Испытательные машины

Для определения механических свойств материалов существует большое количество испытательных машин и приборов. Все они предназначены для того, чтобы создавать определенную нагрузку образца и регистрировать как величину нагрузки, так и величину возникшей деформации. Их состав включает следующие основные части:

нагружающий механизм;

силоизмерительное устройство;

захватно-опорные приспособления для установки и фиксации образца;

диаграммный аппарат, записывающий зависимость деформации образца от приложенной нагрузки.

По способу нагружения различают два типа испытательных машин: машины с механическим приводом, в которых приложение нагрузки осуществляется зубчато-винтовыми механизмами, и машины с гидравлическим приводом, в которых приложение нагрузки осуществляется перемещением штока поршня гидравлического цилиндра. Машины с механическим приводом проще по устройству и широко применяются в лабораториях при испытании материалов, но в тех случаях, когда требуется приложение значительных нагрузок, превышающих 10 тонн (100 кН), применяются машины с гидравлическим приводом.

В лаборатории технической механики установлены такие машины – машина УММ-5 с механическим приводом и пресс П-250 с гидравлическим.

МАШИНА УНИВЕРСАЛЬНАЯ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ,

ТИП УММ-5

Машина УММ-5 (рис. 1) предназначена для статических испытаний образцов из различных материалов на растяжение, сжатие, изгиб, а при наличии специального приспособления и на срез.

а) б)

Рис. 1. Испытательная машина УММ-5:

а) – общий вид; б) – схематическое изображение

Она снабжена универсальными захватами (рис. 2).

Рис. 2. Универсальные захваты

При испытании образца он закрепляется в этих захватах. Верхний захват 2 (рис. 3) неподвижен и связан с верхней траверсой машины. Для установки образца 1 нижний захват 3 перемещается вручную вдоль направляющих колонок машины рукояткой 13.

Рис. 3. Кинематическая схема машины УММ-5

Вращение рукоятки 13 передается винту 10 через коническую передачу 14 и червячную передачу 4. Винт 10 вращается относительно неподвижной гайки 11 и перемещает нижний захват вверх или вниз.

Нагружающее устройство (рис. 4). Для нагружения образца включают электродвигатель 8 (рис. 3).

Рис. 4. Нагружающее устройство. Общий вид

Электродвигатель через коробку скоростей 9 вращает гайку 11. Коробка скоростей (рис. 3) состоит из червячной передачи и двух цилиндрических зубчатых передач. Рукоятки А и Б служат для установки блоков шестерен на различные скорости нагружения. Предусмотрены шесть скоростей перемещения нижнего захвата. Наиболее часто испытания проводят со скоростями 4 и 10 мм/мин.

Силоизмерительное устройство. Действующая на образец нагрузка (рис. 3) передается через рычажную систему 21, 23 на маятник 12. Угол отклонения маятника пропорционален величине нагрузки. При испытаниях на растяжение рычаг 23 опирается на левую призму 20, а при испытаниях на сжатие – на правую 22. Поэтому маятник отклоняется в одну и ту же сторону, как при растяжении, так и при сжатии образца. Отклонение маятнику передается на реечный механизм 18, который вращает стрелку круговой шкалы нагрузок (рис. 5).

Рис. 5. Силоизмерительное устройство и диаграммный аппарат

Диаграммный аппарат. Результаты испытания образца наиболее наглядно выражают диаграммой, вычерченной в координатах «нагрузка» – «изменение длины образца». Для вычерчивания диаграммы машину снабжают пишущим устройством (карандаш) и барабаном 17 (рис. 3), на который наматывается миллиметровая бумага.

После установки образца в захватах и включении электродвигателя образец начинает деформироваться. При этом рейка 15 (рис. 3) перемещается и при помощи гибкого шнура и зубчатой пары поворачивает барабан 17.

От возникающего в образце усилия маятник 12 отклоняется и перемещает рейку 18 с закрепленным на ней карандашом. Таким образом, карандаш вычерчивает кривую в прямоугольных координатах «нагрузка» (в горизонтальном направлении) и «изменение длины образца (в вертикальном).

Электрооборудование. Электродвигатель включается реверсивным магнитным пускателем и управляется кнопочной станцией, установленной на левой колонне машины. Кнопочная станция имеет три кнопки – для включения двигателя и перемещения нижнего захвата вверх или вниз и для остановки.

В тех случаях, когда для испытания материалов требуются значительные усилия, применяют машины с гидравлическим приводом. Нагружение образца в них достигается нагнетанием масла в цилиндр с поршнем. По назначению гидравлические машины делятся на универсальные и прессы. В данном пособии рассматривается гидравлический пресс с усилием 250 тонн.

ПРЕСС ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ П-250

На рис. 6 представлен общий вид гидравлического пресса П-250.

Рис. 6. Пресс гидравлический П-250

Он имеет пульт управления (рис. 7), в котором помещаются насосная установка, силоизмерительное устройство с циферблатной шкалой, регулирующая и пусковая аппаратура. Пульт управления и пресс связаны между собой системой трубопроводов.

Рис. 7. Пульт управления Рис. 8. Установка образца между плитами

При испытании на сжатие образец (рис. 8) устанавливают на нижнюю опору, а верхнюю опускают с помощью электродвигателя до соприкосновения с испытуемым образцом. Нагружение образца производят нагнетанием масла в нижний рабочий цилиндр. При этом поршень выдвигается из цилиндра и поднимает нижнюю плиту. Величину нагрузки определяют по циферблатной шкале силоизмерительного устройства.

При испытании на изгиб на нижней плите устанавливают приспособление, имеющее передвижные опоры для установки образца и нажимной ролик.

Примечание. В лаборатории имеются также машина для измерения твердости материалов, устройства для определения характеристик материалов при расчете на кручение, на устойчивость, на срез, на трение. Их подробное описание приводится в соответствующих лабораторных работах.