RU2010151C1 - Тензометр для измерения поперечных деформаций образца - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к испытытельной технике, в частности к устройствам для измерения поперечных деформаций. Цель изобретения - повышение производительности и информативности путем измерения поперечных деформаций по ширине и толщине листового образца при испытании на одноосное растяжение. Тензометр, навешиваемый в процессе испытания на образец, снабжен узлами измерения деформаций по ширине и толщине. Каждый узел состоит из двух опор с контактными губками, установленных с возможностью относительного поступательного перемещения и связанных между собой упругим элементом с размещенными на нем тензодатчиками. При установке тензометра на исследуемый образец узел измерения деформаций по толщине выдвигается из области, где размещается сечение образца, под действием пневмопривода. Тензометр снабжен также отжимным механизмом, выполненным в виде двух качающихся коромысел, с помощью которых осуществляется отвод от образца опор узла измерения деформаций по ширине. 5 ил.

Description

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для измерения деформаций образцов листовых материалов при их одноосном растяжении, и может быть использовано при определении качества автокузовного металла и других видов листовых материалов.

Известен тензометр для определения поперечной деформации образца, содержащий гибкую ленту, охватывающую образец, и упругую металлическую С-образную скобу с наклеенными на ней тензодатчиками, закрепленную на концах ленты и охватывающую ее [1] .

Недостаток известного тензометра - невозможность одновременного измерения с его помощью деформаций по ширине и толщине плоского образца, так как тензометр регистрирует лишь изменение периметра поперечного сечения образца.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является тензометр для определения поперечных деформаций листовых образов при испытании на сжатие и растяжение, содержащий два жестких опорных элемента с установочными призмами, контактирующими с образцом, которые размещены с возможностью относительного поступательного перемещения и связаны между собой упругим элементом с наклеенными на нем тензодатчиками, и отжимной механизм [2] .

Недостатком известного тензометра является необходимость больших затрат времени для установки его на образец, т. к. вначале необходимо вращение гайки отжимного механизма развести установочные призмы на расстояние большее, чем ширина образца, затем разместить образец между призмами и вращением гайки в другую сторону сблизить призмы до касания ими образца. Кроме того, известный тензометр невозможно установить на образец, закрепленный в захватах испытательной машины. Известная конструкция не позволяет одновременно определять деформации образца по ширине и толщине.

Цель изобретения - повышение производительности и информативности путем измерения поперечных деформаций по ширине и толщине листового образца при испытании на одноосное растяжение.

Поставленная цель достигается тем, что тензометр для измерения поперечных деформаций образца, содержащий две установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения друг относительно друга и соединенные посредством упругого элемента опоры с двумя контактными губками, предназначенными для установки на измеряемый образец, механизм перемещения опор и тензодатчики, размещенные на другом элементе, снабжен третьей опорой, установленной на одной из первых двух опор с возможностью перемещения вдоль нее и выполненной в виде предназначенной для охвата образца скобы с контактной губкой, установленной на третьей опоре с возможностью перемещения относительно нее и фиксации, четвертой опорой с контактной губкой, встречно направленной контактной губке третьей опоры и предназначенной для установки на измеряемый образец, вторым упругим элементом, один конец которого закреплен на третьей опоре, а другой - на четвертой опоре, тензодатчиками, размещенными на втором упругом элементе, и механизмом перемещения третьей и четвертой опор, выполненным в виде установленного коаксиально четвертой опоре с возможностью продольного перемещения и фиксации пневмоцилиндра с двумя сообщающимися полостями разного диаметра и сквозным отверстием в полости большого диаметра, поршня, установленного в полости большого диаметра пневмоцилиндра с возможностью продольного перемещения и перекры- вания сквозного отверстия, двух рычагов, одними концами шарнирно соединенных с поршнем, и плунжера, жестко соединенного с третьей опорой и установленного в полости меньшего диаметра с возможностью продольного перемещения. Механизм перемещения первых двух опор выполнен в виде двух коромысл, каждое из которых шарнирно соединено осью поворота с пневмоцилиндром, одним плечом - с одной из первых двух опор, а другим плечом - со вторым концом соответствующего рычага механизма перемещения третьей и четвертой опор.

На фиг. 1 показан тензометр, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - тензометр, вид слева; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Тензометр включает в себя опоры 1, 2 с губками 3, 4, контактирующими с кромками исследуемого плоского образца 5, и опоры 6, 7 с губками 8, 9, контактирующими с плоскостями образца 5. Опоры 1, 2 соединены между собой направляющими парами, состоящими из закрепленных на опоре 1 призм 10, 11 и охватывающих их П-образных планок 12, 13, закрепленных на опоре 2. Опора 1 подпружинена относительно опоры 2 упругим элементом 14 в виде пластинчатой пружины, концы которой входят в углубления 15, выполненные в опорах 1, 2.

На упругом элементе 14 расположен датчик 16 регистрации деформации образца 5 по ширине. Взаимное сближение опор 1, 2 ограничивается касанием плоскостей планок 12, 13 плоскости опоры 1. Опора 6 выполнена в виде скобы, внутри которой располагается в процессе испытания листовой образец 5. На опоре 6 имеется прорезь, в которую входит опора 1. В свою очередь, опора 6 входит в прорезь опоры 7. Опора 7 подпружинена относительно опоры 6 упругим элементом 17 в виде пластинчатой пружины, концы которой входят в углубление 18 опоры 6 и углубление 19 в поперечине 20, закрепленной на опоре 7 и размещенной в диагональных прорезях опор 6 и 7. На другом элементе 17 расположен датчик 21 регистрации деформации образца по толщине. Концевая часть опоры 6 выполнена в виде плунжера 22, установленного с возможностью перемещения в пневмоцилиндре 23. Пневмоцилиндр 23 шарнирно соединен с помощью установочных винтов 24 со средними частями двух коромысел 25, 26, концы которых входят в прорези опор 1, 2 и шарнирно соединены с ними посредством осей 27, 28. На противоположных концах коромысел 25, 26 выполнены нажимные площадки, через которые оператор воздействует на коромысла 25, 26 при установке тензометра на образец. Внутри пневмоцилиндра 23 выполнены две сообщающиеся полости различных диаметров. Со стороны полости меньшего диаметра в пневмоцилиндре размещен плунжер 22 опоры 6, со стороны полости большего диаметра установлен поршень 29, соединенный с помощью осей 30, 31, 32 и рычагов 33, 34 с коромыслами 25, 26. Диаметры полостей пневмоцилиндра 23 с рассчитаны таким образом, чтобы под воздействием давления, создаваемого внутри пневмоцилиндра 23 при движении поршня 29, перемещался плунжер 22 с опорами 6, 7 и в конце хода плунжера 22 преодолевалось усилие сопротивления упругого элемента 17. В стенке цилиндра 23 выполнено сквозное отверстие 35, соединяющее полость большего диаметра с атмосферой. Указанное отверстие 25 может перекрываться поршнем 29 при его перемещении в цилиндре 23. Своими угловыми участками опора 7 охватывает наружную поверхность цилиндра 23 и направляется по ней при их относительном перемещении. В указанных угловых участках закреплены ограничители 36, контактирующие в своих крайних положениях со стенками пазов 37, выполненных на цилиндре 23. Ограничение сближения опоры 7 с опорой 6 (при отсутствии между ними образца 5) обеспечивается упором 38, закрепленном на опоре 7, при взаимодействии его со стенкой паза 39, выполненного в опоре 6. Датчики 16, 21 выполнены в виде одного или нескольких тензорезисторов, включенных с помощью проводников в электрическую цепь, сигналы от которых через усилитель поступают на ЭВМ (проводники, усилитель, ЭВМ на чертежах не показаны), где происходит их обработка и вывод результатов испытаний в цифровой или графической форме (например построение зависимости истинного напряжения от деформации образца, т. е. кривой упрочнения). В данном тензометре могут быть применены и другие виды датчиков, регистрирующих относительное перемещение соответствующих пар опор (например, индуктивные, емкостные и т. д. ).

Установка тензометра на исследуемый образец, закрепленный в захватах испытательной машины, производится следующим образом. В исходном положении при отсутствии образца 5 между парами губок 6, 7 и 8, 9 смыканию губок 8, 9 препятствует упор 38, обеспечивающий зазор между ними величиной меньше, чем минимальная толщина образца 5, достигаемая при его деформации. При этом губки 8, 9 опор 6, 7 располагаются в пространстве между губками 3, 4 опор 1, 2. При таком взаимном расположении губок установить тензометр на закрепленный в захватах образец 5 невозможно без опасности его повреждения. Перед установкой тензометра надавливают на нажимные площадки коромысел 25, 26, сближая оси 31, 32. Коромысла 25, 26 поворачиваются вокруг осей 24, противоположные концы коромысел с осями 27, 28 расходятся и раздвигают связанные с ними опоры 1, 2, преодолевая усилие упругого элемента 14. Одновременно рычаги 33, 34 через ось 30 воздействуют на поршень 29 и перемещают его внутрь пневмоцилиндра 23. При своем перемещении поршень 29 перекрывает отверстие 35, соединяющее полость пневмоцилиндра 23 с атмосферой. Воздух в полости сжимается и начинает воздействовать на плунжер 22 опоры 6, выталкивая его из пневмоцилиндра 23. Вместе с опорой 6 перемещаются опора 7 и стягивающий их упругий элемент 17. После выхода губок 8, 9 за пределы зоны, перекрываемой губками 3, 4 опора 7 останавливается, так как ее ограничители 36 упираются в стенки пазов 37 пневмоцилиндра 23. Опора 6 продолжает перемещаться, преодолевая усилие упругого элемента 17, до тех пор, пока ее участок, находящийся внутри опоры 17, не войдет в контакт со стенкой паза опоры 7. При этом зазор между губками 8, 9 становится больше толщины образца 5. Дальнейшее воздействие на нажимные площадки коромысел 25, 26 не будет приводить к перемещению опор 6, 7. В таком положении тензометр перемещают вдоль выбранного сечения образца 5, так, чтобы губки 8, 9 двигались параллельно плоскости образца, не касаясь его. Перемещение тензометра прекращается, когда губки 8, 9 достигнут середины сечения образца. Для более точного расположения губок 8, 9 по отношению к сечению образца на опоре 6 внутри скобы могут быть установлены предварительные упругие фиксаторы (не показаны), с которыми взаимодействует боковая кромка образца 5 в момент достижения губками 8, 9 середины сечения. Затем визуально ориентируют тензометр так, чтобы плоскость, в которой находятся все четыре губки, расположилась перпендикулярно оси образца, и, коснувшись губкой 9 плоскости образца 5, начинают плавно уменьшать усилие воздействия на нажимные площадки коромысел 25, 26. Под воздействием упругого элемента 14 опоры 1, 2 перемещаются по направляющим 10, 11 и 12, 13 навстречу друг другу. Коромысла 26, 25 поворачиваются относительно осей 24, и концы коромысел с осями 31, 32 расходятся. Рычаги 33, 34 через ось 30 воздействуют на поршень 29, выдвигая его из пневмоцилиндра 23. В полостях пневмоцилиндра 23 создается разрежение, под воздействием которого плунжер 22 опоры 6 начинает перемещаться внутрь цилиндра 23. Происходит касание плоскости образца губкой 8, и образец оказывается зажатым между губками 8, 9 под воздействием упругого элемента 17. После того, как губки 8, 9 с опорами 6, 7 зафиксируются на образце и станут неподвижными, дальнейшее ослабление усилия на нажимные площадки сопровождают плавным перемещением тензометра по направлению к образцу, при этом плунжер 22 продолжает входить внутрь пневмоцилиндра, а образец оказывается расположенным между губками 3, 4 опор 1, 2. В определенный момент поршень 29 перестает перекрывать отверстие 35, и полости цилиндра 23 соединяются с атмосферой. При открытом отверстии 35 последующее перемещение поршня 29 не вызывает разрежения в полостях цилиндра, и необходимость в перемещении цилиндра 23 (а следовательно, и тензометра) относительно неподвижного плунжера 22 отпадает. Производят смыкание губок 3, 4 на кромках образца 5. В случае, если губки 8, 9 сомкнулись не точно в центре сечения образца, то при смыкании губок 3, 4 с образцом 5 под воздействием усилия упругого элемента 14 произойдет смещение губок 8, 9 в центр сечения образца. Для этого соответствующим образом рассчитывают соотношение усилий упругих элементов 14 и 17. Кроме того, губки 8, 9 могут быть выполнены в виде роликов. В результате контакта четырех губок с образцом тензометр удерживается на образце. При необходимости опрокидывающий момент, возникающий от веса деталей тензометра, расположенных по одну сторону образца, компенсируют уравновешивателями, располагаемыми по другую сторону образца (не показаны). В случае горизонтального расположения захватов в испытательной машине необходимость в уравновешивании тензометра не возникает.

После установки на образец тензометр работает следующим образом. Под действием усилия испытательной машины образец растягивается, уменьшаются размеры его поперечного сечения. Упругие элементы 14, 17, поджимающие опоры 1, 2 с губками 3, 4 и опоры 6, 7 с губками 8, 9 к образцу 5, изменяют свою кривизну, что приводит к изменению сопротивления тензорезисторов 16, 21 и тока в электрической цепи, в которую эти тензорезисторы включены. Указанные изменения регистрируются и обрабатываются с помощью ЭВМ, которая представляет результаты испытаний в удобной для экспериментатора форме. Перемещение губок 3, 4 и 8, 9 вслед за изменяющимся сечением образца в процессе испытания приводит к перемещениям плунжера 22, опоры 7 и поршня 29 относительно цилиндра 23. Однако эти перемещения происходят при открытом отверстии 35, и избыточного давления или разрежения в полостях цилиндра 23 не возникает.

Съем тензометра с образца производят аналогично установке. При этом воздействие на нажимные площадки коромысел 25, 26 сопровождают плавным перемещением тензометра в направлении от образца 5. Указанное перемещение производят после того, как губки 3, 4 перестанут удерживать боковые кромки образца.

Описанный тензометр позволяет повысить производительность испытаний вследствие возможности быстрой его установки на закрепленный в захватах испытательной машины образец. Поскольку тензометр позволяет измерять деформации в двух перпендикулярных направлениях сечения образца и имеет небольшой габаритный размер в направлении оси образца, становится возможным установить несколько тензометров по длине рабочей части образца, регистрируя деформации в нескольких его сечениях. Это позволяет определять характеристики неравномерности свойств листовых материалов (т. е. параметры анизотропии), что является важнейшим критерием оценки пригодности листовой стали к штамповке деталей различной степени сложности. (56). 1. Авторское свидетельство СССР N 700776, кл. G 01 B 5/30, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР N 315006, кл. G 01 B 7/16, 1969.

Claims (1)

1. ТЕНЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОБРАЗЦА , содеpжащий две установленные с возможностью возвpатно-поступательного пеpемещения одна относительно дpугой и соединенные посpедством упpугого элемента опоpы с двумя контактными губками, пpедназначенными для установки на измеpяемый обpазец, механизм пеpемещения опоp и тензодатчики, pазмещенные на упpугом элементе, отличающийся тем, что, с целью повышения пpоизводительности и инфоpмативности путем измеpения попеpечных дефоpмаций по шиpине и толщине листового обpазца пpи испытании на одноосное pастяжение, он снабжен тpетьей опоpой, установленной на одной из пеpвых двух опоp с возможностью пеpемещения вдоль нее и выполненной в виде пpедназначенной для охвата обpазца скобы с контактной губкой, установленной на тpетьей опоpе с возможностью пеpемещения относительно нее и фиксации четвеpтой опоpой с контактной губкой, встpечно напpавленной контактной губке тpетьей опоpы и пpедназначенной для установки на измеpяемый обpазец, втоpым упpугим элементом, один конец котоpого закpеплен на тpетьей опоpе, а дpугой - на четвеpтой опоpе, тензодатчиками, pазмещенными на втоpом упpугом элементе, и механизмом пеpемещения тpетьей и четвеpтой опоp, выполненным в виде установленного коаксиально четвеpтой опоpе с возможностью пpодольного пеpемещения и фиксации пневмоцилиндpа с двумя сообщающимися полостями pазного диаметpа и сквозным отвеpстием в полости большего диаметpа, поpшня, установленного в полости большего диаметpа пневмоцилиндpа с возможностью пpодольного пеpемещения и пеpекpывания сквозного отвеpстия, двух pычагов, одними концами шаpниpно соединенных с поpшнем, и плунжеpа, жестко соединенного с тpетьей опоpой и установленного в полости меньшего диаметpа с возможностью пpодольного пеpемещения, а механизм пеpемещения пеpвых двух опоp выполнен в виде двух коpомысел, каждое из котоpых шаpниpно соединено осью повоpота с пневмоцилиндpом, одним плечом - с одной из пеpвых двух опоp, а дpугим плечом - с втоpым концом соответствующего pычага механизма пеpемещения тpетьей и четвеpтой опоp.

Images