CZ27529U1 - Čelist pro upínání miniaturních kulatých vzorků ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti - Google Patents

Description

Oblast techniky

Navrhované technické řešení spadá do sekce fyzika, konkrétně do oblasti zjišťování pevnosti pevných materiálů použitím mechanického namáhání.

Dosavadní stav techniky

Odhad zbytkové životnosti a včasné odhalení potenciálního nebezpečí selhání strojních zařízení a konstrukcí je klíčová otázka pro bezpečný a spolehlivý provoz v průmyslových podnicích.

V dnešní době je tato otázka aktuální zejména v elektrárnách a v petrochemických podnicích, které se přiblížily své projektované životnosti. Po desetiletí, od doby, kdy byla tato zařízení postavena, mohly různé potenciální degradační procesy způsobit zhoršení mechanických vlastností a integritu provozovaných komponent. V době navrhování těchto konstrukcí byla životnost projektována na základě relativně jednoduchých přístupů vycházejících z praktických zkušeností a nakonec korigovaných příslušným bezpečnostním koeficientem. Nákladné investice na modernizaci a zefektivnění provozu těchto zařízení mají ale smysl jen tehdy, pokud tato zařízení mají dostatečnou zbytkovou životnost. Proto je snižování nejistoty v hodnocení a monitorování zbytkové životnosti strojních zařízení, zejména komponent energetických zařízení, elementární zájem průmyslu. Zbytková životnost provozovaného zařízení může být vyhodnocena pomocí standardních mechanických testů. Jedním z nich je standardní zkouška tahem. Nicméně reálně obvykle není možno z provozovaných komponent odebrat dostatečné množství materiálu pro tyto standardní zkoušky. Proto byla navržena tahová zkouška na miniaturních vzorcích, které již lze z provozovaných komponent odebrat. Navržený zkušební vzorek lze vyrobit z polotovaru ve tvaru válce o průměru 4 mm a délce 10 mm.

Pro tento mikro-tahový vzorek bylo nutné navrhnout vhodné čelisti, které umožní vhodně upnout takto miniaturní tělísko do zkušebního stroje bez nebezpečí zplastizování. Po upnutí do zkušebního stroje je nutné také zajistit co největší tuhost soustavy při měření mechanickým extenzometrem a možnost měřit optickými metodami přímo na aktivní části vzorku. Zároveň je třeba zkoušet únavovou životnost i pro asymetrie cyklu, kdy zatížení přechází mezi tahovým a tlakovým.

V těchto případech je třeba vymezit vhodným způsobem případné vůle v upnutí.

Daný úkol řeší čelist podle navrhovaného technického řešení.

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je konstrukční vytvoření čelisti pro upínání miniaturních kulatých vzorků ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti. Čelist je vyrobená z kovových vysoce pevných materiálů aje využitelná pro testování miniaturních únavových vzorků upnutých v upínacích kamenech.

Čelist zahrnuje pevný držák vzorku opatřený upínacím kamenem. Upínací kámen je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním, přičemž maximální hloubka vroubkování činí 0,2 mm. Pevný držák vzorkuje dále opatřen nejméně dvěma otvory a je uzpůsoben pro upnutí do zkušebního stroje.

Na pevný držák vzorku je připevněn pohyblivý držák vzorku opatřený upínacím kamenem. Upínací kámen je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním, přičemž maximální hloubka vroubkování činí 0,2 mm. Pohyblivý držák vzorku je dále opatřen nejméně dvěma otvory.

Spojení mezi pevným držákem vzorku a pohyblivým držákem vzorku je provedeno tak, že v otvorech obou držáků jsou, s nutnou provozní tolerancí, vloženy čepy a držáky jsou spojeny přítlačným prvkem. Je výhodné, pokud je přítlačný prvek ve formě šroubu.

-1 CZ 27529 Ul

Objasnění výkresů

Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je:

obr. 1 - axonometrický pohled na čelist obsahující pevný držák vzorku a pohyblivý držák vzorku, přičemž přítlačný prvek je ve formě šroubu;

obr. 2 - axonometrický pohled na pevný držák vzorku;

obr. 3 - axonometrický pohled na pevný držák vzorku s upínacím kamenem a čepy, s naznačeným umístěním zkušebního vzorku.

Příklad provedení technického řešení

V příkladném provedení je čelist pro upínání miniaturních kulatých vzorků i ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti vyrobena z kovových vysoce pevných materiálů. Je využitelná pro testování miniaturních únavových vzorků i upnutých v upínacích kamenech 4. Čelist zahrnuje pevný držák 2 vzorku 1 opatřený upínacím kamenem 4. Upínací kámen 4 je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním. Maximální hloubka vroubkování v tomto případě činí 0,1 mm. Pevný držák 2 vzorku I je dále opatřen dvěma otvory 6 pro čepy 5 a je uzpůsoben pro upnutí do zkušebního stroje. To znamená, že pevný držák 2 vzorku 1 je na své spodní části v tomto případě opatřen závitem.

Na pevný držák 2 vzorku i je připevněn pohyblivý držák 3 vzorku I opatřený upínacím kamenem 4. Upínací kámen 4 je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním. Maximální hloubka vroubkování činí 0,1 mm. Pohyblivý držák 3 vzorku i je dále opatřen nejméně dvěma otvory 6 pro čepy 5.

Spojení mezi pevným držákem 2 vzorku I a pohyblivým držákem 3 vzorku I je provedeno tak, že v otvorech 6 obou držáků 2, 3 jsou, s nutnou provozní tolerancí, vloženy čepy 5. Nutná provozní tolerance je taková, že zajišťuje možnost posunu držáků 2, 3 po čepech 5, ale nedochází k nežádoucí radiální vůli, čili čep 5 zajišťuje přesné vedení v axiálním směru. Je provedeno uložení čepu 5 do otvoru 6 dle tolerance H7/g6. Držáky 2, 3 jsou spojeny přítlačným prvkem 7, který je v tomto případě ve formě šroubu.

Navrhovaná kombinace prvků umožňuje upnout miniaturní tahový zkušební vzorek 1 a s dostatečnou citlivostí ho utáhnout tak, aby kvůli miniaturním rozměrům nepřekročilo zatížení povolené napětí. Miniaturním rozměrem vzorku I je v tomto případě míněn rozměr vycházející z válečku o průměru 4 mm a délce 10 mm.

To je umožněno pomocí přítlačného prvku 7 ve formě imbusového šroubu, díky kterému je možno sloučit téměř protichůdné požadavky na citlivé a zároveň pevné upnutí. Obsluha má možnost reagovat na odezvu materiálu při utahování s respektováním tvrdosti materiálu vzorku 1. Jemné vroubkování vybrání v upínacích kamenech 4 zabraňuje deformaci hlavy zkušebního vzorku 1 při utahování, což by hrozilo v případě standardního (pro uvažované velikosti vzorků 1 však velmi hrubého) vroubkování.

Díky tuhé konstrukci čelisti a pevnému upnutí zkušebního vzorku 1 je umožněno tuhé upnutí a je možno měřit deformaci během testu pomocí kontaktního extenzometru s dostatečně malou chybou. Pro přesnější měření deformace jsou použitelné optické metody a je tak třeba zachovat možnost vzorek i pozorovat přímo. Pro optické snímání jsou upínací kameny 4 zarovnané (nebo mohou být mírně přesazené) vůči držákům 2, 3 a aktivní část vzorku 1 (tj. deformující se během zkoušky tahem) je optickými přístroji zcela měřitelná. Pro testování zkušebního vzorku I jsou použity dvě popisované čelisti, situované ve zkušebním stroji zrcadlově proti sobě, z nichž každá upíná jeden konec zkušebního vzorku L

Příkladné provedení je patrné z obr. 1 až obr. 3.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Čelist pro upínání miniaturních kulatých vzorků ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti, vyrobená z kovových vysoce pevných materiálů a využitelná pro testování miniaturních únavových vzorků (1) upnutých v upínacích kamenech (4), vyznačující se tím, že zahrnuje pevný držák (2) vzorku (1) opatřený upínacím kamenem (4), přičemž upínací kámen (4) je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním, přičemž maximální hloubka vroubkování činí 0,2 mm, a pevný držák (2) vzorku (1) je dále opatřen nejméně dvěma otvory (6) a je uzpůsoben pro upnutí do zkušebního stroje a na pevný držák (2) vzorku (1) je připevněn pohyblivý držák (3) vzorku (1) opatřený upínacím kamenem (4), přičemž upínací kámen (4) je opatřen vybráním ve tvaru válcové plochy s vroubkováním, přičemž maximální hloubka vroubkování činí 0,2 mm, a pohyblivý držák (3) vzorku (1) je dále opatřen nejméně dvěma otvory (6), přičemž spojení mezi pevným držákem (2) vzorku (1) a pohyblivým držákem (3) vzorku (1) je provedeno tak, že v otvorech (6) obou držáků (2, 3) jsou, s nutnou provozní tolerancí, vloženy čepy (5) a držáky (2, 3) jsou spojeny přítlačným prvkem (7).
2. 2. Čelist pro upínání miniaturních kulatých vzorků ve zkušebních strojích pro testování únavové životnosti, podle nároku 1, vyznačující se tím, že přítlačný prvek (7) je ve formě šroubu.