PL219841B1 - Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich i przyrząd do pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich i przyrząd do pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw obróbką ścierną, zwłaszcza docieraniem, mający zastosowanie w badaniach elementów maszyn i konstrukcji mechanicznych.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL 385937 znany jest sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej, realizowany podczas usuwania warstwy wierzchniej próbki zamocowanej w przyrządzie, w którym za pomocą czujników pomiarowych umieszczonych między końcami próbki mierzy się wartość sił niezbędnych do utrzymania badanej próbki w stanie wyprostowanym. Przyrząd ma korpus, w którym są zamocowane czujniki pomiarowe mierzonych sił i czujniki przemieszczeń liniowych do rejestracji zmian grubości próbki podczas usuwania warstwy wierzchniej. W rozwiązaniu tym czujniki pomiarowe sił utrzymujących próbkę w położeniu wyprostowanym są usytuowane pod kątem prostym do osi wzdłużnej próbki pomiędzy punktami jej podparcia w korpusie przyrządu.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne umożliwiające mocowanie próbek w przyrządzie do pomiaru naprężeń własnych w stanie wyprostowanym, na przykład próbki o mniejszej na końcach grubości lub z prostokątnymi wybraniami wzdłuż krawędzi w częściach końcowych próbek. Próbki mocowane są w otworach szczelinowych dźwigni, przez które przekazywane są na próbkę momenty sił podczas usuwania docieraniem warstw zawierających naprężenia własne. Wskutek skokowych zmian przekroju próbki na krawędzi dźwigni utrzymujących obrabiane próbki w stanie wyprostowanym, występują w tych próbkach przegięcia, które ograniczają grubości usuwanych warstw i grubości badanych próbek.

Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw obróbką ścierną, zwłaszcza docieraniem, w którym naprężenia własne w warstwach wierzchnich próbki w postaci smukłej belki wyznacza się w oparciu o pomiar grubości usuwanych warstw i pomiar sił P utrzymujących badaną próbkę w stanie wyprostowanym, według wynalazku polega na tym, że końce badanej próbki mocuje się sztywno w dwóch dźwigniach, przez które przekazuje się podczas pomiaru momenty mierzonych sił P utrzymujących próbkę w stanie wyprostowanym.

Korzystnym jest, jeżeli siły P przykłada się do przeciwległych wolnych końców dźwigni w kierunku równoległym do osi wzdłużnej próbki poprzez co najmniej jeden czujnik pomiarowy usytuowany między wolnymi końcami dźwigni.

Korzystnym jest także, jeżeli próbkę łączy się pod kątem prostym z końcami dźwigni za pomocą złącza poprzecznego typu jaskółczy ogon, w którym zakończenia próbki ze zbieżnymi powierzchniami bocznymi mocuje się w zbieżnych gniazdach dźwigni.

Przyrząd do pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw obróbką ścierną, zwłaszcza docieraniem, wyposażony w korpus z co najmniej jednym czujnikiem pomiarowym sił P utrzymujących próbkę zamocowaną w przyrządzie w położeniu wyprostowanym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w skład przyrządu wchodzą dwie dźwignie, w których są mocowane sztywno końce badanej próbki za pomocą złącza poprzecznego typu jaskółczy ogon, w którym to złączu zakończenia próbki ze zbieżnymi powierzchniami bocznymi są osadzone w zbieżnych gniazdach dźwigni, przy czym czujnik pomiarowy sił P jest umieszczony w korpusie przyrządu pomiędzy wolnymi końcami dźwigni równolegle do osi wzdłużnej próbki.

Korzystnym jest, jeżeli grubość próbki jest większa od głębokości gniazda w dźwigni.

Korzystnym jest także, jeżeli przyrząd jest wyposażony w dwa czujniki pomiarowe sił P umieszczone w korpusie pomiędzy wolnymi końcami dźwigni, równolegle do osi wzdłużnej próbki.

Zastosowany sposób pomiaru i mocowania próbki zapobiega samoczynnemu wysuwaniu się próbek z dźwigni i ich przeginaniu na krawędzi dźwigni, przez które przekazywane są na próbki momenty sił podczas usuwania warstw zawierających naprężenia własne i umożliwia badania warstw wierzchnich w szerszym zakresie grubości i próbek o większych grubościach w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań, dzięki czemu zwiększa się zakres zastosowań omawianej metody badań naprężeń w warstwach wierzchnich. Dzięki przedstawionemu rozwiązaniu możliwe jest mocowanie w przyrządzie próbek grubszych od głębokości gniazd w dźwigniach oraz unika się przeginania próbek na krawędzi dźwigni wskutek skokowych zmian przekrojów próbek i działania momentów sił. Ponadto zastosowany układ dźwignie-próbka odznacza się prostą konstrukcją i wysoką dokładnością pomiaru sił utrzymujących próbkę w stanie wyprostowanym.

PL 219 841 B1

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie realizacji przyrządu do pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw docieraniem uwidocznionego na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia próbkę w perspektywie, fig. 2 przedstawia dźwignię w perspektywie, fig. 3 przedstawia próbkę zamocowaną końcami do dwóch dźwigni, fig. 4 przedstawia schemat przyrządu z dwoma czujnikami pomiarowymi w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 5 przedstawia schemat układu dźwignie-próbka przed wyprostowaniem próbki, fig. 6 przedstawia schemat układu dźwignie-próbka po wyprostowaniu próbki, a fig. 7 przedstawia schemat przyrządu z jednym czujnikiem pomiarowym w częściowym przekroju poprzecznym.

Jak przedstawiono na fig. 1, badane próbki 1 mają kształt smukłych belek z obustronnymi zwężającymi się zakończeniami z powierzchniami bocznymi 2 zbieżnymi pod małym kątem w kierunku powierzchni czołowej próbek. Zwężające się zakończenia próbek 1 mają przekrój poprzeczny w kształcie jaskółczego ogona o wymiarach odpowiadających wymiarom gniazda 4 w dźwigni 3 widocznej na fig. 2. Gniazdo 4 ma postać zbieżnego pod małym kątem wycięcia o kształcie jaskółczego ogona w kierunku prostopadłym do osi podłużnej próbki. Gniazdo 4 wraz z osadzonym w nim zakończeniem próbki 1 tworzy sztywne złącze poprzeczne typu jaskółczy ogon. Niewielki kąt zbieżności powierzchni bocznych 2, mniejszy od kąta tarcia, pozwala na zaklinowanie zakończenia próbki 1 w gnieździe 4 co zapobiega przypadkowemu wysunięciu się próbki 1 ze złącza w kierunku zgodnym z jej osią podłużną.

Jak przedstawiono na fig. 3, próbka 1 jest mocowana pomiędzy dwiema dźwigniami 3. Zakończenia próbki 1 są wpasowane w gniazda 4 na końcach dźwigni 3, tworząc układ dźwignie-próbka. Grubość próbki 1 jest większa od głębokości gniazda 4 w dźwigni 3.

Jak przedstawiono na fig. 4, przyrząd jest wyposażony w korpus 6 z czujnikami pomiarowymi 5 sił P utrzymujących próbkę 1 zamocowaną w przyrządzie w położeniu wyprostowanym. W skład przyrządu wchodzą dwie dźwignie 3, do których są mocowane sztywno końce badanej próbki 1 za pomocą złącza poprzecznego typu jaskółczy ogon. Czujniki pomiarowe 5, przez które są przekazywane siły P, są umieszczone w korpusie 6 pomiędzy wolnymi końcami dźwigni 3 równolegle do osi wzdłużnej próbki 1. Czujniki pomiarowe 5 rozmieszczone są symetrycznie względem płaszczyzny normalnej do osi wzdłużnej próbki 1 przechodzącej przez jej środek, równolegle do osi wzdłużnej próbki 1. Próbka jest umieszczona stycznie do tarczy docierarki 7. Przez czujniki pomiarowe 5 przekazywa ne są momenty sił P działających na próbkę 1 za pośrednictwem dźwigni 3. Czujniki pomiarowe 5 są połączone z obwodem pomiarowym urządzenia rejestrującego zmiany mierzonej siły P.

Jak przedstawiono na fig. 5, w położeniu swobodnym układu dźwignie-próbka próbka 1 wykazuje ugięcie, co powoduje zbliżenie wolnych końców dźwigni 3. W celu wyprostowania próbki niezbędne jest przyłożenie do tych końców siły P.

Jak przedstawiono na fig. 6, w wyniku działania siły P próbka 1 zamocowana do dźwigni 3 ulega wyprostowaniu. Wartość siły P utrzymującej próbkę 1 w stanie wyprostowanym umożliwia wyznaczenie naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich próbki 1.

Jak przedstawiono na fig. 7, w innej wersji wykonania przyrząd jest wyposażony w pojedynczy czujnik pomiarowy 5 sił P umieszczony pomiędzy dźwigniami 3. Pozostałe cechy przyrządu i jego działanie są takie same jak w przyrządzie z fig. 4.

W przyrządzie z fig. 4 siły P prostujące próbkę 1 wywierane są śrubą lub w inny sposób i przekazywane przez czujnik pomiarowy 5 sił P na dźwignie 3, przez które przekazywane są na próbkę 1 momenty od tych sił utrzymujące próbkę 1 podczas usuwania technologicznych warstw wierzchnich docieraniem lub inną obróbką w stanie wyprostowanym. Siły P przykłada się do przeciwległych wolnych końców dźwigni 3, w kierunku prostopadłym do ich osi wzdłużnych. Podczas usuwania warstw wierzchnich próbki 1 za pomocą docierarki 7, następuje zmiana naprężeń własnych próbki 1. Powoduje to odpowiednią zmianę sił P. Rejestracja zmian tych sił oraz grubości usuwanej warstwy wierzchniej pozwala na określenie naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich próbki 1 w oparciu o pomiar grubości usuwanej warstwy i sił P utrzymujących próbkę 1 w stanie wyprostowanym.

W przyrządzie z fig. 7 rejestracja sił P następuje za pomocą jednego czujnika pomiarowego 5 połączonego z obwodem pomiarowym urządzenia rejestrującego zmiany mierzonych sił P. Z uwagi na symetrię układu dźwignie-próbka rejestrowane siły P różnią się tylko zwrotem.

Claims (6)

1. Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw obróbką ścierną, zwłaszcza docieraniem, w którym naprężenia własne w warstwach wierzchnich próbki w postaci smukłej belki wyznacza się w oparciu o pomiar grubości usuwanych warstw i pomiar sił P utrzymujących badaną próbkę w stanie wyprostowanym, znamienny tym, że końce badanej próbki (1) mocuje się sztywno w dwóch dźwigniach (3), przez które przekazuje się podczas pomiaru momenty mierzonych sił P utrzymujących próbkę w stanie wyprostowanym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że siły P przykłada się do przeciwległych wolnych końców dźwigni (3) w kierunku równoległym do osi wzdłużnej próbki (1) poprzez co najmniej jeden czujnik pomiarowy (5) usytuowany między wolnymi końcami dźwigni (3).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkę (1) łączy się pod kątem prostym z końcami dźwigni (3) za pomocą złącza poprzecznego typu jaskółczy ogon, w którym zakończenia próbki (1) ze zbieżnymi powierzchniami bocznymi (2) mocuje się w zbieżnych gniazdach (4) dźwigni (3).

4. Przyrząd do pomiaru naprężeń własnych w technologicznych warstwach wierzchnich metodą usuwania tych warstw obróbką ścierną, zwłaszcza docieraniem, wyposażony w korpus z co najmniej jednym czujnikiem pomiarowym sił P utrzymujących próbkę zamocowaną w przyrządzie w położeniu wyprostowanym, znamienny tym, że w skład przyrządu wchodzą dwie dźwignie (3), w których są mocowane sztywno końce badanej próbki (1) za pomocą złącza poprzecznego typu jaskółczy ogon, w którym to złączu zakończenia próbki (1) ze zbieżnymi powierzchniami bocznymi (2) są osadzone w zbieżnych gniazdach (4) dźwigni (3), przy czym czujnik pomiarowy (5) sił P jest umieszczony w korpusie (6) pomiędzy wolnymi końcami dźwigni (3) równolegle do osi wzdłużnej próbki (1).

5. Przyrząd według zastrz. 4, znamienny tym, że grubość próbki (1) jest większa od głębokości gniazda (4) w dźwigni (3).

6. Przyrząd według zastrz. 4, znamienny tym, że jest wyposażony w dwa czujniki pomiarowe (5) sił P umieszczone w korpusie (6) pomiędzy wolnymi końcami dźwigni (3), równolegle do osi wzdłużnej próbki (1).