Устройство для испытания образцов на усталость

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА УСТАЛОСТЬ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Бусько Валерий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для испытания образцов на усталость, содержащее станину с основанием,узел защемления образца, электродвигатель со стальным диском, силовозбудитель, индикатор амплитуды колебаний, счетчик числа оборотов, отличающееся тем, что узел защемления содержит П-образный кронштейн, две прижимные пластины, болты для крепления образцов, количество которых может быть не менее трех, а силовозбудителем является подшипник качения, центральная ось которого расположена нормально к плоскостям поверхностей образцов, размеры П-образного кронштейна и прижимных пластин выбираются из условия требований к физико-механическому состоянию, количеству образцов и уровню создаваемых в образцах знакопеременных изгибных напряжений.(56) 1. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. - М. Металлургия, 1978. - 300 с. 2. Тимошук Л.Т. Механические испытания металлов. - М. Металлургия, 1971. - 224 с. 3. Патент РБ на полезную модель 5248, 2009. 78992012.02.28 Устройство относится к области неразрушающего контроля (НК) металлических ферромагнитных и неферромагнитных металлов и их сплавов и может быть использовано для испытаний, контроля и диагностики мало- и многоцикловой усталости изделий с целью исследования усталостного разрушения и прогнозирования долговечности. Известны типовые устройства, предназначенные для испытания образцов 1, 2, основанные на использовании кинематической схемы консольного или чистого изгиба. Так,при консольном изгибе нагружающая система состоит из консольного динамометра,жестко соединенного со станиной и испытуемым образцом, укрепленным на свободном конце динамометра. Перемещение нагружаемой системы создается при помощи шатуна или кривошипа. Меняя радиус кривошипа, при циклическом нагружении можно изменять уровень нагрузки, измеряемой динамометром. Недостатком данных устройств является наличие жесткой привязки узла, состоящего из шатуна, с испытуемым образцом, что не позволяет получить заданные форму и вид изгибных напряжений образца по времени. Также недостатком является неудобство регулирования уровня нагрузки, связанное с тем,что необходимо иметь шатуны различной длины или кривошипные механизмы различного диаметра. Все это ограничивает возможность регулирования уровня изгибных напряжений, ограничивает функциональные возможности, снижает производительность испытаний установок такого рода, что в итоге приводит к снижению достоверности малои многоцикловых знакопеременных исследований усталости. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство 3, содержащее основание, узел защемления, электродвигатель со стальным диском, индикатор амплитуды колебаний, счетчик числа оборотов, в котором для создания в образце изгибных напряжений используется силовозбудитель, содержащий два подшипника качения, которые при вращении вокруг своей оси за счет контакта со свободным концом консольно защемленного образца создают в нем знакопеременные изгибные напряжения. Недостатком данного устройства является малая производительность при длительных малоцикловых или многоцикловых испытаниях, т.к. конструкция устройства одномоментно позволяет испытывать только один образец, для испытания следующего образца необходимо производить переналадку устройства, состоящую в замене образца и повторе циклических испытаний. Это приводит к значительным временным затратам, снижает эффективность и производительность испытаний. В предлагаемой полезной модели решается задача расширения функциональных возможностей и повышения производительности испытаний образцов на усталость за счет испытания одновременно нескольких образцов с различными физико-механическими свойствами и габаритами. Сущность предлагаемого устройства для испытания образцов на усталость состоит в том, что оно состоит из массивной станины с основанием, на которой размещены узел защемления образцов, в количестве не менее трех, состоящий из П-образного кронштейна,двух прижимных пластин и болтов, электродвигателя с закрепленным на его валу стальным диском, силовозбудителя, счетчика числа оборотов для подсчета циклов нагружения и индикатора амплитуды колебаний для определения прогиба образцов. В качестве силовозбудителя для создания в испытуемых образцах знакопеременных изгибных напряжений используется подшипник качения, центральная ось которого расположена нормально к плоскостям поверхностей образцов. За счет вращения стального диска расположенный на нем подшипник в результате попеременного контакта с поверхностями образцов вращается вокруг своей оси в направлении поперек ширины, одновременно создавая в образцах изгибные напряжения. Отличием предлагаемого устройства от прототипа является то,что в нем используется П-образный стальной кронштейн, что позволяет независимо друг от друга закреплять и проводить усталостные испытания сразу не менее чем на трех образцах с различными поперечными сечениями и физико-механическими свойствами при индивидуальных амплитудах создаваемых изгибных напряжений. Установленный на 2 78992012.02.28 стальном диске подшипник качения выполняет роль силовозбудителя-толкателя для создания в образцах постоянного изгибающего момента и одновременно обеспечивает постоянство амплитуды циклических знакопеременных напряжений. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства при одновременном испытании трех плоских образцов на усталость, на фиг. 2 - узел защемления трех исследуемых образцов, на фиг. 3 - две основные фазы работы устройства. Устройство для испытания образцов на усталость (фиг. 1, 2) содержит массивную стальную станину 1, на которой с помощью болтов крепления 2 установлено основание 3 с прикрепляемым к нему П-образным кронштейном 4, три образца 5, две прижимные пластины 6 и болты 7, электродвигатель 8 с закрепленным на его валу стальным диском 9, на котором установлен подшипник качения 10, счетчик числа оборотов 11, индикатор амплитуды колебаний 12. Устройство работает следующим образом. Три испытуемых образца 5 плоской формы, размеры которых соответствуют ГОСТ,последовательно друг за другом с помощью П-образного кронштейна 4 прижимают к основанию 3 и закрепляют с помощью двух прижимных пластин 6 и болтов 7. С помощью перемещения подшипника 10, установленного на стальном диске 9 нормально к плоскостям поверхностей незащемленных частей образцов, с возможностью его перемещения в пазе диска 9 или подбора соответствующего диаметра подшипника 10 устанавливают необходимую величину амплитуды колебаний для каждого из испытуемых образцов 5, характеризующего прогиб каждого из образцов 5. В отличие от прототипа, где для создания изгибных напряжений в образцах используется два подшипника, в предлагаемом устройстве используется один подшипник, что дает возможность проводить одновременные испытания образцов, имеющих различную толщину. Пересчет величины прогиба в значения создаваемых в образцах 5 механических напряжений производится предварительно с помощью известных формул с учетом размеров образцов и их физико-механического состояния. Данное положение подшипника качения 10 относительно защемленных образцов 5 иллюстрируется рисунком, изображенным на фиг. 3 (фаза 1). При вращении стального диска 9, закрепленного на валу электродвигателя 8, установленный на стальном диске 9 подшипник 10 надавливает на один из образцов 5 и создает в нем прогиб , зависящий от амплитуды колебаний (фиг. 3, фаза 2). Вращаясь далее, стальной диск 9 с расположенным на нем подшипником 10 качения аналогичным образом давит на поверхность следующего образца 5, создавая в нем такой же прогиб, что и в первом образце. В зависимости от размеров исследуемых образцов 5 напряжения в каждом из них будут отличаться. Величина прогиба образцов 5 измеряется индикатором амплитуды колебаний часового типа 12. Уровень амплитуды напряжений в образцах 5 можно регулировать с помощью перемещения подшипника 10 в пазе стального диска 9 или заменой подшипника 10 с другим диаметром. В результате циклических колебаний свободных концов образцов 5 вблизи их зоны защемления после достижения определенного количества циклов нагружения возникают микротрещины, изменяются физико-механические характеристики поверхностных слоев образцов 5, которые могут быть зарегистрированы различными методами и средствами. Предлагаемая конструкция устройства для испытания образцов на усталость позволяет значительно расширить функциональные возможности испытательных машин, отличается значительной простотой конструкции и удобством ее использования в сравнении с аналогичными установками, стендами и устройствами и является универсальной. Устройство позволяет создавать одновременно в нескольких образцах знакопеременные циклические колебания с возможностью регулирования амплитуды создаваемых в них напряжений, тем самым появляется возможность значительно увеличить производительность испытаний и контроля, появляется возможность увеличить число статистической выборки, что приводит к повышению достоверности испытаний при исследовании усталости. 3 78992012.02.28 Таким образом, с помощью использования П-образного кронштейна и прижимных пластин для защемления образцов и вращающегося стального диска с находящимся на нем подшипником качения можно получить изгибные напряжения с различными амплитудами одновременно для нескольких образцов, имеющих различные поперечные сечения и физико-механические свойства, что позволяет значительно увеличить производительность усталостных испытаний и расширить возможности устройств подобного типа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4