RO133445B1

RO133445B1 - Stand for composed traction and torsion static stress testing

Info

Publication number: RO133445B1
Application number: ROA201700961A
Authority: RO
Inventors: Viorel Goanţă
Original assignee: Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi" Din Iaşi
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2024-06-28
Also published as: RO133445A2

Description

RO 133445 Β1RO 133445 Β1

Standul descris prin prezenta invenție se utilizează pentru efectuarea de încercări compuse de torsiune și tracțiune statică, până la ruperea epruvetelor.The stand described by the present invention is used to perform composite torsion and static tensile tests, until the specimens break.

Partea principală a mașinii o constituie un șurub cu bile care, acționat fiind prin rotație, introduce o mișcare de translație și una de rotație necesare solicitărilor de tracțiune și torsiune. Invenția constă în posibilitatea transformării de către șurubul cu bile, a mișcării de rotație într-o mișcare de rotație și una de translație prin două căi: fixarea la rotație și la translație a piulițelor șurubului cu bile, caz în care acesta este obligat să se deplaseze și să se rotească, și posibilitatea deplasării libere a unuia din capetele șurubului cu bile ce primește momentul de torsiune.The main part of the machine is a ball screw which, being actuated by rotation, introduces a translational and a rotational movement necessary for tensile and torsional stresses. The invention consists in the possibility of the ball screw transforming the rotational movement into a rotational and a translational movement through two ways: fixing the ball screw nuts to rotation and translation, in which case it is forced to move and to rotate, and the possibility of free movement of one of the ends of the ball screw receiving the torque.

Sunt cunoscute metode experimentale, și, ca urmare, mașini și dispozitive, pentru efectuarea solicitărilor compuse de tracțiune cu torsiune, având în vedere necesitatea unor astfel de încercări, întrucât, în exploatare, foarte multe componente lucrează la solicitări compuse cu introducerea, în același punct, atât a tensiunii normale o indusă de încercarea de tracțiune sau/și încovoiere, cât și a tensiunii normale τ indusă de încercarea de torsiune sau/și forfecare. Deși se utilizează criterii teoretice de rupere pentru determinarea tensiunilor echivalente (din punct de vedere al solicitărilor statice), experimentul privind determinarea rezistenței la rupere prin solicitare compusă este, de foarte multe ori, necesar pentru proiectarea economică dar și în condiții de siguranță.Experimental methods, and, as a result, machines and devices, are known for carrying out compound torsional tensile stresses, considering the need for such tests, since, in operation, very many components work under compound stresses with the introduction, at the same point , both of the normal stress o induced by the tensile and/or bending test, and of the normal stress τ induced by the torsional and/or shear test. Although theoretical criteria of failure are used to determine the equivalent stresses (from the point of view of static stresses), the experiment regarding the determination of the resistance to failure by compound stress is, very often, necessary for economic design but also under safe conditions.

Este cunoscut faptul că, pentru solicitările compuse statice sunt utilizate, în general, mașini special construite în acest scop.It is known that for static compound stresses, purpose-built machines are generally used.

Din documentul WO 2009027097 A2 este cunoscut un aparat pentru analiza unei epruvete, care utilizează un dispozitiv pentru introducerea momentului de torsiune în epruvetă, atât static cât și dinamic, cuprinzând o primă mandrină de prindere adaptată pentru a primi un capăt al epruvetei, o a doua mandrină de prindere adaptată pentru a primi al doilea capăt al epruvetei, o unitate de antrenare adaptată pentru aplicarea unei forțe primei mandrine de prindere, și o unitate de măsură adaptată pentru măsurarea a cel puțin unui parametru fizic care indică o proprietate a epruvetei primit de la prima și de cea de-a doua mandrină de prindere ca răspuns la aplicarea forței asupra primei mandrine de prindere, în care a doua mandrină de prindere nu are o unitate de antrenare separată. între unitatea de antrenare și prima mandrină de strângere este dispus un cuplaj care este rigid la torsiune și elastic la îndoire, unitatea de antrenare cuprinzând unul din grupul constând dintr-un servomotor, un motor cu ardere, o acționare hidraulică, o mașină sincronă și o mașină asincronă. Unitatea de măsură este adaptată pentru măsurarea a cel puțin unui parametru fizic într-o manieră statică, într-o manieră dinamică sau într-o manieră ciclică și măsurarea a cel puțin unuia din grupul constând din cuplu, un unghi de torsiune și un comportament de deformare. Invenția nu se referă la solicitarea compusă de tracțiune cu torsiune, rezolvând anumite probleme ce țin de ajungerea la rezonanță la solicitarea de torsiune dinamică.WO 2009027097 A2 discloses an apparatus for analyzing a specimen, which uses a device for introducing torsional moment into the specimen, both statically and dynamically, comprising a first clamping chuck adapted to receive one end of the specimen, a second chuck gripper adapted to receive the second end of the specimen, a drive unit adapted to apply a force to the first gripper, and a measurement unit adapted to measure at least one physical parameter indicative of a property of the specimen received from the first and by the second chuck in response to applying force to the first chuck, wherein the second chuck does not have a separate drive unit. A coupling which is torsionally rigid and flexurally elastic is disposed between the drive unit and the first clamping chuck, the drive unit comprising one of the group consisting of a servo motor, a combustion engine, a hydraulic drive, a synchronous machine and a asynchronous machine. The measurement unit is adapted for measuring at least one physical parameter in a static manner, in a dynamic manner or in a cyclic manner and measuring at least one of the group consisting of torque, a torsion angle and a behavior of deformation. The invention does not refer to the compound torsional traction demand, solving certain problems related to reaching resonance with the dynamic torsional demand.

Mai este cunoscut un aparat de testare a frecării și uzurii, din documentul US 2002062678 A1, care cuprinde o masă de lucru pe a cărei suprafață superioară este fixat un eșantion, un prim mijloc de antrenare pentru mișcarea alternativă orizontală a mesei de lucru, deasupra căreia este situat un braț de sprijin ce ține în siguranță un specimen cu vârf rotund pentru a fi proiectat în jos, un prim mijloc pentru detectarea deplasării orizontale a eșantionului, un al doilea mijloc de antrenare pentru acționarea brațului de sprijin pentru a exercita o sarcină asupra eșantionului prin specimenul cu vârf, un al doilea mijloc pentru detectarea deplasării specimenului cu vârf rotund, o unitate de control pentru mijloacele de acționare în conformitate cu valorile stabilite și pentru calcularea deplasărilor detectate de mijloacele de detectare și un ecran pentru afișarea în timp real a caracteristicilor de frecare și uzură ale specimenelor. Primul mijloc de antrenare cuprinde un motor pas cu pas, unA friction and wear testing apparatus is also known, from document US 2002062678 A1, which comprises a work table on the upper surface of which is fixed a sample, a first drive means for the horizontal reciprocating movement of the work table, above which there is located a support arm which securely holds a round-topped specimen to be projected downward, a first means for detecting horizontal displacement of the specimen, a second drive means for actuating the support arm to exert a load on the specimen through the tip specimen, a second means for detecting the displacement of the round tip specimen, a control unit for actuating the means in accordance with the set values and for calculating the displacements detected by the detection means, and a screen for displaying in real time the characteristics of friction and wear of specimens. The first drive means comprises a stepper motor, a

RO 133445 Β1 șurub cu pas conectat și rotit împreună cu motorul și un element de acționare care 1 conectează șurubul și masa de lucru pentru a converti mișcarea de rotație a șurubului în mișcare alternativă liniară și o transmite către masa de lucru. Al doilea mijloc de antrenare 3 menționat cuprinde o placă de încărcare situată sub suprafața inferioară a mesei de lucru pentru a deplasa vertical specimenul cu vârf rotund prin forța magnetică, un electromagnet 5 pentru exercitarea forței magnetice asupra plăcii de încărcare atunci când este aplicat curent la electromagnet, o contragreutate pentru menținerea constantă a sarcinii brațului de sprijin, 7 atunci când nu este aplicat curent electromagnetului, și un șurub de reglare situat în partea de sus a brațului de sprijin pentru a regla poziția verticală a brațului de sprijin. 9 în cadrul documentului CN 203732351 U este descris un aparat de testare la oboseală de impact a arborilor, care include un cilindru hidraulic de impact montat pe o 11 placă de sprijin, un tampon elastic montat pe un ciocan de impact, un braț de torsiune, o cheie plată instalată pe un arbore de transmisie montat pe un cadru fix stânga printr-un 13 rulment, ambele capete ale senzorului de cuplu fiind conectate cu arborele de transmisie și o clemă stânga prin chei plate, un manșon de rulment fixat pe un cadru fix dreapta, o șină 15 de ghidare, o tijă șurub, o prindere, o bază de glisare pe care este fixat un manșon de sprijin și un scaun de șină de ghidare cu șuruburi, un arc, o clemă dreapta și un eșantion. Manșonul 17 de susținere este prevăzut cu o flanșă exterioară, iar partea interioara a manșonului este prevăzută cu o floare exterioară în partea dreaptă. Proba este fixată la un capăt, dispozitivele 19 fiind doar pentru preluarea jocurilor inițiale.RO 133445 Β1 pitch screw connected and rotated together with the motor and an actuator that 1 connects the screw and the work table to convert the rotary motion of the screw into linear reciprocating motion and transmit it to the work table. Said second driving means 3 comprises a loading plate located under the lower surface of the work table to vertically move the round tip specimen by magnetic force, an electromagnet 5 for exerting magnetic force on the loading plate when current is applied to the electromagnet , a counterweight to keep the load on the support arm constant, 7 when no current is applied to the electromagnet, and an adjustment screw located at the top of the support arm to adjust the vertical position of the support arm. 9 in document CN 203732351 U a shaft impact fatigue testing apparatus is described, which includes a hydraulic impact cylinder mounted on a 11 support plate, an elastic pad mounted on an impact hammer, a torsion arm, a flat key installed on a transmission shaft mounted on a left fixed frame through a 13 bearing, both ends of the torque sensor being connected to the transmission shaft and a left clamp through flat keys, a bearing sleeve fixed on a fixed frame right, a guide rail 15, a screw rod, a clamp, a sliding base on which a support sleeve and a screw guide rail seat is fixed, a spring, a right clamp and a sample. The support sleeve 17 is provided with an outer flange and the inner part of the sleeve is provided with an outer flower on the right side. The probe is fixed at one end, the devices 19 being only for taking the initial games.

Documentul JP 2002107278 A prezintă un echipament de solicitare a probei la 21 tracțiune-compresiune prin oboseală și de testare a caracteristicilor sau durabilității materialelor prin aplicarea cu precizie a unei sarcini pe o epruvetă sau prin aplicarea în mod 23 repetat a sarcinii pe aceasta într-o direcție a axei sarcinii, cuprinzând un cadru pentru susținerea întregii epruvete de încercare, o masă de eșantion pentru fixarea epruvetei, o 25 unitate de antrenare a motorului liniar pentru antrenarea liniară a eșantionului de-a lungul unei axe de încărcare și un șurub pentru antrenarea liniară a elementului de antrenare liniar 27 în direcția axei de încărcare în raport cu cadrul. Un capăt al epruvetei care urmează să fie supusă testului de oboseală este ținut de o mandrină, iar celălalt capăt este ținut de o altă 29 mandrină. Un element mobil este antrenat în direcția de tragere a epruvetei prin rotirea unei tije cu șurub pentru a aplica o sarcină inițială prescrisă epruvetei. O masă de eșantion este 31 antrenată prin utilizarea unui motor liniar în această stare, astfel încât să se aplice o sarcină repetată într-o direcție cu săgeata. Deoarece răspunsul la mișcarea motorului liniar este 33 rapid, o sarcină rapidă repetată poate fi dată epruvetei.Document JP 2002107278 A discloses an equipment for stress-compression fatigue testing and testing the characteristics or durability of materials by precisely applying a load to a specimen or by repeatedly applying the load to it in a direction of the load axis, comprising a frame for supporting the entire test specimen, a specimen table for fixing the specimen, a linear motor drive unit for linearly driving the specimen along a load axis, and a linear drive screw of the linear drive element 27 in the direction of the loading axis relative to the frame. One end of the specimen to be subjected to the fatigue test is held by a chuck and the other end is held by another chuck. A movable element is driven in the direction of pulling the specimen by rotating a screw rod to apply a prescribed initial load to the specimen. A sample mass is 31 driven by using a linear motor in this state so as to apply a repeated load in a direction of the arrow. Since the response to the motion of the linear motor is fast, a rapid repeated load can be applied to the specimen.

Pe de altă parte, firme specializate în construcția de mașini universale de încercat, 35 care execută partea de tracțiune, furnizează și partea de torsiune. Oricare din aceste variante am alege, costul unei mașini speciale sau a uneia universale cu modul de torsiune, 37 este destul de ridicat.On the other hand, companies specializing in the construction of universal machines to try, 35 which perform the traction part, also provide the torsion part. Whichever of these variants we choose, the cost of a special machine or a universal one with torsion mode, 37 is quite high.

în același timp cu solicitarea compusă de tracțiune-torsiune, trebuie prevăzut ca, 39 pentru același material, să se poată modifica raportul dintre tensiunea tangențială și tensiunea normală, de la o încercare la alta. Prin rapoarte diferite între τ și o se pot obține 41 mai multe puncte în cadrul curbei de variație dintre tensiunea tangențială și tensiunea normală. Două dintre aceste puncte vor fi reprezentate de intersecția cu axele și vor fi 43 obținute prin încercarea de tracțiune simplă și prin încercarea de răsucire simplă.at the same time as the compound tensile-torsional stress, it must be provided that, 39 for the same material, the ratio between the tangential stress and the normal stress can be changed from one test to another. By different ratios between τ and o 41 more points can be obtained within the variation curve between the tangential stress and the normal stress. Two of these points will be represented by the intersection with the axes and will be 43 obtained by the simple tensile test and the simple twist test.

Dezavantajul metodelor prezentate în cadrul stadiului actual al tehnicii este acela că, 45 pentru determinarea rezistenței materialelor la solicitarea compusă de tracțiune cu torsiune se utilizează, fie mașini special construite în acest scop, care sunt scumpe, iar parametrii 47 introduși și cei preluați nu sunt întotdeauna foarte exacți, fie se utilizează mașini universaleThe disadvantage of the methods presented in the current state of the art is that, 45 for determining the resistance of materials to the compound stress of torsional traction, either machines specially built for this purpose are used, which are expensive, and the parameters 47 entered and retrieved are not always very accurate, or universal machines are used

RO 133445 Β1 care au, din dotare, și posibilitatea solicitării de răsucire, pe lângă cea de tracțiune-compresiune. în cel de-al doilea caz parametrii introduși și cei preluați sunt preciși dar costul pentru o astfel de mașină este destul de mare.RO 133445 Β1 which have, as equipment, the possibility of twisting, in addition to the tension-compression one. in the second case the entered and retrieved parameters are accurate but the cost for such a machine is quite high.

Invenția rezolvă problema tehnică de obținere a mișcărilor de translație și de rotație ce se transmit epruvetei, necesare solicitărilor de tracțiune și torsiune, cât și determinarea rezistenței materialelor la solicitarea statică compusă de tracțiune-torsiune prin utilizarea unui stand simplu, prevăzut cu traductori pentru achiziția de date.The invention solves the technical problem of obtaining the translation and rotation movements transmitted to the specimen, necessary for tensile and torsional stresses, as well as determining the resistance of the materials to the composite static tensile-torsional stress by using a simple stand, equipped with transducers for the acquisition of data.

Invenția de față se referă la un stand construit pentru a putea solicita compus la tracțiune și torsiune probe din diferite materiale. La epruvetă se introduce atât o mișcare de translație (tracțiune) cât și una de rotație (răsucire). Astfel, în aceeași epruvetă se vor introduce atât tensiuni normale o cât și tensiuni tangențiale t. Standul este conceput în așa fel încât, prin schimbarea șurubului cu bile având pasul diferit, să se poată obține rapoarte diferite între tensiunea tangențială și cea normală. Pentru același diametru al șurubului cu bile, raportul dintre tensiunea normală și cea tangențială va depinde de unghiul de înfășurare al canalului șurubului cu bile, ca urmare, de pasul acestuia.The present invention refers to a stand built to be able to request composite tensile and torsional samples from different materials. Both a translational (traction) and a rotational (twisting) movement are introduced to the specimen. Thus, in the same specimen both normal stresses o and tangential stresses t will be introduced. The stand is designed in such a way that, by changing the ball screw having the different pitch, different ratios between tangential and normal stress can be obtained. For the same ball screw diameter, the ratio of normal to tangential stress will depend on the winding angle of the ball screw channel, and therefore on its pitch.

Partea principală a mașinii o constituie un șurub cu bile care, acționat fiind prin rotație, introduce o mișcare de translație și una de rotație necesare solicitărilor de tracțiune și torsiune. Un capăt al șurubului cu bile, ce primește doar o mișcare de rotație de la o roată dințată, este liber să se deplaseze odată cu roata dințată, pe pinionul ce angrenează cu aceasta. Celălalt capăt al șurubului cu bile este legat la epruvetă ce urmează a fi solicitată. Sistemul este acționat de un motor electric prin intermediul unei transmisii prin curea, a unui reductor melcat și a unei transmisii cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți. Prin intermediul acestor transmisii s-a urmărit reducerea turației motorului de 300 de ori. în acest condiții, se poate spune că solicitarea are loc în condiții statice. Pentru solicitarea de torsiune există un traductor de cuplu și unghi ce rezolvă problema achiziției de date privitoare la momentul de torsiune și unghiul de rotire. Pentru alungirea probei există un traductor de deplasare. Pentru forță există un traductor care este conceput, proiectat și construit special pentru configurația acestui stand de încercare.The main part of the machine is a ball screw which, being actuated by rotation, introduces a translational and a rotational movement necessary for tensile and torsional stresses. One end of the ball screw, which receives only a rotary motion from a gear, is free to move with the gear on the pinion meshing with it. The other end of the ball screw is tied to the specimen to be tested. The system is driven by an electric motor via a belt drive, a worm gear and a spur gear drive. By means of these transmissions, the aim was to reduce the engine speed by 300 times. under these conditions, it can be said that the demand takes place under static conditions. For torsional demand there is a torque and angle transducer that solves the problem of acquiring torque and angle of rotation data. For sample elongation there is a displacement transducer. For force there is a transducer that is designed, engineered and built specifically for this test stand configuration.

Standul, conform invenției prezintă următoarele avantaje:The stand, according to the invention, presents the following advantages:

- este simplu, nu foarte costisitor și conține toate elementele privitoare la achiziția datelor necesare;- it is simple, not very expensive and contains all the elements related to the acquisition of the necessary data;

- se elimină posibilitatea utilizării de mașini special construite în acest scop, acestea fiind scumpe și trebuind să fie prevăzute cu toate sistemele de preluare, achiziție și stocare a datelor privitoare la valoarea încărcării, a deplasării sau a momentului de torsiune. Chiar și așa, respectivii parametri, atât cei de la intrare cât și cei preluați nu sunt întotdeauna foarte preciși;- the possibility of using machines specially built for this purpose is eliminated, they being expensive and having to be provided with all the data retrieval, acquisition and storage systems regarding the value of the load, displacement or torque. Even so, those parameters, both input and retrieved, are not always very precise;

- se elimină posibilitatea utilizării mașinilor universale (de tracțiune) care sunt dotate și cu varianta pentru torsiune. Acestea au, în majoritatea cazurilor, și acționarea la tracțiune-compresiune, astfel că, adăugarea și a posibilității de rotire a axei pentru realizarea răsucirii prin oboseală conduce la costuri destul de mari pentru un astfel de utilaj;- the possibility of using the universal (traction) machines, which are also equipped with the version for torsion, is eliminated. These have, in most cases, also traction-compression action, so that the addition of the possibility of turning the axis to achieve fatigue twisting leads to quite high costs for such a machine;

- prin montarea de șuruburi cu bile având pași diferiți se pot obține diferite rapoarte între tensiunea normală și cea tangențială.- by fitting ball screws with different pitches different ratios between normal and tangential stress can be obtained.

Standul descris de această invenție se utilizează pentru determinarea rezistenței la solicitarea compusă de tracțiune cu răsucire.The stand described by this invention is used to determine the resistance to the compound twisting tensile stress.

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției conform figurilor:An example of an embodiment of the invention is presented below according to the figures:

î n fig.1 se prezintă desenul de ansamblu al standului ce se utilizează pentru încercarea compusă statică de tracțiune-torsiune, alcătuit din:Fig. 1 shows the overall drawing of the stand used for the static composite traction-torsion test, consisting of:

- motor electric de acționare;- electric drive motor;

- roată de curea solidară cu axul motorului;- belt wheel integral with the motor shaft;

RO 133445 Β1RO 133445 Β1

- curea trapezoidală de transmisie;1- transmission trapezoidal belt; 1

- roată de curea solidară cu axul reductorului;- belt wheel integral with the reducer shaft;

- reductor melcat;3 , 11 - limitatori de cursă;- worm reducer; 3, 11 - stroke limiters;

- legături electrice ale limitatorilor de cursă;5- electrical connections of stroke limiters; 5

- pinion cu dinți drepți;- pinion with straight teeth;

- roată dințată cilindrică cu dinți drepți;7- cylindrical gear wheel with straight teeth; 7

- suport pentru limitatorii de cursă;- support for stroke limiters;

- cuplaj semi-elastic de legătură între roata dințată și șurubul cu bile;9 , 18 - lagăre suport și de fixare împotriva deplasării și rotirii piulițelor șurubului cu bile;11 , 17 - piulițele șurubului cu bile;- semi-elastic coupling between the gear wheel and the ball screw; 9 , 18 - support and fixing bearings against the movement and rotation of the ball screw nuts; 11 , 17 - ball screw nuts;

- capacele de fixare împotriva deplasării axiale a piulițelor;13- the fixing covers against the axial displacement of the nuts; 13

- șurubul cu bile;- ball screw;

- pene de fixare în lagăr, împotriva rotirii piulițelor șurubului cu bile;15- fixing wedges in the bearing, against the rotation of the ball screw nuts; 15

- cuplaj elastic de legătură între șurubul cu bile și traductorul de cuplu și unghi;- elastic coupling between the ball screw and the torque and angle transducer;

- mecanism de translatare axial cu bile;17- axial translation mechanism with balls; 17

- traductor de cuplu (moment de torsiune) și unghi;- torque (torque) and angle transducer;

- piesă de legătură între mecanismul de translatare axială cu bile și traductorul de 19 cuplu și unghi;- connecting piece between the axial translation mechanism with balls and the 19 torque and angle transducer;

- cuplaj semi-elastic de legătură între traductorul de cuplu și unghi și bacul din 21 dreapta de prindere a epruvetei;- semi-elastic coupling between the torque and angle transducer and the right-hand 21 clamp of the specimen;

- bolț de prindere a bacului din dreapta de cuplajul semi-elastic 24;23- pin for attaching the right side of the semi-elastic coupling 24;23

- disc de rotație;- rotation disk;

- bacul din dreapta de prindere a unuia din capetele epruvetei;25- the right hook for holding one of the ends of the test piece; 25

- capacul bacului din dreapta de fixare a unuia din capetele epruvetei;- the cover of the right-hand box for fixing one of the ends of the test piece;

- epruveta de formă cilindrică în porțiunea calibrată și având capetele pătrate; 27- the cylindrical sample in the calibrated portion and having square ends; 27

- capacul bacului din stânga de fixare a unuia din capetele epruvetei;- the cover of the left-hand box for fixing one of the ends of the test piece;

- bacul din stânga de prindere a unuia din capetele epruvetei;29- the hook on the left for holding one of the ends of the test piece; 29

- bolț de prindere a bacului din stânga de traductorul de forță 35;- pin for attaching the left bar to the force transducer 35;

, 34 - sistem de fixare a traductorului de forță 35;31, 34 - force transducer fixing system 35;31

- traductorul de forță;- the force transducer;

- legăturile de la mărcile tensometrice montate pe traductorul de forță 35;33- the links from the strain gauges mounted on the force transducer 35;33

- traductorul de deplasare tangent la discul de rotație 26;- the displacement transducer tangent to the rotation disc 26;

- sistem de fixare a traductorului de deplasare;35- system for fixing the displacement transducer; 35

- legătura de la traductorul de deplasare;- the link from the displacement transducer;

- legătura de la traductorul de cuplu și unghi;37- the link from the torque and angle transducer; 37

- placă de fixare.- fixing plate.

Fig. 2 prezintă cuplajul semi-elastic 12 care face legătură între roata dințată și șurubul 39 cu bile.Fig. 2 shows the semi-elastic coupling 12 connecting the gear and the ball screw 39.

Fig. 3 prezintă forma lagărelor suport 13 și 18, de fixare împotriva deplasării și rotirii 41 piulițelor șurubului cu bile.Fig. 3 shows the shape of the support bearings 13 and 18, for fixing against the displacement and rotation 41 of the ball screw nuts.

Fig. 4 prezintă forma cuplajului elastic 20, de legătură între șurubul cu bile și 43 traductorul de cuplu și unghi.Fig. 4 shows the shape of the elastic coupling 20, connecting the ball screw and the torque and angle transducer 43.

în fig. 5 se redă o vedere laterală ce ilustrează modul de prindere și legătură între 45 traductorul de cuplu și unghi și mecanismul de translatare axial cu bile precum și fixarea acestuia din urmă pe placa 41. 47in fig. 5 shows a side view illustrating the way of attachment and connection between the torque and angle transducer 45 and the axial translation mechanism with balls as well as the fixing of the latter on the plate 41. 47

RO 133445 Β1RO 133445 Β1

Fig. 6 prezintă cuplajul semi-elastic 24, de legătură între traductorul de cuplu și unghi și bacul din dreapta de prindere a epruvetei.Fig. 6 shows the semi-elastic coupling 24, of connection between the torque and angle transducer and the right-hand hook for holding the specimen.

în fig. 7 se prezintă forma bacurilor de prindere a epruvetei, 28 și 31.in fig. 7 shows the shape of the specimen holding trays, 28 and 31.

în fig. 8 este prezentat desenul traductorului de forță 35.in fig. 8 shows the drawing of the force transducer 35.

în fig. 9 este prezentată analiza cu elemente finite a traductorului de forță.in fig. 9 the finite element analysis of the force transducer is presented.

în continuare se prezintă un exemplu de realizare și utilizare a dispozitivului în vederea determinării rezistenței la solicitarea compusă statică de tracțiune cu torsiune.below is an example of the realization and use of the device in order to determine the resistance to the static compound torsional stress.

Partea principală a mașinii o constituie șurubul cu bile 16 care, acționat fiind prin rotație, introduce în epruveta 29 o mișcare de translație și una de rotație necesare solicitărilor de tracțiune și torsiune, ca în fig. 1. Sistemul este acționat de un motor electric 1 prin intermediul unei transmisii prin curea 2, 3, 4, a unui reductor melcat 5 și a unei transmisii cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți 8, 9. Motorul 1 și reductorul 5 sunt fixate cu ajutorul unor șuruburi în placa de fixare 41. Prin intermediul acestor transmisii se urmărește reducerea turației motorului astfel încât rotirea epruvetei să se facă în limitele a 1-5 rot./min. Astfel, se poate spune că solicitarea are loc în condiții statice. Se are în vedere faptul că șurubul cu bile 16, este solidar cu roata dințată cilindrică 9 prin intermediul căruia primește un moment de torsiune de la pinionul dințat 8. Piulițele 14 și 17 ale șurubului cu bile 16 sunt împiedicate de către lagărele 14, respectiv 18, prin intermediul capacelor 15 și a penelor 19. în aceste condiții, șurubul cu bile 16 se va roti, dar va efectua și o mișcare de translație, mișcări ce se vor transmite și capătului din dreapta al epruvetei 29. Ținând cont de faptul că epruveta 29 are capătul din stânga fixat, fără a se putea deplasa sau roti, aceasta va fi solicitată static compus la tracțiune și torsiune. Pentru a facilita translația șurubului cu bile 16, roata dințată 9, pe lângă mișcarea de rotație primită, se va deplasa liber pe pinionul 8, antrenând, în acest sens, șurubul cu bile 16 cu care este solidară. Acesta este motivul pentru care pinionul 8 are lățime mai mare ce permite deplasarea roții dințate 9 spre dreapta (moment în care se produce încercarea propriu-zisă) și spre stânga (când are loc repoziționarea pentru o altă încercare). Pentru a se evita accidentele sau/și distrugerea unor componente, trebuie prevăzute limitatoarele de cursă dreapta-stânga 6 și 11. Se menționează și faptul că lățimea pinionului 8 trebuie astfel aleasă încât să permită și ajungerea la rupere a unor epruvete ductile, cu alungire mare la tracțiune.The main part of the machine is the ball screw 16 which, being actuated by rotation, introduces into the test piece 29 a translational and a rotational movement necessary for tensile and torsional stresses, as in fig. 1. The system is driven by an electric motor 1 through a belt drive 2, 3, 4, a worm gear reducer 5 and a spur gear drive with straight teeth 8, 9. The motor 1 and the reducer 5 are fixed with with the help of some screws in the fixing plate 41. By means of these transmissions, the aim is to reduce the engine speed so that the rotation of the sample is done within the limits of 1-5 rev./min. Thus, it can be said that the demand takes place under static conditions. It is taken into account that the ball screw 16 is integral with the cylindrical gear 9 through which it receives a torque from the toothed pinion 8. The nuts 14 and 17 of the ball screw 16 are prevented by the bearings 14 and 18, respectively , by means of the covers 15 and the wedges 19. under these conditions, the ball screw 16 will rotate, but it will also perform a translational movement, movements that will also be transmitted to the right end of the test piece 29. Taking into account the fact that the test piece 29 has the left end fixed, without being able to move or rotate, it will be statically loaded in tension and torsion. To facilitate the translation of the ball screw 16, the gear wheel 9, in addition to the rotational movement received, will move freely on the pinion 8, driving, in this sense, the ball screw 16 with which it is integral. This is the reason why the pinion 8 has a greater width that allows the gear 9 to move to the right (when the actual test occurs) and to the left (when repositioning for another test takes place). In order to avoid accidents and/or the destruction of some components, the right-left travel limiters 6 and 11 must be provided. It is also mentioned that the width of the pinion 8 must be chosen in such a way as to allow some ductile specimens with high elongation to break to traction.

în fig. 2 se prezintă cuplajul semielastic 12 care face legătura între roata dințată 9 și șurubul cu bile 16. Se constată că acest cuplaj se prinde cu șuruburi, fiind de asemenea centrat pe roata dințată 9 și se strânge elastic pe șurubul cu bile 16. Strângerea elastică cu ajutorul unor șuruburi este posibilă ca urmare a celor două canale, radial și axial.in fig. 2 shows the semi-elastic coupling 12 that makes the connection between the gear wheel 9 and the ball screw 16. It can be seen that this coupling is clamped with screws, being also centered on the gear wheel 9 and is elastically clamped on the ball screw 16. The elastic clamping with the use of screws is possible due to the two channels, radial and axial.

în fig. 3 se prezintă lagărele suport 13 și 18, de fixare împotriva deplasării și rotirii piulițelor șurubului cu bile 16. Din această figură se poate constata că este practicat un canal longitudinal pentru introducerea unei pene ce este fixată și pe piulițele șurubului cu bile 16. In acest fel se împiedică rotirea piulițelor. Tot în aceste lagăre sunt prevăzute găurile filetate în care se fixează capacele 15 ce împiedică deplasarea axială a piulițelor 14 și 17. Evident că lagărele suport 13 și 18 sunt fixate cu ajutorul șuruburilor în placa de bază 41.in fig. 3 shows the support bearings 13 and 18, for fixing against the movement and rotation of the nuts of the ball screw 16. From this figure it can be seen that a longitudinal channel is made for the insertion of a wedge which is also fixed on the nuts of the ball screw 16. In this this prevents the nuts from turning. Also in these bearings are provided the threaded holes in which the caps 15 are fixed, which prevent the axial movement of the nuts 14 and 17. Obviously, the support bearings 13 and 18 are fixed with the help of screws in the base plate 41.

în fig. 4 se prezintă cuplajul elastic 20, ce face legătura între șurubul cu bile 16 și traductorul de cuplu și unghi 22. Strângerea elastică pe cele două fusuri ale șurubului cu bile 16 și ale traductorului de cuplu 40 se face cu ajutorul a patru șuruburi fiind posibilă ca urmare a practicării canalului longitudinal.in fig. 4 shows the elastic coupling 20, which connects the ball screw 16 and the torque and angle transducer 22. The elastic tightening on the two spindles of the ball screw 16 and the torque transducer 40 is done with the help of four screws, being possible as following the practice of the longitudinal canal.

în fig. 5 se prezintă o vedere laterală a prinderii traductorului de cuplu și unghi 22 de mecanismul de translatare axial cu bile precum și fixarea acestuia din urmă pe placa 41. Se menționează faptul că ansamblul începând de la roata dințată 9 și până la bacul din dreaptain fig. 5 shows a side view of the attachment of the torque and angle transducer 22 to the axial translation mechanism with balls as well as the fixing of the latter to the plate 41. It is noted that the assembly starting from the gear wheel 9 and up to the right

RO 133445 Β1 de prindere al epruvetei 29 se rotește, dar se și deplasează (spre dreapta atunci când are 1 loc încercarea). Ca urmare, și traductorul de cuplu 40 se va deplasa, iar carcasa acestuia va avea și tendința de rotire. Pentru a se împiedica rotirea carcasei traductorului 40 (având 3 în vedere că trebuie să se rotească doar axul acestuia) și să se permită deplasarea traductorului, s-a impus soluția prezentată în fig. 5. Astfel, traductorul a este fixat de carcasa 5 b cu ajutorul șuruburilor c. Carcasa b este fixată la rândul ei de un ghidaj axial cu bile e, acesta rulând axial pe suportul f care, la rândul lui este prins cu ajutorul șuruburilor g de 7 placa h (cu notația 41 în fig. 1). în aceste condiții, vor avea loc următoarele mișcări:RO 133445 Β1 of the test piece 29 rotates, but also moves (to the right when the test has 1 place). As a result, the torque transducer 40 will also move and its housing will also tend to rotate. In order to prevent the rotation of the transducer housing 40 (having 3 in mind that only its axis must be rotated) and to allow the displacement of the transducer, the solution presented in fig. 5. Thus, the transducer a is fixed to the housing 5 b with the help of screws c. The housing b is in turn fixed to an axial guide with balls e, this running axially on the support f which, in turn, is fixed with the help of screws g to 7 plate h (with notation 41 in fig. 1). under these conditions, the following movements will take place:

Mișcare de translație și rotație a axului traductorului, fiind antrenat de cuplajul 20; 9Translation and rotation movement of the transducer axis, being driven by coupling 20; 9

Mișcare de translație a carcasei traductorului de cuplu 40 permisă de translarea ghidajului e dar împiedicată la rotire de același ghidaj prin intermediul suportului f care este fixat de 11 placa h, 41.Translational movement of the torque transducer housing 40 allowed by the translation of the guide e but prevented from rotating by the same guide by means of the support f which is fixed to the 11 plate h, 41.

în fig. 6 se prezintă cuplajul semielastic 24, de legătură între traductorul de cuplu și 13 unghi și bacul din dreapta de prindere a epruvetei. Așa cum am văzut și la cuplajul 12, strângerea elastică cu ajutorul pe axul traductorului de cuplu și unghi cu ajutorul șuruburilor 15 este asigurată de cele două canale, longitudinal și transversal. Bolțul 25 ce trece prin gaura prevăzută în acest cuplaj va prinde bacul din dreapta 27. Ca urmare, prinderea bacului din 17 dreapta dar și a celui din stânga se face prin intermediul a două articulații cilindrice. Acestea vor prelua o parte din jocurile ce pot apărea la fixarea epruvetei. 19 în fig. 7 se prezintă două desene de execuție ale bacurilor de prindere. Pentru solicitarea la torsiune, în interiorul bacurilor se prevede un locaș cu secțiunea pătrată, unde 21 vor intra, fără joc, capetele epruvetelor având aceeași formă (fig. 8). în partea de sus a bacurilor, sunt prevăzute capacele de fixare a epruvetei 28 și 30. Acestea se prind în bacuri 23 cu ajutorul a patru șuruburi. Transmiterea forței axiale la epruvetă se face prin intermediul umerelor prevăzute în bacuri și a zonei de trecere de la porțiunea cilindrică necalibrată la 25 porțiunea cu secțiune pătrată a epruvetei (fig. 8).in fig. 6 shows the semi-elastic coupling 24, connecting the torque transducer and the angle 13 and the right-hand sample holder. As we have also seen with the coupling 12, the elastic clamping with the help on the axis of the torque and angle transducer with the help of the screws 15 is ensured by the two channels, longitudinal and transverse. The pin 25 that passes through the hole provided in this coupling will catch the right-hand hook 27. As a result, the hooking of the right hook 17 and the left one is done by means of two cylindrical joints. These will take over some of the play that may occur when fixing the sample. 19 in fig. 7 shows two execution drawings of the grippers. For the torsional stress, a recess with a square section is provided inside the tanks, where the ends of the specimens having the same shape will enter, without play (fig. 8). in the upper part of the bins, there are provided the specimen fixing covers 28 and 30. They are fixed in the bins 23 with the help of four screws. The transmission of the axial force to the specimen is done by means of the shoulders provided in the tanks and the transition zone from the uncalibrated cylindrical portion to the square section portion of the specimen (fig. 8).

în fig. 9 se prezintă o vedere a traductorului de forță axială 35, care s-a conceput și 27 proiectat în mod special pentru măsurarea forței în cadrul acestui stand. Ca urmare, configurația acestui traductor ține seama de modul de aplicare a forței axiale și modul de 29 rezemare posibil. Așa cum s-a constatat și din fig. 1, rezemarea traductorului de forță s-a realizat pe baza sistemului compus din componentele 33 și 34. Piesa 33 se prinde de placa 31 41 și este utilizată pentru rezemarea efectivă a traductorului de forță axială în timp ce piesa 34, care, la rândul ei este fixată de palca 41, servește pentru sprijinirea pe direcția forței 33 axiale de solicitare a piesei 33. Pe zona curbată a traductorului de forță se montează 4 mărci tensometrice (fig. 1), astfel: două mărci în zona spre interior ce vor fi supuse la tracțiune și 35 două mărci spre exterior ce vor fi supuse la compresiune. în acest fel, se formează o punte Wheastone completă cu ajutorul căreia se pot face măsurători ale forței. 37 în cadrul standului trebuie prevăzute și sisteme de achiziție de date pentru următoarele mărimi: momentul de torsiune și unghiul de rotire a epruvetei (prin intermediul 39 legăturilor 40, forța axială (prin intermediul legăturilor 36) și deplasarea axială (prin intermediul legăturilor 39). Primele două mărimi se achiziționează de la traductorul de moment 41 de torsiune și unghi. Forța se achiziționează de la traductorul de forță proiectat și construit în mod special pentru acest scop. Deplasarea axială se achiziționează de un traductor de 43 deplasare 37. Acesta se fixează de placa 41 prin intermediul sistemului de fixare 38. Pe de altă parte, tija traductorului de deplasare este în contact direct cu discul rotativ 26, acesta 45 fiind fixat pe cuplajul semielastic 24. La deplasarea axială a întregului ansamblu, tija traductorului de deplasare va fi deplasată axial de către discul rotativ 26, furnizând, în acest 47 fel, semnal sistemului de achiziție de date.in fig. 9 shows a view of the axial force transducer 35, which has been specifically designed and engineered for force measurement within this stand. As a result, the configuration of this transducer takes into account the mode of application of the axial force and the mode of possible bearing. As seen from fig. 1, the support of the force transducer was made based on the system composed of components 33 and 34. The part 33 is attached to the plate 31 41 and is used for the effective support of the axial force transducer while the part 34, which in turn is fixed of the plate 41, serves to support the direction of the axial force 33 of stressing the part 33. On the curved area of the force transducer, 4 tensometric marks are mounted (fig. 1), as follows: two marks in the area towards the inside that will be subjected to traction and 35 two marks to the outside that will be subjected to compression. In this way, a complete Wheatstone bridge is formed with which force measurements can be made. 37 within the stand, data acquisition systems must also be provided for the following quantities: the torsional moment and the angle of rotation of the specimen (via 39 links 40), the axial force (via links 36) and the axial displacement (via links 39). The first two quantities are acquired from the torque and angle transducer 41. The force is acquired from the specially designed and constructed force transducer.The axial displacement is acquired from a displacement transducer 43. This is fixed by plate 41 by means of the fixing system 38. On the other hand, the rod of the displacement transducer is in direct contact with the rotating disk 26, this 45 being fixed on the semi-elastic coupling 24. During the axial movement of the whole assembly, the rod of the displacement transducer will be moved axially by the rotating disk 26, thus providing signal to the data acquisition system.

RO 133445 Β1RO 133445 Β1

Calculul rezistenței la solicitarea compusă statică de tracțiune cu torsiuneCalculation of resistance to static composite torsional tensile stress

Așa cum s-a constatat anterior, cu ajutorul standului pentru care se cere brevet de invenție, se pot încerca epruvete la solicitarea compusă de tracțiune cu torsiune. Prin intermediul traductoarelor montate pe stand și a unui sistem de achiziție de date, în momentul ruperii epruvetei se vor obține următoarele mărimi:As previously stated, with the stand for which the patent is sought, specimens can be tested under the compound torsional tensile stress. By means of the transducers mounted on the stand and a data acquisition system, at the moment of breaking the specimen the following quantities will be obtained:

- momentul de torsiune în N-m;- torsion moment in N-m;

- unghiul de rotire al epruvetei;- the angle of rotation of the sample;

- forța axială la rupere;- axial force at break;

- deplasarea la rupere.- displacement at break.

Se menționează faptul că printr-o achiziție judicioasă a datelor se pot trasa următoarele diagrame:It is noted that through judicious acquisition of data the following diagrams can be drawn:

- diagrama F-ΔΙ (forță - alungirea epruvetei);- diagram F-ΔΙ (force - elongation of the specimen);

- diagrama Mt-φ (moment de torsiune - unghi de rotire al epruvetei).- diagram Mt-φ (torsion moment - angle of rotation of the specimen).

Având forța axială la rupere, F_r se poate determina tensiunea normală la rupere, o_r, ca fiind:Given the axial force at failure, F _{r ,} the normal stress at failure, o _r , can be determined as:

unde A_o este aria secțiunii transversale inițiale a epruvetei.where A _o is the initial cross-sectional area of the specimen.

Având momentul de torsiune la rupere, Mt_r, se poate determina tensiunea tangențială la rupere, τ_Γ, ca fiind:Given the torsional moment at break, Mt _r , the tangential stress at break, τ _Γ , can be determined as:

în care Wp reprezintă momentul de inerție polar al secțiunii transversale și este dat de relația:where Wp represents the polar moment of inertia of the cross section and is given by the relation:

unde d reprezintă diametrul secțiunii transversale a epruvetei în zona calibrată, inițială.where d represents the cross-sectional diameter of the specimen in the calibrated, initial area.

Valoarea 12 de la numitor ține seama faptul că la rupere se ajunge în zona de deformare plastică. Pentru probe din materiale fragile se va lua valoarea 16.The value 12 in the denominator takes into account the fact that the plastic deformation zone is reached at the break. For samples from fragile materials, the value 16 will be taken.

în aceste condiții, rezistența la solicitarea compusă statică de tracțiune cu torsiune va fi dată de relația:under these conditions, the resistance to the static composite torsional tensile stress will be given by the relation:

σ = ^σ² + 4τ² >σ = ^σ ² + 4τ ² >

conform teoriei tensiunii tangențiale maxime aplicată epruvetelor ce prezintă o anumită ductilitate până la rupere și care se comportă aproape la fel la tracțiune și la compresiune, în funcție de comportarea la rupere a epruvetei solicitate, se poate face calculul pe baza unei relații corespunzătoare.according to the theory of the maximum tangential stress applied to the samples that show a certain ductility until breaking and that behave almost the same in tension and compression, depending on the breaking behavior of the tested sample, the calculation can be made based on a corresponding relationship.

Claims

RO 133445 Β1

Claim

Stand for testing the static composite load of traction and torsion, 3 consisting of a base plate (41) on which are fixed an electric motor (1), a worm reducer (5), an axial translation mechanism with balls (21 ) and some bearings (13,18), characterized by the fact that it consists of a ball screw (16) operated by the motor (1) which transforms the rotational movement into two movements, one of translation and the other of rotation, with the help some nuts 7 (14,17) mounted in bearings (13,18), a toothed wheel (9), which is integral with the ball screw (16) by means of a semi-elastic coupling (12), moving freely on a pinion (8) on 9 its entire width between stroke limiters (6, 11), and an elastic coupling (20) connects the ball screw (16) and a torque and angle transducer (22) fixed to the mechanism 11 of axial translation (21), another semi-elastic coupling (24) connecting the torque and angle transducer (22) and the clamp (27) of the specimen (29), which is clamped at the other end 13 in a clamp (31 ) to which an axial force transducer (35) resting on two components (33, 34) is attached, a displacement transducer (37) being tangent to a rotation disk (26) 15 coupled to the other clamping tray (28) of the test piece (29).