Устройство для циклических испытаний образцов в режиме автоколебаний

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для вибрационных испытаний. Устройство содержит магнитоэлектрический привод 1, соосные пассивный 8 и активный 5 захваты для образца 7. Магнитоэлектрический привод 1 содержит постоянный магнит 2 и расположенную в его поле приводную катушку 4, жестко связанную с активным захватом 5. Устройство также содержит связанные последовательно фотодатчик 11, триггер 10 и усилитель 9, подключенный к приводной катушке. На активном захвате закреплена шторка для перекрытия световых потоков осветителя фотодатчика 11. Приводная катушка 4 выполнена в виде рамки. Устройство снабжено блоком фиксации 6, жестко связанным с активным захватом 5, для крепления образцов перпендикулярно оси вращения рамки. Технический результат - расширение технологических возможностей. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области испытаний материалов на прочность, а именно к устройствам для испытания материалов на циклическое кручение и изгиб.

Известно устройство для испытания материалов на циклическое кручение, содержащее магнитоэлектрический привод для создания циклического крутящего момента, включающий постоянный магнит и подвешенную в его поле питаемую переменным током приводную катушку в виде рамки, и жестко связанный с катушкой подвижный элемент для передачи крутящего момента на испытуемый образец [1].

Известно также устройство для испытания материалов на циклическое кручение, содержащее магнитоэлектрический привод для создания циклического крутящего момента, включающий постоянный магнит и подвешенную в его поле питаемую переменным током приводную катушку в виде рамки, и жестко связанный с катушкой подвижный элемент для передачи крутящего момента на испытуемый образец, причем главные центральные моменты инерции приводной катушки и подвижного элемента выбраны из соотношения J₀=(J₁+2J₂)•(1±α), где J₀ - главный центральный момент инерции подвижного элемента, J₁ - главный центральный момент инерции параллельных оси кручения проводников приводной катушки, J₂ - главный центральный момент инерции перпендикулярных оси кручения проводников приводной катушки, α = 0-0,15 [2].

Недостатком описанных устройств является невысокая точность определения изменения параметров колебательного процесса (амплитуда колебаний, собственная частота), непосредственно характеризующих механические свойства образцов в процессе испытаний, так как подвеска и пассивный захват оказывают существенное влияние на процесс колебаний и, следовательно, требуется сложная система вычислений для определения собственной частоты и амплитуды колебаний образца. Недостатком также является отсутствие автоматической поддержки работы устройства в режиме автоколебаний, так как это кроме удобства позволило бы более точно определить степень упрочнения или разупрочнения образца (по изменению частоты) с течением времени в процессе испытаний. Кроме того, описанные устройства не позволяют проводить параллельные испытания материалов на циклический изгиб.

Известно также устройство для циклических испытаний образцов в режиме автоколебаний, содержащее соосные пассивный и активный захваты для образца, магнитоэлектрический привод, выполненный в виде постоянного магнита и расположенной в его поле катушки, предназначенной для взаимодействия с активным захватом, связанные последовательно фотодатчики, триггер и усилитель, подключенный к приводной катушке, и закрепленную на активном захвате шторку для перекрытия светового потока осветителей фотодатчиков, приводная катушка выполнена в виде рамки с закрепленной на ней осью и подвижными опорами, в которых с возможностью вращения установлена эта ось [3].

Недостатком описанного устройства является невозможность проведения комплексных испытаний на циклические кручение и изгиб.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство, содержащее соосные пассивный и активный захваты для образца, магнитоэлектрический привод, выполненный в виде постоянного магнита, и расположенную в его поле приводную катушку, предназначенную для взаимодействия с активным захватом, связанные последовательно фотодатчики, триггер и усилитель, подключенный к приводной катушке, и закрепленную на активном захвате шторку для перекрытия светового потока осветителя фотодатчика, приводная катушка выполнена в виде рамки с закрепленной на ней осью и подвижными опорами, в которых с возможностью вращения установлена эта ось, дополнительно снабжено блоком фиксации, жестко связанным с активным захватом, для крепления образцов в радиальном направлении с возможностью перемещения их перпендикулярно оси вращения.

Блок фиксации образцов в радиальном направлении содержит основание, имеющее вид детали типа втулка с двумя ступенями, торцевая поверхность ступени большего диаметра имеет радиальные пазы со стороны ступени меньшего диаметра, диаметральная поверхность меньшей ступени имеет радиальные резьбовые отверстия, упругий элемент из эластичного материала, выполненный в виде сегмента, с отверстием в центре, в которое запрессована металлическая втулка, и торцевыми выступами, входящими в радиальные пазы основания, распределительный элемент, выполненный также в виде сегмента из металлического материала с отверстием, соосным с отверстием упругого элемента, в соосные отверстия распределительного и упругого элементов вставлен прижимной элемент, кроме того, блок фиксации образцов в радиальном направлении снабжен крышкой с центральным отверстием, соосным с отверстием основания, жестко связанной с основанием.

Прижимной элемент устройства может быть выполнен в виде винтовой пары, в которой стержень имеет две ступени с резьбой на концах.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 - конструкция блока фиксации.

Устройство содержит магнитоэлектрический привод 1 для создания циклического крутящего момента, включающий постоянный магнит 2, подвижные опоры 3, на которые установлена приводная катушка в виде рамки 4, активный захват 5, соединенный жестко с блоком фиксации 6 и с рамкой 4. Испытуемый образец 7 связан с рамкой 4 через активный захват 5 с одной стороны и пассивный захват 8 с другой. Приводная катушка 4 связана с усилителем 9, управляемым триггером 10, входы которого соединены с фотодиодами фотодатчика 11, установленного на индивидуальном основании в плоскости перемещения активного захвата 5 так, что шторка активного захвата 5 находится между двумя световыми потоками фотодатчика 11.

Блок фиксации 6 содержит основание 12, имеющее вид детали типа втулка с двумя ступенями, торцевая поверхность ступени большего диаметра имеет радиальные пазы 13 со стороны ступени меньшего диаметра, диаметральная поверхность меньшей ступени имеет радиальные резьбовые отверстия 14, упругий элемент 15 из эластичного материала, выполненный в виде сегмента с отверстием в центре, в которое запрессована металлическая втулка 16, и торцевыми выступами 17, распределительный элемент 18, выполненный в виде сегмента из металлического материала с отверстием 19, соосным с отверстием упругого элемента 15. В соосные отверстия распределительного и упругого элементов вставлен прижимной элемент, состоящий из стержня 20, имеющего две ступени с резьбой на концах, гайки 21, двух шайб 22, расположенных между распределительным элементом 18 и гайкой 21, а также между упругим элементом 15 и торцом ступени большего диаметра стержня 20, и штифта 23, который устанавливается в отверстие, просверленное в стержне 20 и гайке 21 после их соединения, перпендикулярно оси вращения. Кроме того, блок фиксации образцов в радиальном направлении снабжен крышкой 24 с центральным отверстием, соосным с отверстием основания 12, жестко связанной с основанием.

Количество упругих и прижимных элементов зависит от числа и габаритов испытываемых образцов.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый на циклическое кручение образец 7 устанавливается и фиксируется между пассивным захватом 8 и активным захватом 5. Затем устанавливаются в блок фиксации 6 перпендикулярно оси вращения между фиксирующими узлами образцы 25, испытываемые на циклический изгиб. В соответствии с требуемым частотным режимом испытаний регулируется рабочая длина образцов путем перемещения их перпендикулярно оси вращения и установлением на них инерционных грузиков, затем образцы 25 фиксируются вращением гайки 21, что вызывает перемещение распределительных 18 и упругих 15 элементов в радиальном направлении, большие тангенциальные усилия и, следовательно, жесткое крепление образцов.

Свободный конец приводной катушки поворачивается в какую-либо сторону, шторка активного захвата 5 пересекает световой поток одного из фотодиодов фотодатчика 11, который подает электрический импульс на вход триггера 10, затем через усилитель 9 на рамку 4, по которой проходит импульс тока, создается крутящий момент за счет взаимодействия тока рамки 4 с магнитным полем постоянного магнита 2, образец 7 закручивается в одну сторону, затем импульс тока прекращается, полученная энергия расходуется на дальнейшую деформацию образца 7, далее под действием накопленной потенциальной энергии образец начинает двигаться в противоположном направлении, выступ активного захвата 5 открывает первый световой поток датчика 11 и закрывает второй, все происходит аналогично только в другом направлении, таким образом, устройство начинает работать в режиме автоколебаний с частотой, близкой к собственной частоте колебаний образца с инерционным грузом.

Испытываемые на циклический изгиб образцы входят в режим изгибных автоколебаний, поскольку они являются инерционным грузом для образца, испытываемого на циклическое кручение, и предварительно настроены на соответствующую частоту колебаний.

В предлагаемом устройстве точнее определяются параметры (собственная частота и амплитуда колебаний), характеризующие изменение механических свойств образцов в процессе испытаний, возможно проведение комплексных испытаний на циклические изгиб и кручение сразу нескольких образцов одновременно, более широкий диапазон возможных частот испытаний (испытания образцов на циклический изгиб можно проводить практически на любой гармонике частоты колебаний), автоматически поддерживается режим автоколебаний с частотой, близкой к собственной частоте колебаний образцов, что кроме удобства и экономичности позволяет более точно определять степень накопления усталостных повреждений образцов в процессе испытаний по параметрам колебательного процесса.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 403349, кл. G 01 N 3/38, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР 637635, кл. G 01 N 3/38, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР 1441248, кл. G 01 N 3/32, 1984.

Формула изобретения

1. Устройство для циклических испытаний образцов в режиме автоколебаний, содержащее соосные пассивный и активный захваты для образца, магнитоэлектрический привод, выполненный в виде постоянного магнита, и расположенную в его поле приводную катушку, предназначенную для взаимодействия с активным захватом, связанные последовательно фотодатчик, триггер и усилитель, подключенный к приводной катушке, и закрепленную на активном захвате шторку для перекрытия световых потоков осветителя фотодатчика, приводная катушка выполнена в виде рамки с закрепленной на ней осью и подвижными опорами, в которых с возможностью вращения установлена эта ось, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительно блоком фиксации, жестко связанным с активным захватом, для крепления образцов в радиальном направлении с возможностью перемещения их перпендикулярно оси вращения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фиксации образцов в радиальном направлении содержит основание, имеющее вид детали типа втулка с двумя ступенями, торцевая поверхность ступени большего диаметра имеет радиальные пазы со стороны ступени меньшего диаметра, диаметральная поверхность меньшей ступени имеет радиальные резьбовые отверстия, упругие элементы из эластичного материала, каждый из которых выполнен в виде сегмента с отверстием, перпендикулярным образующей, в центре, в которое запрессована металлическая втулка, и торцевыми выступами, входящими в радиальные пазы основания, распределительные элементы, каждый из которых выполнен также из металлического материала с отверстием, соосным с отверстием упругого элемента, в соосные отверстия распределительного и упругого элементов вставлен прижимной элемент, жестко соединенный с втулкой меньшего диаметра через радиальное резьбовое отверстие, кроме того, блок фиксации образцов в радиальном направлении снабжен крышкой с центральным отверстием, соосным с отверстием основания, жестко связанной с основанием.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что прижимной элемент выполнен в виде винтовой пары, в которой стержень имеет две ступени с резьбой на концах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2