Портативний прилад для склерометричних досліджень

Реферат: Портативний прилад для склерометричних досліджень, що включає дряпаючий індентор з кільцевою опорою кочення, навантажуючий механізм, пристрій для вимірювання параметрів подряпини та пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор. При цьому навантажуючий механізм кінематично з'єднаний з дряпаючим індентором, пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор містить корпус, в якому встановлені інформаційне табло та вимірювальний механізм, з'єднаний з вимірювальним штоком, що проходить через корпус, а кінці штока розташовані у напрямних по обидва боки корпуса з можливістю його поступального осьового переміщення під дією пружини стиснення, яка опирається одним торцем на шайбу, встановлену на вільному кінці дряпаючого індентора, другим - на кільцеву опору, розташовану співвісно з індентором і сполучену різьбовим з'єднанням з відповідною напрямною вимірювального штока, а кільцева опора кочення дряпаючого індентора встановлена ортогонально до осі дряпаючого індентора і містить на вільному торці розташовані рівномірно по колу щонайменше три однакові кулясті упори, встановлені з можливістю їх обертання при пересуванні приладу по поверхні досліджуваного виробу, площина, дотична до трьох кулястих опор, є перпендикулярною до осі дряпаючого індентора, а пристрій для вимірювання параметрів подряпини виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень дряпаючого індентора, виготовленого у вигляді, наприклад, індукційного датчика, забезпеченого роз'ємом, призначеним для підключення датчика до комп'ютера або до гаджету, забезпеченого відповідним програмним забезпеченням для обробки експериментальних даних, а датчик встановлений співвісно з дряпаючим індентором і кінематично сполучений з ним. UA 115815 U (12) UA 115815 U UA 115815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до конструкції приладу для склерометричних досліджень металевого матеріалу - випробування матеріалів дряпанням, який може бути застосований безпосередньо на металевій конструкції чи деталі з метою визначення механічних характеристик матеріалу конструкції чи деталі. Випробування матеріалів дряпанням полягає в нанесенні дряпаючим індентором, що знаходиться під контрольованим навантаженням, подряпини на поверхню металевої конструкції чи деталі й вимірюванням її ширини [ГОСТ 21318-75. Измерение микротвердости царапанием алмазными наконечниками. - М.: Издательство стандартов, 1976]. В залежності від ширини подряпини і величини навантаження на дряпаючий індентор за таблицями визначають значення твердості. Недоліками цього методу і приладів, які його застосовують, є недостатня продуктивність при визначенні великої кількості значень твердості, необхідних для статистичної обробки, а також складність проведення випробувань на вертикальних, стельових і похилих поверхнях. Під час проведення патентно-інформаційних досліджень для підготовки цієї заявки авторами не було виявлено портативних приладів для склерометричних досліджень, тому в основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого портативного приладу, який би дозволив проводити склерометричні дослідження, зокрема, у польових умовах, був би зручним у користуванні, не потребував би спеціального кріплення, мав би невеликі габарити і, на відміну від традиційних склерометрів, забезпечував би можливість його застосування для визначення осьових переміщень дряпаючого індентора. Поставлена задача вирішується пропонованим портативним приладом для склерометричних досліджень, що включає дряпаючий індентор з кільцевою опорою кочення, навантажуючий механізм, пристрій для вимірювання параметрів подряпини та пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор, при цьому навантажуючий механізм кінематично з'єднаний з дряпаючим індентором, пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор містить корпус, в якому встановлені інформаційне табло та вимірювальний механізм, з'єднаний з вимірювальним штоком, що проходить через корпус, а кінці штока розташовані у напрямних по обидва боки корпуса з можливістю його поступального осьового переміщення під дією пружини стиснення, яка опирається одним торцем на шайбу, встановлену на вільному кінці дряпаючого індентора, другим - на кільцеву опору, розташовану співвісно з індентором і сполучену різьбовим з'єднанням з відповідною напрямною вимірювального штока, а кільцева опора кочення дряпаючого індентора встановлена ортогонально до осі дряпаючого індентора і містить на вільному торці розташовані рівномірно по колу щонайменше три однакові кулясті упори, встановлені з можливістю їх обертання при пересуванні приладу по поверхні досліджуваного виробу, площина, дотична до трьох кулястих опор, є перпендикулярною до осі дряпаючого індентора, а пристрій для вимірювання параметрів подряпини виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень дряпаючого індентора, виготовленого у вигляді, наприклад, індукційного датчика, забезпеченого роз'ємом, призначеним для підключення датчика до комп'ютера або до гаджету, оснащеного відповідним програмним забезпеченням для обробки експериментальних даних, а датчик встановлений співвісно з дряпаючим індентором і кінематично сполучений з ним. Особливістю пропонованого приладу є і те, що кільцева опора дряпаючого індентора забезпечена фіксатором положення. Ще одною особливістю пропонованого приладу є і те, що перетворювач лінійних переміщень забезпечений фіксатором його положення. Навантажуючий пристрій пропонованого приладу виконаний як вимірювальна головка, вимірювальний шток якої з'єднаний із дряпаючим індентором і встановлений з можливістю сумісного поступального переміщення у напрямку виробу під дією пружини стиснення, яка опирається на корпус вимірювальної головки. Дряпаючий індентор забезпечений напрямною, що виконана у вигляді сполученої з корпусом вимірювальної головки, концентрично розташованої відносно вимірювального штока і ортогонально орієнтованої відносно нього кільцевої опори, на торці якої розташовані три кулясті упори під кутом 120°. Пристрій для вимірювання осьового зусилля включає шкалу визначення кутового положення стрілки вимірювальної головки, яка кінематично з'єднана з вимірювальним штоком, а пристрій для вимірювання параметрів подряпини виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень, який з'єднаний з корпусом вимірювальної головки, і встановлений співвісно з напрямною вимірювальної головки з можливістю забезпечення контакту його вимірювального штока з вимірювальним штоком вимірювальної головки. Напрямна дряпаючого індентора виконана у вигляді кільцевої опори на торці напрямної, що концентрично розташована відносно поздовжньої осі індентора і з'єднана з корпусом 1 UA 115815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимірювальної головки. Кільцева опора містить три розташовані під кутом 120° кулясті упори, що забезпечує добре ковзання приладу при його ручному переміщені по поверхні досліджуваної конструкції чи деталі і автоматичне орієнтування осі дряпаючого індентора за нормаллю до поверхні досліджуваної конструкції чи деталі. Це забезпечує напрям зусилля, створюваного пружиною, нормальним до поверхні досліджуваного виробу. Прилад також містить пристрій для вимірювання параметрів подряпини, виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень - індукційного датчика, забезпеченого роз'ємом, призначеним для підключення датчика до комп'ютера або до гаджету, оснащеного відповідним програмним забезпеченням для обробки експериментальних даних. Датчик встановлено на напрямній вимірювальної головки співвісно з нею з можливістю забезпечення контакту його вимірювального штока з штоком вимірювальної головки. Таке виконання навантажуючого пристрою надає можливість визначення осьових переміщень дряпаючого індентора за рахунок забезпечення заданого зусилля проникнення дряпаючого індентора до матеріалу шляхом ручного притиснення вимірювальної головки до поверхні діагностованого виробу і ручного переміщення дряпаючого індентора при дряпанні. Це суттєво спрощує конструкцію приладу і підвищує надійність роботи при визначенні пошкоджуваності матеріалу конструкційного елемента дряпанням, що особливо актуально при роботі у польових умовах. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою схематичних креслень, а саме: на фіг. 1 показано в робочому стані загальний вигляд пропонованого портативного приладу для склерометричних досліджень; на фіг. 2 - показано вигляд за стрілкою А з фіг. 1. Пропонований портативний прилад для склерометричних досліджень призначений для визначення осьових переміщень дряпаючого індентора і має навантажуючий пристрій, виконаний у вигляді вимірювальної головки 1, вимірювальний шток 2 якої встановлений у двох співвісних напрямних 3 і 4, що розташовані по обидві сторони корпуса 5 вимірювальної головки, і сполучений з дряпаючим індентором 6. Як вимірювальна головка 1 може бути застосований індикатор годинникового типу, що серійно випускається промисловістю. Вимірювальний шток 2 встановлено з можливістю поступального переміщення у напрямку виробу під дією пружини стиснення 7, яка спирається з одного боку на шайбу 8, що встановлена під дряпаючим індентором, а з другого боку - на кільцеву опору 9, що концентрично розташована відносно поздовжньої осі індентора і сполучена різьбовим з'єднанням, з можливістю осьового переміщення, з напрямною 3. Кільцева опора 9 має фіксатор положення 10. Прилад забезпечений напрямною, що виконана у вигляді ортогонально орієтованого до осі дряпаючого індентора 6 торця 11 кільцевої опори 9, і містить розташовані під кутом 120° три кулясті упори 12, які встановлені таким чином, що площина, дотична до трьох кулястих опор, є перпендикулярною до осі дряпаючого індентора, і має пристрій для вимірювання осьового зусилля, виконаний у вигляді шкали 13 визначення кутового положення стрілки 14 вимірювальної головки, яка кінематично з'єднана з вимірювальним штоком 2, а пристрій для вимірювання параметрів подряпини виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень 15 дряпаючого індентора, який встановлений співвісно напрямній 4 вимірювальної головки 1 з можливістю забезпечення контакту його вимірювального штока 16 з вимірювальним штоком 2. Співвісність перетворювача лінійних переміщень 15 забезпечується гільзою 17, що з'єднана з напрямною 4 гвинтом 18. Положення перетворювача лінійних переміщень 15 фіксується гвинтом 19. Для реєстрації осьових переміщень дряпаючого індентора 6 перетворювач лінійних переміщень 15 з'єднаний через роз'єм /не показано/ з блоком обробки експериментальних даних 20 - комп'ютером або гаджетом, оснащеним відповідним програмним забезпечення для обробки експериментальних даних. Перед застосуванням пропонованого приладу будують тарувальну залежність показань стрілки 14 за шкалою 13 вимірювальної головки 1, що показує величину переміщення дряпаючого індентора 6, від зусилля, що прикладається до дряпаючого індентора. З цією метою прилад вручну спирають трьома кулястими упорами 12 торця 11 кільцевої опори на зразковий динамометр і переміщують прилад, стискаючи пружину 7, при цьому кільцева опора 9 спирається на корпус 5 вимірювальної головки. Матеріали різних класів, що знаходяться у вихідному стані, і з яких виготовлюють деталі машин, які в подальшому при експлуатації будуть підлягати діагностиці, сортують за приблизно однаковою твердістю по групах. Плоскі зразки матеріалів готують згідно з вимогами стандарту щодо проведення вимірювання твердості. На поверхню кожного зразка під різним зусиллям на індентор, що забезпечується переміщенням кільцевої опори по напрямній 3, наносять подряпини. За відображеним на моніторі блока обробки експериментальних даних 20 графіком осьового переміщення індентора визначають під яким навантаженням на індентор для даної групи матеріалів отримується якісна подряпина. 2 UA 115815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Пропонований прилад працює наступним чином. В залежності від типу матеріалу відповідно до тарувального графіка визначають зусилля, що слід прикласти до дряпаючого індентора. В подальшому прилад розміщують на плоскій поверхні і рукою притискають до цієї поверхні, в результаті чого пружина стискається. Шляхом переміщення кільцевої опори 9 за значенням кутового положення стрілки 14 шкали 13 встановлюють потрібне зусилля пружини на дряпаючий індентор та фіксують положення кільцевої опори фіксатором положення 10. На цьому підготовка приладу до випробування матеріалу дряпанням закінчуються. Для визначення осьових переміщень дряпаючого індентора 6 при дряпанні, за значеннями яких можна визначити шляхом статистичної обробки ступінь пошкоджуваності матеріалу, зразки матеріалів чи поверхню конструкції чи деталі машини, що підлягає дослідженню, попередньо підготовлюють відповідно до вимог стандарту [ГОСТ 21318-75. Измерение микротвердости царапанием алмазными наконечниками. - М.: Издательство стандартов. -1976]. Прилад кулястими упорами кільцеві опори вручну притискають до поверхні досліджуваного зразка чи деталі, в результаті чого пружина 7 стискається до положення, коли шайба 8 дійде напрямної 3, при цьому зусилля пружини буде відповідати заданому рівню зусилля дряпаючого індентора 6, яке прикладають до поверхні досліджуваного зразка чи деталі. При притисненні кільцевої опори 5 до поверхні досліджуваного зразка чи деталі кільцева опора опирається на три кулясті упори 12, що забезпечує положення осі дряпаючого індентора 6 за перпендикуляром до досліджуваної поверхні досліджуваного зразка чи деталі або до дотичної до поверхні, що має кривизну, і забезпечує стабільність положення приладу під час нанесення подряпини, тобто на час виконання вимірів осьових переміщень дряпаючого індентора 6. Це також забезпечує незмінність зусилля, яке прикладають до дряпаючого індентора 6. Орієнтація у просторі поверхні досліджуваного зразка чи деталі, яку піддають випробуванням, може бути, практично, довільною. Під дією заданого зусилля дряпаючий індентор 6 входить у контакт з поверхнею досліджуваного зразка чи деталі, втискуючись у матеріал. Це положення дряпаючого індентора 6 приймають за точку відліку для визначення величини наступних переміщень дряпаючого індентора 6 і з цього положення починають вручну переміщувати прилад по поверхні зразка, в результаті чого виникає подряпина, довжина якої становить 10-15 мм. Внаслідок неоднорідності структури матеріалу дряпаючий індентор 6 в процесі його переміщення здійснює осьові зворотно-поступальні переміщення щодо поверхні матеріалу. За сигналами перетворювача лінійних переміщень 15 визначають поточні значення переміщень дряпаючого індентора 6, що надходять до блока 20 обробки отриманих значень осьових переміщень дряпаючого індентора 6, що дає можливість безперервно реєструвати велику кількість даних. Це особливо важливо для проведення статистичної обробки значень переміщень дряпаючого індентора 6, за якими визначають ступінь пошкоджуваності матеріалу досліджуваної деталі чи конструкції. Таким чином, запропонований портативний прилад забезпечує визначення осьових переміщень дряпаючого індентора 6, за якими визначають ступінь пошкоджуваності матеріалу дряпанням. Завдяки тому, що прилад виконаний портативним, він є зручним при користуванні, особливо в польових умовах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Портативний прилад для склерометричних досліджень, що включає дряпаючий індентор з кільцевою опорою кочення, навантажуючий механізм, пристрій для вимірювання параметрів подряпини та пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор, при цьому навантажуючий механізм кінематично з'єднаний з дряпаючим індентором, пристрій для вимірювання осьового зусилля на індентор містить корпус, в якому встановлені інформаційне табло та вимірювальний механізм, з'єднаний з вимірювальним штоком, що проходить через корпус, а кінці штока розташовані у напрямних по обидва боки корпуса з можливістю його поступального осьового переміщення під дією пружини стиснення, яка опирається одним торцем на шайбу, встановлену на вільному кінці дряпаючого індентора, другим - на кільцеву опору, розташовану співвісно з індентором і сполучену різьбовим з'єднанням з відповідною напрямною вимірювального штока, а кільцева опора кочення дряпаючого індентора встановлена ортогонально до осі дряпаючого індентора і містить на вільному торці розташовані рівномірно по колу щонайменше три однакові кулясті упори, встановлені з можливістю їх обертання при пересуванні приладу по поверхні досліджуваного виробу, площина, дотична до трьох кулястих опор, є перпендикулярною до осі дряпаючого індентора, а пристрій для вимірювання параметрів подряпини виконаний у вигляді перетворювача лінійних переміщень дряпаючого індентора, виготовленого у вигляді, наприклад, індукційного датчика, забезпеченого 3 UA 115815 U 5 роз'ємом, призначеним для підключення датчика до комп'ютера або до гаджету, забезпеченого відповідним програмним забезпеченням для обробки експериментальних даних, а датчик встановлений співвісно з дряпаючим індентором і кінематично сполучений з ним. 2. Портативний прилад для склерометричних досліджень за п. 1, який відрізняється тим, що кільцева опора дряпаючого індентора забезпечена фіксатором положення. 3. Портативний прилад для склерометричних досліджень за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювач лінійних переміщень забезпечений фіксатором його положення. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4