодействия с ведомым колесом, а длина дуги, на которой расположены их зубья, меньше длины половины окружности, приспособление для создания циклической осевой нагрузки выполнено в виде двух втулок, установленных с возможностью их осевого перемещения и образующих с валом ведомого колеса две винтовые пары, одна из которых взаимодействует с силовой пружиной, а другая с дополнительной силовой пружиной, упругий элемент, соединенный с активным захватом, выполнен в виде пружины кручения, которая другим концом соединена с первой дополнительной рамой, а основная рама выполнена в виде тяги, соединенной с планкой, к которой прикреплена другая тяга, взаимодействующая с дополнительной силовой пружиной и с пружиной дополнительного винтового пресса.

На фиг.1 изображена схема установки; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Установка содержит основание 1, привод 2, установленный на основании 1, приспособление для создания циклического крутящего момента, которое выполнено в виде зубчатой передачи, ведущие колеса 3 и 4 которой соединены соответственно через зубчатые колеса 5-7 с зубчатым колесом 8, закрепленном на выходном валу привода 2. Ведущие колеса 3 и 4 имеют зубья на части окружности, длина которой менее половины длины окружности, и находятся в зацеплении с ведомым колесом 9 поочередно. Вал 10 ведомого колеса 9 закреплен в основании 1 и установлен в тяге 11 и планке 13, соединяющей между собой тяги 11 и 12 с помощью гаек 14 и 15. Гайки 11 и 12 установлены в соответствующих направляющих отверстиях 16 и 17 основания 1 с возможностью перемещения вдоль вала 10. Вал 10 соединен жестко с рамой 18, вставленной в раму 19, которые взаимодействуют между собой через шарик 20. На торце вала 10 установлена регулировочная гайка 21, которая взаимодействует с рамой 19 через другой шарик 22. Рама 19 состоит из двух частей, соединенных между собой с помощью гаек 23, и жестко соединена с активным захватом 24, установленным в основании 1. Активный захват 24 соединен с рамой 18 пружиной 25 кручения. Пассивный захват 26 образца 27 жестко закреплен на тяге 12, которая взаимодействует с пружиной 8 винтового пресса 29.

Установка содержит также приспособление для создания циклической осевой нагрузки, которое выполнено в виде установленных на валу 10 с возможностью осевого перемещения втулок 30 и 31, которые вместе с валом образуют винтовые пары. Втулки 30 и 31 взаимодействуют с соответствующими тягами 11 и 12 через соответствующие пружины 32 и 33. Тяга 11 взаимодействует также с пружиной 34 винтового пресса 35. На втулках 30 и 31 выполнены пазы 36 и 37, параллельные оси вала 10, в которых размещены упоры 38 и 39, жестко соединенные с основанием.

Установка работает следующим образом.

Устанавливают образец 27 в захваты 24 и 26. С помощью гаек 23 и 21 устанавливают соответственно шарики 20 и 22 без зазора, но и не сжимая их. Затем с помощью гаек 15 и 14 выбирают люфты соответственно в пружинах 33 и 32, не нагружая их при этом.

Включают привод 2, который через зубчатые колеса 8, 5 и 8, 7, 6 приводит во вращение в противоположных направлениях зубчатые колеса 3 и 4. Зубчатое колесо 3 имеющейся частью зубьев входит в зацепление с зубьями колеса 9 и приводит во вращение вал 10 по ходу часовой стрелки, если смотреть на торец вала со стороны привода 2. Вал 10 через раму 18, пружину 25 кручения и захват 24 создает циклический крутящий момент на образце 27, пропорциональный углу поворота вала 10. Одновременно вал 10 смещает втулки 31 и 32 в сторону образца 27. При этом втулка 31 сжимает пружину 33, которая через планку 13, тягу 12 и захват 26 создает циклическое осевое усилие растяжения на образце 27, которое также пропорционально углу поворота вала 10, а втулка 30 совершает холостой ход.

При достижении заданного угла поворота вала 10 колесо 3 из-за отсутствия на нем части зубьев выходит из зацепления с колесом 9, которое вместе с валом 10 под действием сил пружин 25 и 33 возвращается в исходное положение. После этого в зацепление с колесом 9 входит колесо 4, которое имеющейся частью зубьев на нем поворачивает вал 10 в противоположном направлении по сравнению с поворотом вала 10 колесом 3. При этом точно также, как и при действии колеса 3, колесо 4 создает на образце 27 циклический крутящий момент, но противоположного знака. При этом втулка 30 через пружину 32, тяги 11 и 12 и захват 26 создает циклическое осевое усилие сжатия на образце 27, а втулка 31 совершает при этом холостой ход. Сразу после выхода из зацепления колеса 4 с колесом 9 последнее вместе с валом 10 под действием пружин 25 и 32 возвращается в исходное положение. Затем снова в зацепление с колесом 9 входит колесо 3, и знакопеременный цикл повторяется.

При нагружении образца 27 рама 18 поворачивается вместе с валом относительно рамы 19. Шарик 20, находящийся под осевым усилием при растяжении образца 27, контактирует с рамами 18 и 19 по малым площадкам и поэтому плечи сил трения весьма малы и момент сил трения, противодействующий закручиванию образца 27, близок к нулю. Это же относится и к работе шарика 22 при сжатии образца 27.

Если винтовым прессом 29 создают поджатие пружины 28, то пружину 34 винтовым прессом 35 не нагружают, и наоборот. Изменением величины поджатия пружины 28 или 34 достигают заданной величины и асимметрии циклической осевой нагрузки или изменяют ее в процессе испытания.

Для создания знакопостоянного кручения с осевым усилием выводят из зацепления колесо 7 с колесом 8.

Установка позволяет также испытывать образцы только на кручение. Для этого разъединяют упоры 38 и 39 с втулками 30 и 31. В этом случае втулки будут вращаться вместе с валом и не будут действовать на пружины 33 и 32.

Установка позволяет при знакопеременном кручении в цикле осевой силы иметь полуцикл с постоянной осевой силой, для этого разъединяют упоры 38 и 39 и поджимают пружины 34 или 28.