RU160927U1

RU160927U1 - INSTALLATION FOR TESTING FOR FLAT OF FLAT SAMPLES WHEN BENDING

Info

Publication number: RU160927U1
Application number: RU2015131427/28U
Authority: RU
Inventors: Василий Глебович Сазонов; Дмитрий Рустамович Абашев; Вячеслав Иванович Агальцов; Татьяна Петровна Дубинина
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2016-04-10

Abstract

Установка для испытаний на усталость плоских образцов при изгибе, содержащая основание с закрепленными на нем испытуемыми образцами, кривошипный механизм, рычаг которого шарнирно связан со штоком с установленным на нем приспособлением для передачи нагрузки на образец, выполненным с возможностью регулирования своего положения относительно штока, причем приспособление сделано в виде диска, по ободу которого сделана канавка, отличающаяся тем, что концевая часть каждого образца закреплена на установленной на основании установки стойке с расположенным на ней датчиком нагрузки образца при его изгибе, на противоположной концевой части которого закреплен зажим, снабженный установленным на оси роликом, размещаемым в рабочем состоянии установки в канавке обода приспособления.An installation for testing fatigue of flat specimens during bending, comprising a base with test specimens fixed on it, a crank mechanism, the lever of which is pivotally connected to the rod with a device mounted thereon for transferring the load on the specimen, adapted to adjust its position relative to the rod, and the device made in the form of a disk, along the rim of which a groove is made, characterized in that the end part of each sample is mounted on a rack installed on the basis of the installation with a sample load sensor located on it during bending, on the opposite end of which a clamp is fixed, equipped with a roller mounted on the axis and placed in the working state of the installation in the groove of the rim of the device.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, к испытательной технике: к устройствам для испытания на усталость плоских образцов при изгибе.The utility model relates to mechanical engineering, to a testing technique: to devices for fatigue testing of flat specimens in bending.

Стандартные испытания материалов на усталость обычно проводятся при испытаниях цилиндрических образцов. При этом образец вращается в условиях воздействия изгибающего момента (часто рассматриваются условия чистого изгиба, когда в различных сечениях рабочей части образца изгибающий момент имеет одно и то же значение). Поверхность образца полируется. Этот режим нагружения неприемлем для определения усталостных характеристик листовых материалов по ряду причин. В частности, листовой материал может быть тонким, из него сложно (или невозможно) изготовить стандартный цилиндрический образец нужного диаметра. У листового материала свойства поверхностного слоя могут существенно отличаться от свойств материала в других зонах и т.п. Поэтому требуется испытывать плоские образцы, вырезанные из листового материала.Standard material fatigue tests are usually carried out when testing cylindrical specimens. In this case, the sample rotates under the influence of a bending moment (the conditions of pure bending are often considered when the bending moment has the same value in different sections of the working part of the sample). The surface of the sample is polished. This loading mode is not acceptable for determining the fatigue characteristics of sheet materials for a number of reasons. In particular, the sheet material can be thin, it is difficult (or impossible) to produce a standard cylindrical sample of the desired diameter from it. For sheet material, the properties of the surface layer can differ significantly from the properties of the material in other zones, etc. Therefore, it is required to test flat samples cut from sheet material.

Известна машина для испытаний на усталость консольных образцов на изгиб в одной плоскости, ее схема показана на рис. 2.3 на стр. 33 в книге (см. книгу: Серенсен СВ., Гарф М.Э., Кузьменко В.А. Динамика машин для испытаний на усталость. М.: Машиностроение, 1967, 460 с). Об этой машине в указанной выше книге на стр. 33 сказано следующее. На рис. 2.3 изображена силовая схема машины для испытания плоских образцов на переменный изгиб в одной плоскости. Нагружаемая система машины состоит из консольного динамометра, жестко закрепленного в станине, и образца, укрепленного на свободном конце динамометра при помощи зажимного устройства. Динамические перемещения конца нагружаемой системы создаются шатуном и кривошипным механизмом. Изменение развиваемых нагрузок достигается путем регулирования радиуса кривошипа при остановке машины. Воспринимаемые образцом нагрузки определяются с помощью зеркала, укрепленного на зажимном устройстве и отражающего луч света от лампочки на шкалу. Длина наблюдаемой на шкале светлой полосы пропорциональна прогибу конца динамометра, следовательно, и величине изгибающего момента.A known machine for testing the fatigue of cantilever specimens for bending in one plane, its diagram is shown in Fig. 2.3 on p. 33 in the book (see book: Serensen SV., Garf ME, Kuzmenko VA, Dynamics of Fatigue Testing Machines. M: Mechanical Engineering, 1967, 460 s). About this machine in the above book on page 33 the following is said. In fig. 2.3 shows a power diagram of a machine for testing flat samples for variable bending in one plane. The loaded system of the machine consists of a cantilever dynamometer rigidly fixed in the bed, and a sample mounted on the free end of the dynamometer using a clamping device. Dynamic movements of the end of the loaded system are created by the connecting rod and crank mechanism. Changing the developed loads is achieved by adjusting the radius of the crank when the machine stops. The loads perceived by the sample are determined using a mirror mounted on a clamping device and reflecting a beam of light from the bulb onto the scale. The length of the light band observed on the scale is proportional to the deflection of the end of the dynamometer, and therefore to the magnitude of the bending moment.

Совпадающими признаками данной машины и заявляемой установки являются следующие. Конец плоского образца жестко закрепляется в зажимном устройстве. Причем одно зажимное устройство связано с консольной стойкой, которая одновременно выполняет роль динамометра. Колебания системы возбуждаются кривошипным механизмом через шатун и шарнир. Нагруженность образца регулируется при остановке машины путем изменения радиуса кривошипа.The matching features of this machine and the claimed installation are as follows. The end of the flat sample is firmly fixed in the clamping device. Moreover, one clamping device is connected to the cantilever rack, which simultaneously acts as a dynamometer. Oscillations of the system are excited by the crank mechanism through the connecting rod and hinge. The loading of the sample is regulated when the machine is stopped by changing the radius of the crank.

Недостатки данной машины заключаются в следующем. Эта испытательная машина предназначена для испытания только одного образца.The disadvantages of this machine are as follows. This test machine is designed to test only one sample.

Известен «Стенд для исследования поведения стали при циклическом нагружении» (см. стр. 491, 492 и рис. на стр. 491 в журнале «Заводская лаборатория», 1973, №4), этот стенд принят в качестве прототипа. Стенд состоит из двух установок, имеющих общий привод. Одна из них предназначена для определения долговечности, а вторая - для исследования закономерностей зарождения и распространения усталостных трещин. Испытания на долговечность можно проводить при одновременном циклическом изгибе десяти плоских образцов. Одним из концов каждый образец жестко закреплен в индивидуальной неподвижной колодке, установленной на плите; вторые концы образцов входят в пазы подвижных колодок, закрепленных на штоке. Шток получает возвратно-поступательное движение от шатунно-эксцентрикового узла, преобразующего вращательное движение шпинделя. При перемещении штока образец нагружается регулировочными винтами подвижных колодок.The well-known “Stand for studying the behavior of steel under cyclic loading” (see pages 491, 492 and the figures on page 491 in the journal Zavodskaya Lab, 1973, No. 4), this stand is adopted as a prototype. The stand consists of two units having a common drive. One of them is designed to determine the durability, and the second is to study the laws of nucleation and propagation of fatigue cracks. Durability tests can be carried out while cycling ten flat samples. At one end, each specimen is rigidly fixed in an individual fixed block mounted on a plate; the second ends of the samples are in the grooves of the movable blocks, fixed on the rod. The rod receives a reciprocating motion from the connecting rod-eccentric assembly, converting the rotational movement of the spindle. When moving the rod, the sample is loaded with adjusting screws of the moving blocks.

Амплитуду изгиба можно измерять индикатором по перемещению штока или измерительным микроскопом. Асимметрию цикла нагружения можно изменять перестановкой колодок на штоке или регулировкой винтов.The bending amplitude can be measured with a rod displacement indicator or a measuring microscope. The asymmetry of the loading cycle can be changed by rearranging the pads on the rod or by adjusting the screws.

На установке имеется блок автоматики (блок управления). Все образцы включены последовательно в низковольтную электрическую цепь. Поломка любого образца приводит к разрыву этой цепи, через систему реле отключается электродвигатель и электрочасы, срабатывает сигнализация.The installation has an automation unit (control unit). All samples are connected in series to the low voltage circuit. Failure of any sample leads to the breaking of this circuit, through the relay system, the electric motor and electric clock are turned off, an alarm is triggered.

Одновременно можно испытывать 10 образцов с амплитудой изгиба до 5 мм при любой асимметрии цикла нагружения. Частота нагружения 24 сек^-1. Предпочтительный размер образцов 2,5×12×70 мм.At the same time, 10 samples with a bending amplitude of up to 5 mm can be tested with any asymmetry in the loading cycle. The frequency of loading 24 sec ^-1 . The preferred sample size is 2.5 × 12 × 70 mm.

Совпадающими признаками этого устройства и заявляемой установки являются следующие. Установка позволяет одновременно испытывать несколько плоских образцов на усталость при изгибе. Нагружение образцов осуществляется путем возвратно-поступательного движения штока, который взаимодействует с захватами для крепления образцов. Возвратно-поступательное движение шток получает от шатунно-эксцентрикового узла.The matching features of this device and the claimed installation are as follows. The installation allows you to simultaneously test several flat specimens for bending fatigue. The loading of the samples is carried out by the reciprocating movement of the rod, which interacts with the grippers for mounting the samples. The reciprocating movement of the rod receives from the connecting rod-eccentric assembly.

Недостатки этого устройства заключаются в следующем. Такая схема установки для испытания образцов не дает возможности для каждого образца непрерывно записывать на ЭВМ значение циклической нагрузки.The disadvantages of this device are as follows. Such a setup for testing samples makes it impossible for each sample to continuously record the cyclic load value on a computer.

Задача полезной модели заключается в обеспечении одновременного испытания нескольких образцов при консольном изгибе с возможностью измерения и записи на ЭВМ нагрузки, прикладываемой к каждому образцу.The objective of the utility model is to provide simultaneous testing of several samples under cantilever bending with the ability to measure and record on the computer the load applied to each sample.

Данная задача решается тем, что при консольном изгибе концевая часть каждого образца крепится к стойке, закрепленной на основании, на которой установлен датчик, служащий для замера нагрузки при изгибе образца. При консольном изгибе на штоке крепится приспособление в виде толстого диска, по ободу которого сделана круговая канавка, служащая для шарнирного опирания устройства, служащего для крепления другой концевой части образца.This problem is solved by the fact that during cantilever bending, the end part of each specimen is attached to a stand fixed to the base on which a sensor is installed, which serves to measure the load when the specimen is bent. In the case of cantilever bending, a device in the form of a thick disk is mounted on the rod, along the rim of which a circular groove is made, which serves to hinge support the device, which serves to mount the other end of the sample.

Сущность полезной модели заключается в обеспечении возможности одновременного испытания нескольких образцов при условии, что для каждого образца значение циклической нагрузки непрерывно записывается на ЭВМ, что позволяет для каждого образца определить время до появления усталостной трещины и время роста трещины.The essence of the utility model is to enable the simultaneous testing of several samples, provided that for each sample the cyclic load value is continuously recorded on a computer, which allows for each sample to determine the time before the appearance of a fatigue crack and the crack growth time.

На фиг. 1 показана схема установки, подготовленной для испытаний образцов при консольном изгибе (вид сбоку, на фиг. 1 показана схема при условии изображения одного образца, чтобы не загромождать рисунок).In FIG. 1 shows a diagram of an apparatus prepared for testing samples with cantilever bending (side view, Fig. 1 shows a diagram provided that one sample is displayed so as not to clutter the picture).

На фигуре 1 обозначены следующие элементы.In figure 1, the following elements are indicated.

1 - испытуемый образец.1 - test sample.

2 - фигурная стойка (далее называется: стойка), которая неподвижно закреплена на основании. На этой стойке установлен датчик 3 нагрузки образца при его изгибе (например, наклеен тензодатчик), который служит для замера усилия и преобразования замеряемой величины в электрический сигнал, который может быть записан в память вычислительной машины.2 - figured stand (hereinafter referred to as: stand), which is fixedly mounted on the base. A sensor 3 of the sample load is mounted on this rack when it is bent (for example, a strain gauge is glued), which serves to measure the force and convert the measured value into an electrical signal that can be recorded in the memory of the computer.

3 - датчик нагрузки образца при его изгибе (например, наклеенный тензодатчик), который служит для замера усилия и преобразования замеряемой величины в электрический сигнал, который может быть записан в память вычислительной машины.3 - the load sensor of the sample when it is bent (for example, a glued strain gauge), which serves to measure the force and convert the measured value into an electrical signal that can be recorded in the memory of the computer.

4 - шатун кривошипного механизма.4 - connecting rod of the crank mechanism.

5 - шток, который движется поступательно (возвратно-поступательно) вдоль направляющей при работе кривошипного механизма. (На фиг. 1 между штоком 5 и ответными деталями условно показан зазор, но фактически шток 5 должен двигаться возвратно-поступательно вдоль направляющей с минимальным «люфтом».)5 - rod, which moves translationally (reciprocating) along the guide during operation of the crank mechanism. (In Fig. 1, a gap is conventionally shown between the stem 5 and the reciprocal parts, but in fact, the stem 5 should move back and forth along the guide with minimal “backlash”.)

6 - диск, по ободу которого сделана круговая канавка, предназначенная для шарнирного взаимодействия с концевой частью образца 1, закрепленного на стойке 2 (точнее, к концевой части образца 1 крепятся детали 9 и 10, с помощью которых осуществляется указанное выше шарнирное взаимодействие).6 - a disk, along the rim of which a circular groove is made, designed for articulated interaction with the end part of the sample 1, mounted on the rack 2 (more precisely, parts 9 and 10 are attached to the end part of the sample 1, with which the above articulated interaction is carried out).

7 - накладка, обеспечивающая жесткое крепление концевой части образца 1 к стойке 2 с помощью винта 8.7 - overlay, providing a rigid fastening of the end part of the sample 1 to the rack 2 using a screw 8.

8 - винт, с помощью которого накладка 7 крепится к стойке 2, обеспечивая жесткое крепление концевой части образца 1 к стойке 2.8 - screw, with which the pad 7 is attached to the rack 2, providing a rigid fastening of the end part of the sample 1 to the rack 2.

9 - зажим (захватный элемент), жестко закрепляемый на концевой части образца 1, снабженный установленным на оси роликом, размещаемым в рабочем состоянии установки в канавке обода диска 6 (ролик 10 обеспечивает шарнирное взаимодействие с деталью 6).9 - clamp (gripping element), rigidly fixed to the end of the sample 1, equipped with an axis mounted roller placed in the working state of the installation in the groove of the rim of the disk 6 (roller 10 provides articulated interaction with part 6).

10 - ролик (роликовая опора), установленный на оси (см. фиг. 1), установленной на элементе 9, служащий для обеспечения шарнирного взаимодействия с деталью 6.10 - roller (roller bearing) mounted on an axis (see Fig. 1) mounted on element 9, which serves to provide articulated interaction with part 6.

Если требуется осуществлять несимметричный цикл нагружения, то после установки и закрепления образца 1 путем смещения деталей задается начальный изгибающий момент образца 1.If you want to carry out an asymmetric loading cycle, then after installing and fixing the sample 1 by shifting the parts, the initial bending moment of the sample 1 is set.

Фактически такая схема нагружения обеспечивает при циклическом нагружении постоянную амплитуду перемещения соответствующих деталей (предполагается, что люфты малы, шток 5 движется строго поступательно вдоль направляющей и разрушение отдельных образцов не вносит заметных изменений в режим нагружения других образцов). При этом, для каждого образца, значение циклической нагрузки непрерывно записывается на ЭВМ, что позволяет определить время до появления усталостной трещины и время роста трещины. (Появление усталостных трещин сопровождается падением величины нагрузки.)In fact, such a loading scheme provides a constant amplitude of movement of the corresponding parts during cyclic loading (it is assumed that the backlashes are small, the rod 5 moves strictly translationally along the guide and the destruction of individual samples does not make noticeable changes in the loading mode of other samples). Moreover, for each sample, the value of the cyclic load is continuously recorded on a computer, which allows you to determine the time before the appearance of a fatigue crack and the crack growth time. (The appearance of fatigue cracks is accompanied by a drop in the magnitude of the load.)

Образцы 1 для испытаний на консольный изгиб могут иметь разную форму, очертание образцов может быть фигурным, одно из основных требований к форме образцов заключается в том, чтобы обеспечивалось разрушение образцов в рабочей зоне.Samples 1 for cantilever bending tests may have a different shape, the shape of the samples may be curly, one of the main requirements for the shape of the samples is to ensure the destruction of the samples in the working area.

Подготовка к испытаниям и работа установки при изгибе консольных образцов (см. фиг. 1) осуществляется следующим образом. На шток 5 устанавливают деталь 6. Сначала высота крепления детали 6 к штоку 5 определяется эмпирически (при необходимости затем будет сделана «поправка»). К основанию крепят стойки 2. Предполагается, что тензодатчик 3 (или другой датчик) оттарирован. Если он не оттарирован, то проводится его тарировка (или проверка). С помощью накладки 7, винта 8 и зажима (захватного элемента) 9 устанавливают образец 1 так, чтобы ролик 10 обеспечивал шарнирное взаимодействие с деталью 6. Датчик 3 подключают к ЭВМ. Вращая кривошипный механизм вручную и, при необходимости, регулируя величину плеча крепления рычага 4 к шатунному механизму, смещая элемент 6 относительно штока 5, добиваются, чтобы датчик 3 показывал требуемые значения нагрузки (цикл нагружения может быть симметричным, или иметь постоянную составляющую, на которую накладывается переменная составляющая). Предполагается, что размеры образца 1, высота детали 2, зона ее крепления к основанию и размеры других деталей заранее подобраны так, что обеспечивается возможность сбора деталей установки по схеме, указанной на фиг. 1.Preparation for testing and operation of the installation when bending cantilever samples (see Fig. 1) is as follows. Part 6 is installed on the stem 5. First, the mounting height of the part 6 to the stem 5 is determined empirically (if necessary, an “amendment” will then be made). Racks 2 are attached to the base. It is assumed that the strain gauge 3 (or another sensor) is calibrated. If it is not calibrated, then it is calibrated (or checked). Using the lining 7, the screw 8 and the clamp (gripping element) 9, the sample 1 is installed so that the roller 10 provides articulated interaction with the part 6. The sensor 3 is connected to the computer. Rotating the crank mechanism manually and, if necessary, adjusting the arm of the lever 4 to the connecting rod mechanism, shifting the element 6 relative to the rod 5, make sure that the sensor 3 shows the required load values (the loading cycle can be symmetrical, or have a constant component, on which is superimposed variable component). It is assumed that the dimensions of the sample 1, the height of the part 2, the area of its attachment to the base, and the dimensions of the other parts are pre-selected so that it is possible to collect the installation parts according to the scheme indicated in FIG. one.

В том числе, предполагается, что расстояние между стойкой 2 и штоком 5 отрегулировано так, что обеспечивается установка образца 1 заданных размеров и стойка 2 неподвижно закреплена на основании (после регулировки этого расстояния). Обычно испытывают серию одинаковых образцов 1 (в принципе образцы 1 могут быть изготовлены из разных материалов или иметь разную толщину). Аналогичным образом устанавливают остальные образцы 1. В «идеальных» условиях показания датчиков 3 должны быть одинаковыми для всех образцов, если образцы одинаковы. Фактически на практике по ряду причин (люфты в системе, разброс размеров образцов и т.д.) обычно наблюдается некоторый разброс значений усилия, воздействующего на образец. Но датчик 3 установлен на каждой стойке 2. И для каждого образца в память ЭВМ записывается величина нагрузки. «Спад» значения величины нагрузки (для конкретного образца) свидетельствует о том, что в образце образовалась усталостная трещина.Including, it is assumed that the distance between the stand 2 and the rod 5 is adjusted so that the sample 1 is set to the specified size and the stand 2 is fixedly mounted on the base (after adjusting this distance). Usually they test a series of identical samples 1 (in principle, samples 1 can be made of different materials or have different thicknesses). The remaining samples 1 are installed in a similar manner. Under “ideal” conditions, the readings of the sensors 3 should be the same for all samples if the samples are the same. In fact, in practice, for a number of reasons (backlash in the system, variation in sample sizes, etc.), a certain variation in the values of the force acting on the sample is usually observed. But the sensor 3 is installed on each rack 2. And for each sample, the load value is recorded in the computer memory. A “decline” in the value of the load (for a particular specimen) indicates that a fatigue crack has formed in the specimen.

После соответствующей настройки деталь 6 неподвижно закрепляют на штоке 5. Для неподвижного закрепления детали 6 на штоке 5, шток 5 может иметь резьбу, на которую навинчиваются гайки (и контргайки) или деталь 6 может быть снабжены специальными винтами (на фиг. 1 приспособления для неподвижного закрепления детали 6 на штоке 5 не показаны).After appropriate adjustment, the part 6 is fixedly mounted on the rod 5. For the fixed part 6 to be fixed on the rod 5, the rod 5 can have a thread onto which the nuts (and locknuts) are screwed on or the part 6 can be equipped with special screws (in Fig. 1 fixing parts 6 to the stem 5 are not shown).

Когда установлено требуемое количество образцов 1 и проделаны другие операции (датчики 3, установленные на деталях 2, подключены к ЭВМ (датчики 3 позволяют регистрировать величину нагрузки и количество циклов нагружения); деталь 6 неподвижно закреплена на штоке 5 и др.), включают электродвигатель, который вращает кривошипный механизм; с помощью рычага 4 вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение штока 5. При этом образец подвергается циклическим нагрузкам.When the required number of samples 1 is set and other operations are done (sensors 3 mounted on parts 2 are connected to a computer (sensors 3 allow recording the magnitude of the load and the number of loading cycles); part 6 is fixedly mounted on the rod 5 and others), turn on the electric motor, which rotates the crank mechanism; using the lever 4, the rotational movement is converted into the reciprocating motion of the rod 5. In this case, the sample is subjected to cyclic loads.

Claims

An installation for testing fatigue of flat specimens in bending, comprising a base with test specimens fixed on it, a crank mechanism, the lever of which is pivotally connected to the rod with a device mounted thereon for transferring the load on the specimen, adapted to adjust its position relative to the rod, made in the form of a disk, along the rim of which a groove is made, characterized in that the end part of each sample is mounted on a rack installed on the basis of the installation with a sample load sensor located on it during bending, on the opposite end of which a clamp is fixed, equipped with a roller mounted on the axis, placed in the working state of the installation in the groove of the rim of the device.