RU2437075C1

RU2437075C1 - Installation for fatigue tests of compact specimens at bending with twisting

Info

Publication number: RU2437075C1
Application number: RU2010125542/28A
Authority: RU
Inventors: Роман Адольфович Починков (RU); Роман Адольфович Починков; Михаил Николаевич Чура (RU); Михаил Николаевич Чура
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-12-20

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: installation for fatigue tests of compact specimens at bending with twisting consists of bed, of passive and active grippers, of loading device of lever type and of crank mechanism. The installation is equipped with a rotary table with angle of turn 0-90 (0 - bending, 90 - twisting), with a hollow lever with a loading lever inside it, and with a system of spring shock absorbers. Also, the passive gripper is secured on the rotary table, while the active gripper is rigidly connected with a hollow lever. Levers interact by means of the spring shock absorbers with regulated spring tightening. The crank mechanism has a crank of controlled length. A screw gear actuates a slider to travel along guides thus changing length of the crank. Displacement of the crank mechanism in vertical plane is actuated with a gear "screw-nut". ^ EFFECT: wide range control of combination of bending and twisting moments in compact specimen at fatigue tests, simple and compact installation. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов.The invention relates to machines for fatigue testing and can be used to obtain mechanical characteristics of materials.

Известна установка для испытания образцов на усталость при изгибе с кручением, содержащая кривошипный возбудитель, включающий маховик с кривошипом и шатун, а также активный захват, посредством пружины связанный с шатуном и шарнирно соединенный со станиной [Авторское свидетельство СССР №1185178 МПК G01N 3/34]. При этом изгиб образца осуществляется за счет поворота активного захвата в плоскости, проходящей через ось маховика, а кручение - за счет силы трения, возникающей вследствие взаимодействия боковой поверхности активного захвата с боковой поверхностью маховика. Недостатками установки является невозможность регулировки соотношения крутящего и изгибающего моментов, невозможность реализации жесткого режима нагружения в широком интервале амплитуд, особенно в части задания крутящего момента, а также однонаправленное закручивание образца в процессе кручения.A known installation for testing samples for fatigue in bending with torsion, containing a crank pathogen, including a flywheel with a crank and a connecting rod, as well as an active grip, by means of a spring connected to the connecting rod and pivotally connected to the bed [USSR Author's Certificate No. 1185178 IPC G01N 3/34] . In this case, the bending of the sample is carried out due to the rotation of the active capture in the plane passing through the axis of the flywheel, and torsion due to the friction force arising from the interaction of the side surface of the active capture with the side surface of the flywheel. The disadvantages of the installation are the impossibility of adjusting the ratio of torque and bending moments, the inability to implement a rigid loading mode in a wide range of amplitudes, especially in terms of setting the torque, as well as unidirectional twisting of the sample during torsion.

Наиболее близкой к изобретению является машина для испытаний на усталость образцов и деталей при изгибе с кручением, содержащая: вал с вилкой, в котором шарнирно установлен активный захват; направляющую, шарнирно установленную на станине с возможностью поворота в плоскости изгиба, в которой расположен вал; редуктор с изменяемым передаточным отношением, связывающий возбудитель для изгиба образца с устройством для нагружения образца крутящим моментом [Авторское свидетельство СССР №732732 МПК G01N 3/34]. Недостатками этой машины является появление дополнительных напряжений в образце и конструктивных элементах механизма нагружения вследствие статической неопределимости схемы нагружения, что не позволяет в полной мере реализовать регулирование соотношения крутящего и изгибающего моментов, а также влияет на чистоту эксперимента.Closest to the invention is a machine for testing the fatigue of samples and parts in bending with torsion, comprising: a shaft with a fork in which an active grip is pivotally mounted; a guide pivotally mounted on the bed with the possibility of rotation in the bending plane in which the shaft is located; gearbox with variable gear ratio, connecting the pathogen for bending the sample with a device for loading the sample with torque [USSR Author's Certificate No. 732732 IPC G01N 3/34]. The disadvantages of this machine are the appearance of additional stresses in the sample and structural elements of the loading mechanism due to the static indeterminacy of the loading scheme, which does not allow to fully realize the regulation of the ratio of torque and bending moments, and also affects the purity of the experiment.

Целью изобретения является обеспечение возможности регулирования в широких пределах сочетания величин изгибающего и крутящего моментов в компактном образце при проведении усталостных испытаний.The aim of the invention is to enable regulation over a wide range of combinations of bending and torque values in a compact sample during fatigue tests.

Указанная цель достигается тем, что установка для испытаний на усталость компактных образцов при изгибе с кручением, содержащая станину, пассивный и активный захваты, нагружающее устройство рычажного типа и кривошипно-шатунный механизм, снабжена поворотным столиком с углом поворота 0-90° (0° - изгиб, 90° - кручение), полым рычагом с размещенным внутри него нагружающим рычагом, системой пружинных амортизаторов и кривошипно-шатунным механизмом с кривошипом регулируемой длины, при этом пассивный захват закреплен на поворотном столике, активный захват жестко сочленен с полым рычагом, взаимодействие рычагов осуществляется посредством пружинных амортизаторов с регулируемой затяжкой пружин, изменение длины кривошипа происходит посредством перемещения ползуна по направляющим с использованием винтовой передачи, а перемещение кривошипно-шатунного механизма в вертикальной плоскости осуществляется передачей «винт-гайка».This goal is achieved by the fact that the installation for fatigue testing of compact samples under bending with torsion, containing a bed, passive and active grips, a lever-type loading device and a crank mechanism, is equipped with a rotary table with a rotation angle of 0-90 ° (0 ° - bending, 90 ° - torsion), a hollow lever with a loading lever located inside it, a spring shock absorber system and a crank mechanism with an adjustable length crank, while the passive grip is fixed on the turntable, active capture rigidly joined with a hollow lever arm is carried out by reacting spring dampers with adjustable tightening springs, a change of the crank length takes place by moving the slide along the guide with the helical gear, and the movement of the crank mechanism vertical transfer is performed "screw-nut".

Техническим результатом является создание в компактном образце сложного напряженно-деформированного состояния с возможностью регулирования в широких пределах сочетания величин изгибающего и крутящего моментов. Предложенное техническое решение обеспечивает общую техническую простоту и компактность установки.The technical result is the creation in a compact sample of a complex stress-strain state with the possibility of regulation over a wide range of combinations of bending and torque values. The proposed technical solution provides overall technical simplicity and compactness of the installation.

Сущность изобретения заключается в снабжении установки поворотным столиком с размещением на нем пассивного захвата, что позволяет регулировать соотношение изгибающих и крутящих моментов, действующих в компактном образце, при повороте столика на угол от 0 до 90° (0° - изгиб, 90° - кручение). Снабжение кривошипа механизмом регулирования длины дает возможность изменять амплитуду цикла нагружения. Использование пружинных амортизаторов, наряду с сочленением полого и нагружающего рычагов, позволяет осуществлять более точную корректировку амплитуды цикла нагружения. Возможность перемещения кривошипно-шатунного механизма в вертикальной плоскости позволяет реализовать жесткие режимы нагружения компактного образца.The essence of the invention is to provide the installation with a rotary table with a passive grip on it, which allows you to adjust the ratio of bending and torques acting in a compact sample when the table is rotated by an angle from 0 to 90 ° (0 ° - bending, 90 ° - torsion) . The supply of the crank with a length control mechanism makes it possible to change the amplitude of the loading cycle. The use of spring shock absorbers, along with the articulation of the hollow and loading levers, allows for more accurate adjustment of the amplitude of the loading cycle. The ability to move the crank mechanism in a vertical plane allows you to implement hard loading modes of a compact sample.

В отличие от прототипа, где крутящий момент в образце создается за счет поворота вала, размещенного в направляющей активного захвата, и выполненного отдельным узлом, при неподвижном пассивном захвате, в заявляемой установке пассивный захват размещен на поворотном столике. Применение поворотного столика позволяет объединить в одной схеме нагружения механизмы создания крутящего и изгибающего моментов. Использование кривошипа регулируемой длины в схеме нагружения заявляемой установки отличает ее от прототипа, где размеры звеньев кривошипно-шатунного механизма имеют фиксированные значения. В сравнении с прототипом заявляемая установка имеет в составе схемы нагружения пружинные амортизаторы и перемещаемый в вертикальной плоскости кривошипно-шатунный механизм, что не отражено в прототипе.In contrast to the prototype, where the torque in the sample is created by rotating the shaft located in the guide of the active capture, and made a separate node, with a stationary passive capture, in the inventive installation, the passive capture is placed on the turntable. The use of a rotary table allows you to combine the mechanisms of creating torque and bending moments in one loading scheme. The use of a crank of adjustable length in the loading scheme of the inventive installation distinguishes it from the prototype, where the dimensions of the links of the crank mechanism have fixed values. In comparison with the prototype, the claimed installation has spring shock absorbers and a crank mechanism movable in a vertical plane as a part of the loading scheme, which is not reflected in the prototype.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами: на фиг.1 изображена кинематическая схема установки для испытания на усталость компактных образцов при изгибе с кручением; на фиг.2 показано положение поворотного столика, при котором реализуется изгиб; на фиг.3 - кручение.The invention is illustrated by graphic materials: figure 1 shows the kinematic diagram of the installation for fatigue testing of compact samples in bending with torsion; figure 2 shows the position of the turntable at which bending is realized; figure 3 - torsion.

Установка содержит станину 1, на которой размещены поворотный столик 2, с пассивным захватом 4 и опорная рама 21. На последней установлен электродвигатель 23, передающий вращающий момент на регулируемый кривошип 17, посредством ременной передачи 22, натяжение которой осуществляется гравитационным способом. Шатун 16, шарнирно закрепленный на ползуне 18 кривошипа 17, соединен с нагружающим рычагом 10, установленным внутри полого рычага 11. Связь рычагов осуществляется посредством оси 9 и пружинных амортизаторов 12 и 13, затяжка которых регулируется гайками 14 и 15. К полому рычагу 11 жестко прикреплена вилка 8 с поворотной втулкой 7, выполняющей роль активного захвата для образца 6. Поворотный столик 2, образец 6 совместно с втулкой 7, вилкой 8 и системой рычагов 10, 11 образуют консольную балку, жестко закрепленную в пассивном захвате 4. Для предотвращения возникновения нежелательных нагрузок в конструктивных элементах системы нагружения ось вращения поворотного столика 2 совпадает с осью крепления втулки 7 к вилке 8. Вилка 8 снабжена отражающим элементом оптической системы измерений.The installation comprises a frame 1, on which a rotary table 2 is placed, with a passive gripper 4 and a support frame 21. The latter is equipped with an electric motor 23 that transmits torque to an adjustable crank 17, by means of a belt drive 22, the tension of which is carried out by gravity. The connecting rod 16, pivotally mounted on the slider 18 of the crank 17, is connected to a loading lever 10 mounted inside the hollow lever 11. The levers are connected through the axis 9 and spring shock absorbers 12 and 13, the tightening of which is regulated by nuts 14 and 15. The hollow lever 11 is rigidly attached fork 8 with a rotary sleeve 7 acting as an active grip for sample 6. A rotary table 2, sample 6 together with a sleeve 7, a fork 8 and a lever system 10, 11 form a cantilever beam rigidly fixed in the passive grip 4. To prevent fuss In this case, the axis of rotation of the rotary table 2 coincides with the axis of attachment of the sleeve 7 to the fork 8. The fork 8 is equipped with a reflective element of the optical measurement system.

Установка работает следующим образом. Испытуемый образец 6 устанавливается в пассивный захват 4 поворотного столика 2, который поворачивается на угол, обеспечивающий требуемое соотношение изгибающего и крутящего моментов, и зажимается гайкой 3. Свободный конец образца 6 вставляется в поворотную втулку 7 активного захвата и жестко фиксируется. Затем ползун 18 кривошипа 17 с помощью винта 19 устанавливается в положение, соответствующее требуемой амплитуде нагружения, которая корректируется затяжкой пружинных амортизаторов 12 и 13. Реализация жесткого режима нагружения осуществляется установкой кривошипно-шатунного механизма в заданном положении и фиксацией регулировочным винтом 20. После запуска установки электродвигатель 23 передает вращение посредством ременной передачи 22 на кривошипно-шатунный механизм, который осуществляет перемещение нагружающего рычага 10 в вертикальной плоскости. Посредством оси 9 и пружинных амортизаторов 12, 13 перемещение нагружающего рычага 10 передается полому рычагу 11, вилке 8, втулке 7, вследствие чего происходят изгиб и скручивание образца 6.Installation works as follows. The test sample 6 is installed in the passive grip 4 of the turntable 2, which is rotated by an angle that provides the desired ratio of bending and torque moments and clamped by a nut 3. The free end of the sample 6 is inserted into the rotary sleeve 7 of the active grip and is rigidly fixed. Then, the slider 18 of the crank 17 using the screw 19 is set to the position corresponding to the required amplitude of loading, which is adjusted by tightening the spring shock absorbers 12 and 13. The implementation of the hard loading mode is carried out by setting the crank mechanism in a predetermined position and fixing the adjusting screw 20. After starting the installation, the electric motor 23 transmits rotation by means of a belt drive 22 to a crank mechanism that moves the loading lever 10 in a vertical loskosti. By means of the axis 9 and spring shock absorbers 12, 13, the movement of the loading arm 10 is transmitted to the hollow arm 11, the fork 8, the sleeve 7, as a result of which the specimen 6 bends and twists.

Требуемая амплитуда цикла нагружения и его асимметрия задаются положением ползуна 18 кривошипа 17 и регулировочным винтом 20, а более точная регулировка осуществляется изменением жесткости пружинных амортизаторов 12, 13. Требуемая частота нагружения задается посредством изменения частоты вращения электродвигателя 23.The required amplitude of the loading cycle and its asymmetry are set by the position of the slider 18 of the crank 17 and the adjusting screw 20, and more precise adjustment is carried out by changing the stiffness of the spring shock absorbers 12, 13. The required loading frequency is set by changing the speed of the electric motor 23.

Применение установки позволяет проводить усталостные испытания компактных образцов при различной амплитуде, частоте и асимметрии цикла нагружения вплоть до наступления резонансных колебаний, а также испытания при жестких режимах нагружения, в широком диапазоне соотношений изгибающих и крутящих моментов. Это приближает условия испытаний к реальным условиям эксплуатации.The use of the installation allows fatigue testing of compact samples at various amplitudes, frequencies and asymmetries of the loading cycle up to the onset of resonant vibrations, as well as testing under severe loading conditions, in a wide range of bending and torque ratios. This brings the test conditions closer to the actual operating conditions.

Claims

Installation for fatigue testing of compact specimens in bending with torsion, containing a bed, passive and active grips, a lever-type loading device and a crank mechanism, characterized in that it is equipped with a turntable with a rotation angle of 0-90 ° (0 ° - bending , 90 ° - torsion), with a hollow lever with a loading lever located inside it, a spring shock absorber system and a crank mechanism with an adjustable length crank, while the passive grip is fixed on the turntable, the active grip is it is articulated with a hollow lever, the interaction of the levers is carried out by means of spring shock absorbers with adjustable tightening of the springs, the crank length is changed by moving the slider along the guides using a helical gear, and the crank mechanism is moved in the vertical plane by a screw-nut gear.