Resonanzpulsator für Werkstoff-D auerschwingprüfmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Resonanzpulsator für Werstoff-Dauerschwingprüfmaschinen, der mit einem in der Nähe der Eigenfrequenz durch Unwuchterregung arbeitenden Zweimassen-Schwingungsgebilde versehen ist.
Es sind Resonanzpulsatoren bekannt, die mit einem Elektronenröhrenverstärker angetrieben werden. Durch Rücksteuerung desselben fällt die Betriebsfrequenz mit der Eigenfrequenz der Maschine zusammen, wobei die Lage der Eigenfrequenz von der Elastizität der Probe, da die Probe zur Erzeugung der Schwingungen benutzt wird und von den abzustimmenden Massen bestimmt wird. Mit diesen Maschinen kann ausser der Dauerschwingfestigkeit die Werkstoffdämpfung und der dynamische Elastizitätsmodul ermittelt werden.
Diese Resonanzpulsatoren haben den Nachteil, dass sie nur für geringe Probenhübe geeignet sind.
Ausserdem sind sie sehr verstimmungsempfindlich, da die Prüffrequenz von der Probe beeinflusst wird.
Die Verstimmungsempfindlichkeit wird ausserdem noch dadurch erhöht, indem der Pulsator ständig in der Resonanzspitze arbeitet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Frequenz nicht variationsfähig ist.
Es sind weiterhin Resonanzpulsatoren bekannt, bei deden zwischen dem Erreger zugekehrten Prüfkörperende eine Schraubenfeder als Resonanzglied eingeschaltet ist. Die Schwingungsfeder ist horizontal gelagert und mit Lenkerstäben stabilisiert und angelenkt.
Die Erregung des Systems geschieht durch eine umlaufende Unwucht. Zum Aufbringen statischer Verspannkräfte dient eine Verspannfeder in Form von einer oder mehreren Schraubenfedern, die in Parallelschaltung zu der Schwingfeder angeordnet sind.
Diese Resonanzpulsatoren haben den Nachteil, dass sie infolge der Verwendung des festen Schraubenfedersystems keinerlei Variationsfähigkeit besitzen.
Ausserdem entsteht durch die Auslenkung der Schwingfeder eine kreisbogenförmige Bewegung, die sich als Biegung auf die Probe auswirkt, so dass keine exakte Zug-Druckbeanspruchung entsteht. Ein weiterer Nachteil ist die dem System anhaftende Verstimmungsempfindlichkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Resonanzpulsator zu entwickeln, der eine grosse Variationsbreite aufweist und dessen Zug- oder Druckvorspannkräfte ohne besondere Vorspannfeder in wählbarer Grösse aufgebracht werden können, wobei unter Verwendung einer Schwingfeder eine exakte Zug-/Druchbeanspruchung entsteht und die Verstimmungsempfindlichkeit ausgeschaltet ist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine die Resonanzlage bestimmende Schwingfeder, ein Probestab und eine Messfeder in Reihenschaltung miteinander gekoppelt und in einem in seiner Höhe zwecks Anpassung an die Probenlänge und Einstellung der Vorspannkraft verstellbaren Schwingrahmen angeordnet sind.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass mit einfachen Mitteln eine grosse Variationsbreite ermöglicht ist und somit den verschiedensten Anforderungen Rechnung getragen und eine Baureihe dieser Prüfeinrichtung auf wenige Typen beschränkt werden kann.
Die Schwingfeder kann aus einer Anzahl Kreisringplatten zusammengesetzt werden, die am äusseren und inneren Plattenrand beispielsweise durch Bolzen oder Ringe in Parallelschaltung und/oder Hintereinanderschaltung miteinander zu verbinden wären, um die Federkonstanten zu variieren. Es wird empfohlen, die Kreisringplatten mit einem verstärkten In nen- und Aussenrand zu versehen und zwischen zwei wählbaren Kreisringplatten eine Gegenmasse mit Schwingungserreger anzuordnen, wobei die Gegenmasse versetzbar sein kann. Die zur Bildung der Schwingfeder vorgeschlagenen Kreisringplatten haben den besonderen Vorteil einer günstigen metallurgischen und technologischen Bearbeitung. Ausserdem wäre beim Bruch einer Platte nicht ein Auswechseln der gesamten Schwingfeder erforderlich.
In der Zeichnungsfigur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Eine für die Ermittlung der Steuerung der Prüfkräfte erforderliche Messfeder 1 ist an einer Oberplatte 2 der Einrichtung angeordnet. Die Messfeder 1, die Probe 3 mit auswechselbaren Einspannvorrichtungen 4, ein Schwingtisch 5 und eine Schwingungsfeder 6 mit einem Schwingungserreger 7 sind in Hintereinanderschaltung miteinander verbunden und in einem Schwingungsrahmen 8 fest eingespannt.
Der Schwingungsrahmen 8 wird mit Hilfe von Gewindespindeln 9 verstellt, die mit einem Motor 10 zum Zwecke der Verstellung angetrieben werden.
Dank der Verstellbarkeit des Schwingrahmens ist es möglich, Proben mit verschiedener Länge einzuspannen und gleichzeitig Vorspannkräfte aufzubringen, deren Grösse durch Verformung der Messfeder 1 mittels einer induktiven Methode registriert und angezeigt wird.
Die Schwingungsfeder 6 besteht aus einer Anzahl Kreisringplatten 11 mit verstärktem Innen- und Aussenrand. Sie sind zweckmässigerweise zur Massenverringerung durch Stahlbolzen oder Aluminiumringe so verbunden, dass in Hintereinanderschaltung oder Gemischtschaltung der einzelnen Federelemente die die Resonanzlage der Maschine bestimmende Schwingungsfeder 6 entsteht. In die Schwingungsfeder 6 ist eine zur grossen Masse des Schwingrahmens 8 schwingende Gegenmasse 12 so eingebaut, dass durch Resonanzwirkung in der Prüfachse dynamische Kräfte oder Verformungshübe erzeugt werden. Die Gegenmasse 12 befindet sich zwischen zwei Kreisringplatten 11 und kann innerhalb der Schwingungsfeder 6 in ihrer Lage verändert werden. Ein Schwingungserreger 7 ist mit einer Koppelfeder 13 an der Gegenmasse 12 so befestigt, dass nur Erregerkräfte in Richtung der Prüfachse übertragen werden.
Der Antrieb des Unwuchterregers erfolgt über eine biegsame Welle 14 durch einen drehzahlgesteuerten Nebenschlussmotor 15. Die gesamte Maschine ruht in an sich bekannter Art auf Gummifüssen 16.
Die Veränderung der Frequenz erfolgt durch Ver änderung der Federkraft der Schwingungsfeder 6, indem die Lage der einzelnen Kreisringplatten 11 zueinander verändert wird. Eine weitere Möglichkeit der Frequenzänderung besteht in der Veränderung der Lage der Gegenmasse 12 innerhalb der Schwingungsfeder zwischen zwei benachbarten Kreisringplatten 11.
Resonance pulsator for material fatigue testing machines
The invention relates to a resonance pulsator for material fatigue testing machines, which is provided with a two-mass oscillation structure operating in the vicinity of the natural frequency due to unbalance excitation.
Resonance pulsators are known which are driven by an electron tube amplifier. By controlling it back, the operating frequency coincides with the natural frequency of the machine, the position of the natural frequency being determined by the elasticity of the sample, since the sample is used to generate the vibrations and is determined by the masses to be tuned. With these machines, in addition to the fatigue strength, the material damping and the dynamic modulus of elasticity can be determined.
These resonance pulsators have the disadvantage that they are only suitable for small sample strokes.
They are also very sensitive to detuning, as the test frequency is influenced by the sample.
The detuning sensitivity is also increased by the fact that the pulsator constantly works in the resonance peak. Another disadvantage is that the frequency cannot vary.
Furthermore, resonance pulsators are known in which a helical spring is connected as a resonance element between the end of the test body facing the exciter. The vibration spring is mounted horizontally and stabilized and articulated with handlebars.
The system is excited by a rotating imbalance. A tension spring in the form of one or more helical springs that are arranged in parallel with the oscillating spring is used to apply static tensioning forces.
These resonance pulsators have the disadvantage that, as a result of the use of the fixed helical spring system, they have no ability to vary.
In addition, the deflection of the oscillating spring creates a circular arc-shaped movement, which acts as a bend on the specimen, so that no exact tensile-compressive stress occurs. Another disadvantage is the sensitivity to detuning inherent in the system.
The invention is based on the object of developing a resonance pulsator which has a wide range of variation and whose tensile or compressive prestressing forces can be applied in a selectable size without a special prestressing spring, with the use of an oscillating spring creating an exact tensile / compressive stress and eliminating the sensitivity to detuning .
According to the invention, the object is achieved in that an oscillating spring determining the resonance position, a test rod and a measuring spring are coupled in series and arranged in an oscillating frame adjustable in height for the purpose of adapting to the sample length and setting the pretensioning force.
The advantage of the invention is that a large range of variation is made possible with simple means and thus the most diverse requirements can be taken into account and a series of this test device can be limited to a few types.
The oscillating spring can be composed of a number of circular ring plates, which would have to be connected to one another at the outer and inner plate edge, for example by bolts or rings in parallel and / or in series, in order to vary the spring constants. It is recommended to provide the circular ring plates with a reinforced inner and outer edge and to arrange a counter mass with a vibration exciter between two selectable circular ring plates, whereby the counter mass can be displaceable. The circular ring plates proposed for forming the oscillating spring have the particular advantage of favorable metallurgical and technological processing. In addition, if a plate breaks, the entire oscillating spring does not have to be replaced.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown.
A measuring spring 1 required to determine the control of the test forces is arranged on a top plate 2 of the device. The measuring spring 1, the sample 3 with exchangeable clamping devices 4, a vibrating table 5 and a vibration spring 6 with a vibration exciter 7 are connected to one another in series and firmly clamped in a vibration frame 8.
The vibration frame 8 is adjusted with the aid of threaded spindles 9 which are driven by a motor 10 for the purpose of adjustment.
Thanks to the adjustability of the oscillating frame, it is possible to clamp samples of different lengths and at the same time apply preload forces, the magnitude of which is registered and displayed by deformation of the measuring spring 1 using an inductive method.
The vibration spring 6 consists of a number of circular ring plates 11 with reinforced inner and outer edges. To reduce mass, they are conveniently connected by steel bolts or aluminum rings in such a way that the vibration spring 6, which determines the resonance position of the machine, is created in series or mixed connection of the individual spring elements. A counterweight 12, which oscillates towards the large mass of the oscillating frame 8, is built into the oscillation spring 6 in such a way that dynamic forces or deformation strokes are generated by the resonance effect in the test axis. The counter mass 12 is located between two circular ring plates 11 and can be changed in position within the vibration spring 6. A vibration exciter 7 is attached to the countermass 12 with a coupling spring 13 in such a way that only excitation forces are transmitted in the direction of the test axis.
The unbalance exciter is driven via a flexible shaft 14 by a speed-controlled shunt motor 15. The entire machine rests on rubber feet 16 in a manner known per se.
The frequency is changed by changing the spring force of the vibration spring 6 by changing the position of the individual circular ring plates 11 relative to one another. Another possibility for changing the frequency consists in changing the position of the counterweight 12 within the vibration spring between two adjacent circular ring plates 11.