Устройство для получения чистого изгиба эталонной балки

Изобретение относится к области метрологии, а именно к средствам получения чистого изгиба эталонной балки для испытаний тензодатчиков. Устройство содержит основание, эталонную балку постоянного сечения с системой измерения деформаций и механическую систему нагружения балки, включающую два симметрично расположенных рычага, шарнирно связанных с движителем. При этом в каждом рычаге попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика, между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу от нее, размещены пластины-«подушки» с выступами полуцилиндрической формы на противоположных краях, контактирующие с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов. Нормаль в точках контакта роликов с плоской поверхностью пластин-«подушек» проходит через точку контакта эталонной балки с цилиндрическим выступом пластины-«подушки». Рычаги установлены горизонтально и шарнирно связаны с основанием посредством двух симметрично расположенных шатунов, а также шарнирно соединены между собой и с движителем посредством коромысла, своим центром симметрии шарнирно связанным с ползуном, кинематически связанным с вертикальной направляющей и с движителем. Технический результат заключается в расширении диапазона кривизны эталонной балки, существенном уменьшении габаритов устройства при значительном снижении массы конструкции, снижении прилагаемых усилий для получения необходимой деформации при сохранении высокой степени точности измерения деформаций. 2 ил.

 

Область техники: метрология, средства испытаний тензодатчиков, эталоны относительной деформации.

Известны способы получения эталонных значений относительной деформации на поверхности упругих материалов при помощи стендов, позволяющих достижение так называемого «чистого изгиба» балки постоянного по длине прямоугольного сечения.

Известен «Способ получения чистого изгиба балки постоянного сечения и устройство для его осуществления» по патенту №2526787, приоритет от 14 декабря 2012 г. (Автор - Митрофанов В.В.)

Сущность известного устройства, заключается в том, что в устройстве для получения чистого изгиба эталонной балки, содержащем станину, установленную в ней эталонную балку с системой измерения деформаций, систему нагружения балки с опорными роликами и движителем, в котором станина выполнена в виде стойки с закрепленной на ней горизонтальной распорной балкой, по концам которой установлены цилиндрические шарниры, служащие осями подвеса двух вертикально расположенных симметричных рычагов, нижние концы рычагов шарнирно соединены посредством противоположно направленных соосных тяг с общим для них дифференциальным «плавающим» движителем, а в верхней части каждого рычага попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика, причем между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу, размещены «подушки» в виде плоских пластин с полуцилиндрическими выступами на противоположных краях, контактирующих с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов, а точки контакта опорных роликов с плоскими сторонами пластин-«подушек» попарно находятся на соответствующих нормалях к плоской поверхности пластин-«подушек».

В процессе дальнейшего анализа такого рода устройств выяснилось, что описанное устройство, принятое за прототип, потенциально при определенных усовершенствованиях, способно создавать у эталонной балки весьма значительную степень изгиба (величины кривизны, также как и центрального угла дуги в режиме чистого изгиба). При этом оказалось, что наличие описанных и столь важных в таком устройстве пластин-«подушек» с цилиндрическими выступами, контактирующими с деформируемой балкой, являются главным преимуществом по сравнению с известными конструкциями-аналогами эталонных устройств. Однако наличие распорной балки с шарнирами по концам существенно ограничивает возможность получения необходимой (максимальной) степени кривизны балки по причине ограничения величины перемещения «подушек» относительно опорных роликов. Наличие тяжелой распорной балки утяжеляет конструкцию и требует создания усиленной кинематики для соединения с движителем, что также увеличивает габариты и массу устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является создание настольного компактного устройства.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом изобретении, заключается в расширении диапазона кривизны эталонной балки, существенном уменьшении габаритов устройства при значительном снижении массы конструкции, снижении прилагаемых усилий для получения необходимой деформации при сохранении высокой степени точности измерения деформаций.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство для получения чистого изгиба эталонной балки, содержащее основание, эталонную балку постоянного сечения с системой измерения деформаций и механическую систему нагружения балки, включающую два симметрично расположенных рычага, шарнирно связанных с движителем, при этом в каждом рычаге попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика, между роликами и эталонной балкой также сверху и снизу от нее размещены пластины-«подушки» с выступами полуцилиндрической формы на противоположных краях, контактирующие с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов, а нормаль в точках контакта роликов с плоской поверхностью пластин-«подушек» проходит через точку контакта эталонной балки с цилиндрическим выступом пластины-«подушки», согласно изобретению рычаги установлены горизонтально и шарнирно связаны с основанием посредством двух симметрично расположенных шатунов, а также шарнирно соединены между собой и с движителем посредством коромысла, своим центром симметрии шарнирно связанным с ползуном, кинематически связанным с вертикальной направляющей и с движителем.

Расположение симметричных рычагов в горизонтальной плоскости позволяет отказаться от использования в конструкции тяжелой распорной балки, а отсутствие распорной балки в системе нагружения обеспечивает возможность получения заданной степени кривизны эталонной балки.

Шарнирная связь рычагов между собой и с движителем посредством коромысла, а также их шарнирная связь с основанием посредством шатунов упрощает кинематику соединения с движителем и, в свою очередь, обеспечивает возможность получения знакопеременного усилия без переворота балки.

Упрощение кинематики соединения с движителем и отсутствие тяжелой распорной балки уменьшает габариты устройства и его массу.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам устройства. Выбор прототипа позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков устройства, не известных из уровня техники и не вытекающих для специалиста явным образом из известного уровня техники. Заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение представлено на следующих фигурах.

Фиг. 1 - Устройство для получения чистого изгиба эталонной балки.

Фиг. 2 - Схема контакта опорных роликов и цилиндрических выступов пластин-«подушек».

Устройство (фиг. 1) состоит из двух симметричных, горизонтально расположенных рычагов 1 и 2, шарнирно соединенных между собой и с движителем посредством коромысла 3. На противоположных концах рычагов жестко закреплены обоймы («кулаки») 4 и 5, оснащенные каждая четырьмя опорными роликами, а именно верхними 6, 7 и нижними 8, 9. Таким образом, перечисленные элементы образуют два функционально целых звена 10 и 10а (рычаги в сборе), которые шарнирно соединены с основанием (станиной) 11 посредством двух симметрично расположенных шатунов 12 и 12а. Эталонная балка 13, установленная в рычагах между верхними 14 и нижними 15 пластинами-«подушками» вложена с минимальным зазором между верхними 6, 7 и нижними 8, 9 роликами.

Пластины-«подушки» 14 и 15 контактируют с эталонной балкой 13 посредством выступов цилиндрической формы, геометрические оси которых расположены в одной общей с соответствующими осями опорных роликов 6, 9 и 7, 8 плоскости, перпендикулярной оси балки 13 в плоскости изгиба (фиг. 2). Коромысло 3 шарнирно соединено своим центром симметрии с ползуном 16, находящимся в кинематической связи с вертикальной прямолинейной направляющей 17. На этой же оси подвеса коромысла 3 шарнирно закреплена головка ходового винта 18, кинематически связанного с гайкой 19, которая приводится во вращение червячным колесом 20, кинематически связанным с червяком 21, который вращается электродвигателем 22 (вся кинематическая цепочка от двигателя до коромысла является движителем).

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают и закрепляют эталонную балку 13 в обоймах 4 и 5 горизонтальных рычагов 10 и 10а. Производят нагружение балки 13 путем включения двигателя 22 в прямом (обратном) направлении с заданным усилием. От двигателя 22 посредством кинематических связей усилие передается через ходовой винт 18 на коромысло 3, при этом ось коромысла движется вертикально вдоль направляющей 17 посредством ползуна 16. Коромысло 3 воздействует на шарнирно связанные с ним горизонтальные рычаги 10 и 10а, смещая обоймы рычагов вверх либо вниз. Происходит изгиб балки 13. При этом шарнирное соединение в виде шатунов 12 и 12а обеспечивает возможность определенной компенсации укорочения хорды изогнутой балки, заключенной между точками контакта противолежащих роликов с балкой 13. Система измерения деформации (на чертеже не показана) фиксирует изгиб балки при заданном усилии.

Основная цель создания настоящего изобретения состоит в расширении диапазона достигаемой кривизны «К», являющейся величиной, обратной радиусу кривизны «R» (K=1/R) и равной производной угла ϕ поворота касательной по криволинейной координате (K=dϕ/ds). Поставленная цель достигается тем, что рычаги в сборе 10 и 10а шарнирно соединены с основанием посредством шатунов 12, 12а. Назначение шатунов - компенсация разности между длиной дуги, заключенной между противоположными точками контакта балки с цилиндрическими выступами пластин-«подушек» и длиной вдоль этой же дуги между проекциями точек контакта внутренних роликов на поверхность балки. На фиг. 1 показаны силовые реакции Q1, Q2, Q3 и Q4, действующие на рычаги 10 и соответственно 10а. Со стороны шатунов действует сила Q4, направление которой определяется линией, проходящей через центры шарниров шатунов. Поскольку моменты трения в подшипниках роликов практически равны нулю и ролики контактируют с плоскими поверхностями пластин-«подушек», реакции Q1 и Q2 перпендикулярны этим плоским поверхностям и соответственно образуют пары сил, действующие на балку с обоих концов балки при отсутствии продольных и поперечных сил. Условие равновесия рычагов в любой фазе нагружения балки требует, чтобы реакция Q3 была параллельна реакции Q4, образуя с ней еще одну пару сил, уравновешивающую пару сил Q1 и Q2.

В реальном исполнении устройства его работа осуществляется при длине отрезка балки между внутренними выступами пластин-«подушек», равной 350 мм, центральном угле рабочего отрезка дуги ϕ=30 градусов, толщине балки 4 мм и относительной деформации на ее поверхности ε=0,003, при изгибе балки появляется разность между длиной дуги вдоль оси балки, заключенной между точками контакта балки с цилиндрическими выступами и длиной той же дуги между проекциями точек контакта роликов с пластинами и составляет около 1,94 мм с каждой стороны. Это означает, что ролики получают некоторый прокат по пластинам-«подушкам» при изгибе балки до заданного предела (в частном случае - радиус изгиба R=668,7 мм, стрелка прогиба Н=22,78 мм). Однако при реально высокой жесткости пластин-«подушек» 14,15 исключается их изгиб, нормали n1 и n2 в точках контакта верхних и нижних роликов с пластинами остаются параллельными общей нормали в точках контакта выступов пластин-«подушек» с деформируемой балкой, чем сохраняется параллельность силовых реакций и обеспечивается режим чистого изгиба.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что предлагаемое изобретение в виде устройства для получения чистого изгиба эталонной балки предназначено для расширения диапазона кривизны эталонной балки, при существенном уменьшении габаритов устройства, при значительном снижении массы конструкции, снижении прилагаемых усилий для получения необходимой деформации, при достижении высокой степени точности измерения деформаций.

Устройство для получения чистого изгиба эталонной балки, содержащее основание, эталонную балку постоянного сечения с системой измерения деформаций и механическую систему нагружения балки, включающую два симметрично расположенных рычага, шарнирно связанных с движителем, при этом в каждом рычаге попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика, между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу от нее, размещены пластины-«подушки» с выступами полуцилиндрической формы на противоположных краях, контактирующие с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов, а нормаль в точках контакта роликов с плоской поверхностью пластин-«подушек» проходит через точку контакта эталонной балки с цилиндрическим выступом пластины-«подушки», отличающееся тем, что рычаги установлены горизонтально и шарнирно связаны с основанием посредством двух симметрично расположенных шатунов, а также шарнирно соединены между собой и с движителем посредством коромысла, своим центром симметрии шарнирно связанным с ползуном, кинематически связанным с вертикальной направляющей и с движителем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения в натурных условиях деформационных и прочностных характеристик ровного ледяного покрова при изгибе.

Изобретение относится к исследованиям остаточных напряжений в детали. Сущность: осуществляют закрепление детали в первой точке и во второй точке на расстоянии от первой точки, выполнение первой операции съема материала в третьей точке, расположенной между первой и второй точками, освобождение детали во второй точке, измерение первой деформации детали, определение остаточных напряжений в детали на основе измерения первой деформации.

Изобретение относится к способам определения механических характеристик материалов, конкретно - к способу определения модуля упругости, предела прочности и предельной деформации.

Изобретение относится к измерительной технике для промышленности и может быть применено для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий, для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к измерительной технике для промышленности и может быть применено для испытаний продольных и поперечных образцов основного металла труб, образцов со сварными швами, в том числе ремонтным сварным швом, для изучения свойств напыленных материалов, органических покрытий, для оценки сталей к сульфидному растрескиванию под напряжением.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций.

Изобретение относится к технологии напыления теплозащитных керамических покрытий, а более точно касается определения времени теплового воздействия, необходимого для релаксации остаточных напряжений в покрытии, а также энергии, требующейся для релаксации.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтедобывающего оборудования, а именно, к способу и устройству, применяемым для контроля состояния насосных штанг нефтедобывающих скважин.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для экспериментальных исследований прочностных свойств и процессов накопления усталостных повреждений в поверхностных слоях образцов из конструкционных материалов в зависимости от закона изменения на поверхности образца напряжения и его градиента.

Изобретение относится к определению механических характеристик труб, а именно к моделям, предназначенным для испытаний материалов труб малого диаметра на трещиностойкость, и может быть использовано при производстве и эксплуатации труб.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для испытаний плоских и пространственных рамно-стержневых конструктивных систем на живучесть. Сущность: в проектное положение закрепляют неподвижные и выключающуюся центральную несущие стойки конструктивной системы, затем на них устанавливают ригели, монтируют нагрузочные устройства. Выключающаяся центральная стойка выполняется в виде шарнирно-стержневого механизма из двух вертикально расположенных шарнирно соединенных между собой несущих элементов, удерживаемых в проектном положении горизонтальной связью, которая выключается при заданном уровне нагружения конструктивной системы и создает горизонтальное усилие, мгновенно выключающее центральную стойку из работы конструктивной системы. Устройство содержит центральную стойку конструктивной системы, содержащую шарнирно-стержневой механизм. В состав устройства входят опорные элементы, шпилька, на которую жестко закреплен нижний несущий элемент шарнирно-стержневого механизма, сверху на элементе установлена пластина с профрезированной полусферой для центрального шарового шарнира, в которую установлен металлический шар, на котором сверху через пластину, аналогичную пластине, присоединен верхний несущий элемент, вверху этого элемента расположен специальный регулировочный болт, на котором установлена опорная пластина, имеющая сверху профрезированную полусферу, в полусфере пластины установлен металлический шар, который сверху накрыт опорной пластиной, которая с помощью регулировочного болта подведена под нижнюю плоскость ригеля, установлена неподвижная стойка для фиксации нижнего и верхнего несущих шарнирно опертых стержневых элементов, в верхней зоне которой установлена шпилька, которая закручена в нижний несущий элемент, удерживая его в вертикальном положении, сжатая пружина, с помощью которой обеспечена упругая фиксация в проектном положении среднего шарнира механизма. Технический результат: возможность точно определить нагрузку, при которой происходит выключение несущего элемента испытываемой конструктивной системы, динамические догружения в оставшихся в работе элементах конструктивной системы и выключаемого несущего элемента. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам испытания балок. Сущность: изготавливается рычажная установка привариванием к металлической стойке металлических кронштейнов, на концах кронштейнов вырезаются овальные отверстия и устанавливаются валы со шкивами, рычажная установка жестко закрепляется в основании. Изготавливается испытываемый образец с устроенным в одном конце стержнем плеча пары сил, зафиксированным хомутом, другой конец образца защемлен в устройстве для защемления балочного момента. К стержню плеча пары сил прикрепляются тросы, а к тросам, перекинутым через шкивы, подвешиваются горизонтальные площадки, на которые укладываются грузы для создания сосредоточенного изгибающего момента. Технический результат: возможность определить несущую способность балок на сосредоточенный изгибающий момент и обеспечить постоянство действующего момента во времени при деформациях испытываемых элементов. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний стальных обетонированных труб больших диаметров для магистральных газо- и нефтепроводов. Стенд содержит опоры и гидравлическую систему для нагружения испытуемой трубы изгибом. Стенд снабжен измерительной системой, содержащей 2n жидкостных индикаторов изменения положения испытуемой трубы и n жидкостных индикаторов перемещения испытуемой трубы, подключенных к линии подачи жидкости, на которой последовательно установлены n запорных кранов. Индикаторы изменения положения испытуемой трубы связаны гидравлически и механически попарно, каждая из пар упомянутых индикаторов закреплена на испытуемой трубе симметрично относительно ее оси и гидравлически сообщена с одним из соответствующих индикаторов перемещения испытуемой трубы. Испытуемая труба размещена на двух фундаментных и двух домкратных опорах, а гидравлическая система для нагружения испытуемой трубы изгибом включает насос высокого давления и два манометра. Насос высокого давления через манометры подключен параллельно к двум домкратным опорам. Технический результат: упрощение конструкции при одновременном повышении достоверности результатов испытаний, а также расширение арсенала технических средств для проведения испытаний обетонированных труб. 4 ил.

Изобретение относится к конструкции стенда, который обеспечивает возможность проведения испытаний на механическую прочность конструкции летательного аппарата. Устройство содержит оснастку для фиксации испытываемой конструкции и систему нагружения. Система нагружения размещена под зоной установки указанной конструкции и включает приводную траверсу, связанную с силовым приводом, установленным на основании, и смонтированные на ней распределительные траверсы. Распределительные траверсы служат для передачи нагрузки на испытываемую конструкцию через распределительные балки, каждая пара которых связана посредством тяг с соответствующей распределительной траверсой. На стойке установлена вертикально перемещающаяся вдоль нее каретка. На каретке закреплена консоль, расположенная над распределительными балками. Перемещаясь вверх, консоль поднимает распределительные балки в верхнее положение, при котором осуществляется монтаж частей стенда. При движении консоли вниз балки синхронно опускаются в нижнее положение, при котором обеспечивается контакт балок с испытываемой конструкцией. Технический результат заключается в упрощении обслуживания стенда, создании нагрузки на испытываемую конструкцию в широком диапазоне и обеспечении бесступенчатой регулировки нагрузки. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области усталостных испытаний материалов на изгиб и предназначено для охлаждения образцов в процессе подготовки и проведения усталостных испытаний на изгиб. Предложено автоматизированное устройство для охлаждения образцов при усталостных испытаниях на изгиб при пониженных температурах, согласно которому процесс охлаждения осуществляется комбинированно, как за счет передачи холода по хладопроводу, так и за счет подачи охлажденного воздуха в криокамеру. При этом процессы, описанные выше, полностью автоматизированы за счет регулирования температуры посредством открытия/закрытия заслонки камеры и нагревания до необходимой (устойчивой) температуры зажима хладопровода. Кроме этого, дополнительно непосредственно на образце устанавливается датчик акустической эмиссии, а на приводное устройство - счетчик количества циклов с выходом на ЭВМ для оценки степени разрушения образца в ходе испытаний и выявления зависимостей количества циклов испытания от напряжения, возникающего в опасном сечении образца. Технический результат - ускорение и автоматизация процесса охлаждения образцов в процессе проведения испытаний на усталость и процесса построения диаграмм изменения параметров акустической эмиссии в зависимости от количества циклов нагружения. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб. Сущность: концы образцов закрепляют на опоре, изгибают и определяют величину прогиба в условиях сложного изгиба. Опора выполняется в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками, а нагружение осуществляется посредством нагружающего гидроцилиндра, передающего давление на сжимающий или разжимающий гидроцилиндр, осуществляющий деформирование опоры в горизонтальной плоскости. В образце и распорной конструкции создается уровень номинальных напряжений, пропорциональный поперечной нагрузке на образец. Технический результат: возможность испытания образцов в условиях сложного изгиба с переменным в процессе нагружения уровнем номинальных напряжений и, соответственно, коэффициентом распора, зависящим от величины поперечной нагрузки, приложенной к образцу. 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии, а именно к средствам получения чистого изгиба эталонной балки для испытаний тензодатчиков. Устройство содержит основание, эталонную балку постоянного сечения с системой измерения деформаций и механическую систему нагружения балки, включающую два симметрично расположенных рычага, шарнирно связанных с движителем. При этом в каждом рычаге попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика, между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу от нее, размещены пластины-«подушки» с выступами полуцилиндрической формы на противоположных краях, контактирующие с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов. Нормаль в точках контакта роликов с плоской поверхностью пластин-«подушек» проходит через точку контакта эталонной балки с цилиндрическим выступом пластины-«подушки». Рычаги установлены горизонтально и шарнирно связаны с основанием посредством двух симметрично расположенных шатунов, а также шарнирно соединены между собой и с движителем посредством коромысла, своим центром симметрии шарнирно связанным с ползуном, кинематически связанным с вертикальной направляющей и с движителем. Технический результат заключается в расширении диапазона кривизны эталонной балки, существенном уменьшении габаритов устройства при значительном снижении массы конструкции, снижении прилагаемых усилий для получения необходимой деформации при сохранении высокой степени точности измерения деформаций. 2 ил.

Наверх