Машина для випробування сталевих плоских зразків на втому

Реферат: Винахід належить до випробувальної техніки і випробувань на втому сталей та зварних з'єднань. Машина для випробування сталевих плоских зразків на втому складається зі станини, на якій розміщено механізм для коливання випробуваного зразка, обладнаний циліндричним кулачком зі змінним ексцентриситетом, виконаним з можливістю опосередкованої дії на коливальний важіль і випробуваний зразок. Циліндричний кулачок виконаний з посадковими отворами на різній відцентровій відстані, насаджений на вихідний вал привода обертання, закріпленого з одного краю станини, і охоплений підшипником кочення. Коливальний важіль складається із жорсткого стержня, контактуючого під час випробування одним кінцем з підшипником кочення і виконаного на другому кінці у вигляді лещат із захопленою ними консоллю випробуваного зразка, защемленого з протилежного кінця між плоскою частиною стійки з іншого краю станини і притискувальною плитою. При цьому машина оснащена змінними прокладками різної товщини, розміщуваними на час випробування між підшипником кочення і жорстким стержнем та між стійками і станиною. Винахід забезпечує спрощення візуального спостереження за виникненням і розвитком втомного руйнування, зменшення її необхідної потужності, розмірів і маси, складності виготовлення та можливість використання малорозмірних зразків. UA 113904 C2 (12) UA 113904 C2 UA 113904 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до випробувальної техніки, випробувань на втому сталей та їх зварних з'єднань. Відомий пристрій для циклічного навантаження консольного зразка плоским згином, який містить основу, пару співвісних захватів, один з котрих закріплений на основі, та сполучений з другим захватом навантажувач у вигляді однодебалансного віброзбуджувача, у площині обертання якого розташована вісь захватів, та який споряджений Г-подібним важелем, одне з плечей якого жорстко сполучене та співвісне з другим захватом, друге плече сполучене з віброзбуджувачем, а осі плечей важеля розташовані у площині обертання дебалансу - авт. свід. СРСР № 1608478, Бюл. 43, 1990. Відома установка для втомних випробувань плоских зразків матеріалів за схемою консольного згину, яка складається з плоского консольного рухомого вздовж осі навантаження динамометра, жорстко з'єднаного зі станиною і зразком, закріпленим на вільному кінці динамометра, електродвигуна, на осі якого закріплений кривошип або ексцентрик, та шатуна заявка РФ №2012148540, G01N 3/32, 01, 2006. Відомий пристрій для випробування на втому при круговому згинанні консольних зразків, що містить активний і пасивний захвати, привідний вал і сполучений з активним захватом механізм навантаження, виконаний у вигляді встановленої у напрямних з можливістю обертання платформи з пазом, розташованим під кутом до осі захватів, і встановленого всередині привідного вала штока з наконечником, розміщеним у пазу платформи та контактуючим з його стінками - авт. свід СРСР, пат. РФ №667859, GO IN 3/32, Бюл. 22, 1979. Відома машина для випробувань на втому консольним згинанням циліндричних зразків, яка містить шпиндель для закріплення одного кінця зразка та механізм прикладання поперечного зусилля до незакріпленої частини зразка при обертанні, зокрема насадженого підшипника з підвішеним вантажем - кн. Жуковец Н.И Механические испытания металлов. - 1986. - С.137, 142-143. Відома також електромагнітна вібраційна установка для випробування на витривалість консольним згинанням плоских зразків зварного з'єднання, яка містить станину і супорт для закріплення і горизонтального переміщення зразків, гвинтові колони, вертикально переміщувані по них траверси з електромагнітами для надання поперечних коливань вільному кінцю зразка ж. Автоматическая сварка. - № 12, 1958. - С.84-90 і кн. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. - 1973. - С.79-80. Відома також установка для випробування зразків на втому, що містить корпус, установлені на ньому ексцентриковий механізм навантаження, консольний захват зразка, сполучений з механізмом навантаження, привід обертання і торцевий захват зразка, закріплений на валу привода обертання, при цьому вона має шарнірну опору з отвором, через який просунутий вал привода обертання, установленого на платформі, та привід зворотно-поступального переміщення платформи радіально відносно шарнірної опори - пат. РФ № 2503945, G01N 3/32, 10.01.2014. Наведені механізми є аналогами. Вони характеризуються чималою складністю і значними металоємністю, вартістю та енерговитратністю. За найближчий аналог прийнято машину для випробування сталевих плоских зразків на втому, складену зі станини, несучої механізм для коливання випробуваного зразка, яка обладнана кулачком зі змінним ексцентриситетом, діючим на ролик, закріплений на коливальному важелі, маючому на кінці упорний гвинт, що обпирається на середину випробуваного зразка, вільно розміщеного на опорах - авт. свід. СРСР, пат. РФ № 99022, G01N 3/34, Бюл. 10, 1954. Цей винахід найбільш близький до запропонованого за суттю та ознаками. Недоліком відомої машини для випробування плоских зразків на втому, прийнятої за найближчий аналог, є сповзання обпертого на опуклість шва упорного гвинта під час коливання зварного випробуваного зразка та утрудненість візуального спостереження за утворенням і розвитком втомних пошкоджень, виникаючих зі зворотної сторони, необхідність використання достатньо довгих (380-520 мм) зразків, потребуючих підвищених витрат сталі, її великі складність, масивність і установча потужність. В основу винаходу поставлена задача удосконалити машину для випробування на втому сталевих плоских зразків, переважно зварних, зміною виду, кількості, розміщення її складових частин для спрощення візуального спостереження за ділянкою втомного руйнування випробуваного зразка, зменшення його довжини, необхідного зусилля взаємодії кулачка і коливального важеля, її розмірів, маси (ваги), енерговитратності та складності виготовлення. Суть винаходу полягає у тому, що у машині для випробування сталевих плоских зразків на втому, переважно зварних, складеної зі станини, несучої механізм для коливання випробуваного зразка, і обладнаної кулачком зі змінним ексцентриситетом, діючим 1 UA 113904 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 опосередковано на коливальний важіль і випробуваний зразок, згідно з винаходом, циліндричний кулачок з посадковими отворами на різній відцентровій відстані насаджений на вихідний вал привода обертання, закріпленого, зокрема на стійці, з одного краю станини, і охоплений підшипником кочення, а коливальний важіль складений із жорсткого стержня, контактуючого з підшипником кочення і виконаного на кінці у вигляді лещат, та захопленої ними консолі випробуваного зразка, переважно зварного, защемленого з протилежного кінця між плоскою частиною стійки з іншого краю станини і притискувальною плитою, при цьому вона обладнана змінними прокладками різної товщини між підшипником кочення і жорстким стержнем та між стійками і станиною. Машина обладнана також портативними вагами на жорсткому стрижні під підшипником кочення. Основна відмінність запропонованої машини полягає в тому, що циліндричний кулачок з посадковими отворами на різній відцентровій відстані, насаджений на вихідний вал привода обертання, закріпленого, зокрема на стійці, з одного краю станини, і охоплений підшипником кочення, а коливальний важіль складений із жорсткого стрижня, контактуючого з підшипником кочення і виконаного на кінці у вигляді лещат, та захопленої ними консолі випробуваного зразка, переважно зварного, защемленого з протилежного кінця між плоскою частиною стійки з іншого края станини і притискувальною плитою. Компоновка запропонованої машини для випробування сталевих плоских зразків на втому наведена на фіг. 1 (вигляд зверху). З одного краю станини 1 розташований привід обертання 2, закріплений, зокрема на стійці 3. На вихідний вал 4 привода обертання 2 насаджений циліндричний кулачок 5 з посадковими отворами на різній відцентровій відстані, охоплений підшипником кочення 6, передаючим дію кулачка 5 на коливальний важіль. Останній складений із жорсткого стержня 7, виконаного на кінці у вигляді лещат 8, і захопленої ним консолі випробуваного зразка 9. З протилежного кінця зразок 9 защемлений між притискувальною плитою 10 і плоскою частиною стійки 11 з іншого краю станини 1. Машина обладнана змінними прокладками різної товщини між кулачком 5 і жорстким стержнем 7 та між стійками 3 і 11 та станиною 1. На жорсткому стрижні 7 під підшипником кочення 6 можуть бути розміщені портативні ваги, відсутні на фіг. 1. Машина працює наступним чином. При обертанні вихідного вала 4 привода обертання 2 циліндричний кулачок 5 в положеннях збільшення у напрямку до жорсткого стрижня 6 відстані від осі обертання до його циліндричної поверхні відбувається примусове відхилення жорсткого стрижня за допомогою підшипника кочення 6 та зростаюче згинання незахопленої лещатами 8 частини консолі випробуваного зразка 9 з підвищенням у ній напружень. При наступному зменшенні цієї відстані проходить довільне зменшення і усунення відхилення жорсткого стрижня 6 та випрямляння випробуваного зразка 9 зі зменшенням напружень за рахунок пружності останнього. Частота обертання вихідного вала 4 дорівнює частоті коливання важеля і циклічного навантаження випробуваного зразка 9, а ексцентриситет циліндричного кулачка 5 і товщина змінних прокладок визначають максимальні та мінімальні знакопостійні відхилення коливального важеля, напруження і деформацію випробуваного зразка 9 у циклі. Портативні ваги на жорсткому стрижні 7 під підшипником кочення 6 вказують на величину діючого на коливальний важіль поперечного зусилля у циклі та на різних етапах випробування, що спрощує визначення напружень у зразку. Багаторазові згинання призводять до втоми і руйнування випробуваного зразка 9 з лицьової поверхні від утворюваних при згинанні розтягових напружень, значно менших за міцність при статичному випробуванні. Збільшення максимального і амплітудного відхилення коливального важеля та, відповідно, поперечного зусилля, напруження і деформації зумовлює скоріше руйнування випробуваного зразка. Візуальне спостереження за розвитком втомних тріщин не викликає ускладнень. Для досягнення певних напружень у зразку при випробуванні на запропонованій машині добуток поперечного зусилля і довжини коливального важеля є у 4 рази меншим за добуток поперечного зусилля і відстані між опорами машини за найближчим аналогом, на яких вільно розміщений зразок. Це зумовлює менші необхідну потужність привода обертання, розміри і масу (вагу) запропонованої машини, можливість випробування на ній коротших зразків. Переносна малогабаритна (120280200 мм) машина масою (вагою) 9,5 кг для випробування на втому сталевих плоских зразків товщиною 3-6 мм і довжиною 60-120 мм наведена на фіг.2. На станині у вигляді прямокутної пластини товщиною 10 мм розміщені по краях дві зварні стійки. На стінці таврової стійки закріплений привід обертання потужністю 10-12 -1 В А (швидкість обертання вихідного вала 17хв прийнятна для малоциклових випробувань). Підшипник кочення, охоплюючий циліндричний кулачок, діє через змінні прокладки на жорсткий 2 UA 113904 C2 5 10 П-подібний у поперечному перерізі стрижень довжиною 320 мм. Лещатами на кінці жорсткого стрижня захоплена консоль випробуваного зразка, защемленого з іншого кінця між полицею двотаврової стійки і притискувальною плитою. При цьому довжина коливального важеля (відстань від полки двотаврової стійки до місця безпосереднього або через змінні прокладки контактування жорсткого стрижня з підшипником кочення) становить 300 мм, а довжина навантажуваної (вільної) частини випробуваного зразка може бути змінною в межах 10-25 мм з урахуванням наявності та ширини зварного шва у випробуваному зразку. Під час малоциклових випробувань зварних з'єднань на наведеній машині утворення втомних тріщин відбувається з верхньої поверхні зразків після 50-200 тис. і більше циклів навантаження. У зварних з'єднаннях вони виникають переважно в місцях переходу від шва до основного металу як концентраторах напружень та розвиваються вглиб зразка і вздовж шва. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 1. Машина для випробування сталевих плоских зразків на втому, яка складається зі станини, на якій розміщено механізм для коливання випробуваного зразка, обладнаний циліндричним кулачком зі змінним ексцентриситетом, виконаним з можливістю опосередкованої дії на коливальний важіль і випробуваний зразок, яка відрізняється тим, що циліндричний кулачок виконаний з посадковими отворами на різній відцентровій відстані, насаджений на вихідний вал привода обертання, закріпленого з одного краю станини, і охоплений підшипником кочення, причому коливальний важіль складається із жорсткого стержня, контактуючого під час випробування одним кінцем з підшипником кочення і виконаного на другому кінці у вигляді лещат із захопленою ними консоллю випробуваного зразка, защемленого з протилежного кінця між плоскою частиною стійки з іншого краю станини і притискувальною плитою, при цьому машина оснащена змінними прокладками різної товщини, розміщуваними на час випробування між підшипником кочення і жорстким стержнем та між стійками і станиною. 2. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що вона обладнана портативними вагами на жорсткому стержні під підшипником кочення. 3 UA 113904 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4