Способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении

 

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, в частности к способам испытания материалов на прочность при осевом нагружении: растяжении , сжатии, циклическом пульсирующем и знакопеременном нагружении. Целью изобретения является повышение точности поддержания заданных параметров нагружения при изменяющихся внешних условиях проведения испытаний без реверсирования приводов винта и гайки Для этого образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него, перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении путем синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью определенной величины от автономных приводов, а нагружение образца осуществляют путем вращения винта и гайки с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при выборке люфтов и упругих деформаций. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)ю 6 01 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4869932/28 (22) 01.08.90 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Институт проблем прочности AH УССР (72} А.И,Петренко (56} Авторское свидетельство СССР

¹ 777548, кл. G 01 N 3/08, 1978. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦА МАТЕРИАЛА НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ОСЕВОМ

НАГРУЖЕНИИ (57) Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, в частности к способам испытания материалов на прочность при осевом нагружении: растяжении, сжатии, циклическом пульсирующем и знакопеременном нагружении. Целью изобретения является повышение точности поддержания заданных параметров нагруИзобретение относится к области исследования механических свойств материалов, в частности, к способам испытания материалов на прочность при осевом нагружен ии.

Преимущественная область его использования — испытания на прочность по заданным программам в нестационарных условиях испытаний при растяжении, сжатии, циклическом пульсирующем и энакопеременном нагружении.

Известен способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, реализованный в устройстве, заключающийся в том, что образец закрепляют в активном и пэссивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него, гайку закрепляют жестко, а

„„5U ÄÄ 1758494 А1 жения при изменяющихся внешних услови. ях проведения испытаний без реверсировэния приводов винта и гайки. Для этого образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него, перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нэгружения в осевом направлении путем синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью определенной величины от автономных приводов, а нагружение образца осуществляют путем вращения винта и гайки с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при выборке люфтов и упругих деформаций. 1 ил. образец нагружают за счет вращения винта с помощью двигателя. Такой способ испытания имеет очень низкую точность поддержания заданного закона осевого нагружения образца при изменяющихся внешних условиях. Так, например, при неустановившихся . тепловой и упругой деформациях как образца, так и связанных с ним элементов силовой цепи будет нарушен заданный закон нагружения образца, поскольку будут изменяться во времени как длина части винта, находящаяся между гайкой и образцом, так и степень накопления упругой деформации в силовой цепи между гайкой и образцом.

Вследствие изменения внешних условий в ту или иную сторону возникает необходимость в реверсировании двигателя для компенсации вредного влияния изменения внешних условий. Поскольку этот же двигэ1758494

10 на прочность при осевом нагружении, за- 15 ключающийся в там, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах, 20

55 тель предназначен для реализации заданного закона нагружения образца, то выполнение указанных двух задач с помощью одного двигателя, вращающего винт в жестко закрепленной гайке, приводит к увеличению времени отработки отклонений, к пульсирующей работе двигателя, к очень низкой точности поддержания заданных параметров осевого нагружения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является реализованный в установке способ испытания образца материала активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка, с возможностью вращения относительна него и нагружают обраэец эа счет вращения винта и гайки от автономных приводов, В этом случае при неустановившихся внешних условиях spaщением гайки и ту или иную сторону. могут быть компенсированы температурные и другие деформации, а вращением винта реализуется заданный закон осевого нагружения образца. Этот способ нагружения образца по сравнению с предыдущим является более точным. однако его точность недостаточна, поскольку при изменении внешних условий в ту или иную сторону для поддержания заданных параметров нагружения, например, постоянства силы или скорости деформирования сохраняется потребность в реверсировании двигателей.

При этом, как и в предыдущем способе. возffèêàþò люфты (зазоры) и упругие деформации в кинематической цепи между местом соединения винта с активным захватом и двигателями. Люфты приводят к потере времени на их выборку, к ударным нагрузкам в кинематической цепи. Ударная нагрузка определяется суммарной величиной люфтов, жесткостью образца, массой соударяющихся элементов и т.п. Упругие элементы в кинематической цепи деформируются и упругий момент нарастает с колебаниями, После завершения этого процесса образец будет нагружаться по заданному закону.

Однако, при необходимости изменить направление движения активного захвата на противоположное в кинематической цепи, имеющей, как правило, редуктор и раэъемные соединения, вновь появляются люфты, упругие деформации меняют свой знак, описанный в способе процесс повторяется и т.д. Точность поддержания заданных параметров осевого нагружения образца снижается, 35

Цель изобретения — повышение точности поддержания заданных параметров нагружения при изменяющихся внешних условиях проведения испытания беэ реверсирования приводов винта и гайки.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в известном способе испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, заключающемся в том, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах,.активный захват связывают с торцем винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него и нагружают образец за счет вращения винта и гайки от автономных приводов, согласно изобретению перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении путем синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью и, величину которой выбирают из условия: в,>

S где s — шаг резьбы передачи винт-гайка;

v — максимальная скорость oceaoro деформирования образца. а нагружение образца осуществляют путем вращения винта и гайки с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при выборке люфтов и упругих деформаций, На чертеже изображена конкретная схема устройства для реализации способа, Устройство содержит активный 1 и пассивный 2 захваты для крепления образца 3 материала, винт 4 и гайку 5 передачи винтгайка, два электропривода б и 7 с регуляторами частоты вращения. Винт 4 связан с выходным валом электропривода 6 с помощью шариковой шпонки 8 (подвижного в осевом направлении соединения). Активный захват 1 связан с торцем винта 4 с возможностью вращения относительно него, например. через среднее кольцо двойного упорного подшипника. Гайка 5 закреплена аналогично среднему кольцу двойного упорного подшипника. имеет зубчатый венец, входящий в зацепление с шестернями 9, .кинематически связанными с выходным валом злектропривода 7. Устройство содержит также датчик 10 осевой деформации, блок 11 сравнения сигналов датчика 1О с сигналами программатора 12, регулятор 13 скорости, например, ПИД-регулятор, вход которого связан с выходом блока 11 сравнения, инвертор 14, вход которого связан с выходом регулятора 13 скорости, сумматоры 15 и 16, первые входы

1758494 которых связаны соответственно с выходами регулятора 13 скорости и инвертора 14, задатчик 17 частоты вращения электроприводов винта и гайки, например, источник задающих напряжений, выходы которого связаны со вторыми входами сумматоров 15 и 16, выходы сумматоров 15 и 16 связаны соответственно с регуляторами частоты вращения электроприводов 6 и 7.

Способ осуществляется следующим образом. . Из задатчика 17 частоты вращения электроприводов винта и гайки на вторые входы сумматоров 15 и 16 подают сигналы заданной величины и одинакового знака. Из сумматоров 15 и 16 сигналы .поступают на

pel улятор частоты вращения электроприводов 6 и 7 винта 4 и гайки 5. Знак сигналов определяет направление вращения, а величина сигналов соответствует начальной угловой скорости и о и выбирается таким образом, чтобы соблюдалась зависимость

2лч ио, где ч — требуемая по условиям

S испытаний возможная максимальная скорость осевого деформирования образца.

Необходимость соблюдения указанной зависимости обьясняется тем, что винти гайка в любой момент испытаний должны вращаться в одинаковом направлении, несмотря на различные частоты их вращения.

Поэтому начальную угловую скорость в вращения винта и гайки выбирают по указанной зависимости, соблюдение которой для передачи винт-гайка обеспечивает отсутствие реверса и в случае, когда требуется получить максимальную скорость v осевого деформирования образца путем увеличения разности частот вращения винта и гайки.

После подачи укаэанных сигналов винт

4 и гайка 5 начинают синхронно вращаться с одинаковыми угловыми скоростями и в одинаковом направлении. Из-эа того. что гайка в осевом направлении перемещаться не может, сложение вращений винта и гайки приводит к отсутствию перемещения винта в осевом направлении, Происходит выборка люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении. При этом сигнал с датчика 10 в блок 11 сравнения не поступает. После подачи из программатора 12 сигналов. соответствующих программе осевого нагружения образца на вход блока 11 сравнения, где они сравниваются с сигналами от датчика 10, сигнал рассогласования (разность между величинами сигналов от программатора 12 и датчика 10) поступает на вход регулятора

13 скорости. Управляющий сигнал от регулятора 13 скорости поступает на первый вход сумматора 15. алгебраически суммируется с сигналом от задатчика 17 частоты вращения. электроприводов и вызывает при

5 совпадении знаков этих сигналов увеличение частоты вращения электропривода 6 винта. В то же время благодаря инвертированию управляющего сигнала с помощью инвертора 14 на первый вход сумматора 16

10 поступает такой же по величине сигнал, как и на первый. вход сумматора 15, но противоположной полярности. Вследствие этого суммарный сигнал. поступающий на регуля. тор частоты вращения электропривода 7

15 гайки, уменьшается, что приводит к уменьшению частоты вращения гайки. Возникающая разность угловых скоростей вращения винта и гай«и вызывает осевое перемеще20 we винта. Сигнал рассогласования приближается к нулю и образец нагружается по заданному закону.

При изменении внешних условий может оказаться, например, что деформация об25 разца превысила заданную и знак разности между сигналами от программатора 12 и датчика 10 не будет совпадать со знаком сигнала от задатчика 17. При этом в отличие от предыдуЩего примера частота вращения

30 винта уменьшится по сравнению с аь, а частота вращения гайки увеличится по сравнению с в,, что вызовет осевое перемещение винта в противоположном направлении до отработки сигнала рассогласования и

35 т.д. Поскольку изменение угловых скоростей вращения винта и гайки по величине ограничено вполне определенным условием выбора величины угловой скорости аъ, то возвратно-поступательное движение ак40 тивного захвата, необходимое для поддержания заданных параметров осевого нагружения образца и ри изменяющихся внешних условиях в ту или иную сторону, происходит без реверсирования приводов.

45 Тем самым в процессе испытаний исключается появление люфтов и негативное влияние упругих деформаций в кинематической цепи осевого нагружения образца, повышается степень чувствительности системы

50 осевого нагружения.

Таким образом, повышается точность поддержания заданных параметров нагружения образца, исключается неплавность осевого перемещения винта при малых скоростях, обеспечивается большая достоверность и повторяемость результатов испытаний. Это имеет большое значение при испытаниях образцов материалов на прочность при изменяющихся внешних условиях проведения испытания, которые ча1758494

Составитель А.Петренко

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И.Шмакова

Редактор О.Спесивых

Заказ 2993 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 сто возникают в труднодоступных местах, при нестабильном температурном режиме, большом формоизмерении, сверхпластическом деформировании образцов.

Формула изобретения

Способ испытания образца материала на прочность при осевом нагружении, заключающийся в том, что образец закрепляют в активном и пассивном захватах, активный захват связывают с торцом винта передачи винт-гайка с возможностью вращения относительно него и нагружают образец за счет вращения винта и гайки от автономных приводов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания заданных параметров .нагружения при изменяющихся внешних условиях проведения испытания без реверсирования приводов винта и гайки, перед нагружением образца производят выборку люфтов и упругих деформаций кинематической цепи нагружения в осевом направлении путем

5 синхронного вращения винта и гайки в одном направлении и с одинаковой угловой скоростью ob, величину которой выбирают из условия

2пч

10 ! где в — шаг резьбы передачи винт-гайка; ч — максимальная скорость осевого деформирования образца, а вращение винта и гайки при нагружении

15 осуществляют с разными угловыми скоростями в том же направлении, что и при вращении их при выборке люфтов и упругих деформаций.