книги / Усталость металлов

возмущения регулируется изменением скорости двигателя по­ стоянного тока (до 3000 цикл/мин). Если фрикционное соедине­ ние срабатывает, то тщательного контроля скорости не требует­ ся, поскольку нагрузка на образец не зависит от частоты, а оп­ ределяется только ходом кривошипа.

машины. Направляющая может перемещаться винтом, проходя­ щим через приливы в станине, чтобы обеспечивать установку об­ разца любой длины. Машина сконструирована так, что может работать при частоте немного ниже резонансной частоты коле­ бательной системы. Поэтому требуется тщательный контроль скорости, который достигается электронным реле, управляемым регулятором амплитуды. Динамометр, имеющий освещенную щель и шкалу, с помощью закрепленного микроскопа может из­ мерять статическую и динамическую нагрузки. В некоторых боль-

32

2 3

чЧ \Ч ^\\\\\Ч \\\\Ч ч1чЧ Ш

насоса 4, а колебания нагрузки создаются за счет действия рас­ пределительного устройства пульсатора 5. Для получения знако­ переменных нагрузок включается гидравлический насос 3 и соз­ дается давление в нижнем цилиндре 1, противоположное на­ правлению давления в верхнем цилиндре 2. Для компенсации из­ менения нагрузки в верхнем цилиндре нижний цилиндр соединен с сосудом под давлением, который работает как масляная пру­ жина. Статическая нагрузка измеряется маятниковым динамо­ метром, а в процессе усталостных испытаний верхний и нижний пределы нагрузки измеряются двумя дифференциальными мано­

метрами, связанными с пульсатором при помощи вращательного клапана, соединенного с рабочими цилиндрами. Устройство для медленных пульсаций и установка для программного нагруже­ ния могут быть подключены к машине.

Машины для испытаний при изгибе с вращением. Эти маши­ ны используются со времени постройки Вёллером [46] первой машины для исследования усталостного разрушения железно­ дорожных осей.

Простейшим типом таких машин является машина для кон­ сольного изгиба с вращением (рис. 16, а). Один конец образца зажимается в патроне с помощью винтов, которые используются для центрирования образца, а на другом конце через подшипник прикладывается нагрузка либо грузом, либо пружиной. При та­ ком расположении изгибающий момент возрастает линейно по длине образца по направлению к заделке, и разрушение проис­ ходит в месте перехода рабочей части образца к заделке. Для

36

другой метод не является надежным и это дает преимущество машинам, в которых образец неподвижен, а вращается нагрузка [39, 48].

Для усталостных испытаний при температуре ниже нормаль­ ной образец обычно охлаждается погружением в жидкость с низкой температурой кипения, что вызывает некоторые трудно­ сти. Проще охлаждение образца осуществляется при вертикаль­ ном расположении машины, причем образец, удлинитель И под­ шипники помещаются в контейнер с охлаждаемой жидкостью.

Машины для изгиба с вращением удобны при испытаниях на усталость проволоки; это можно показать на примере машины Хея — Робертсона, изготовляемой фирмой Брайтоне (рис. 17).

Рис. 17. С х ем а м аш ины Х ея — Р о б ер тсо н а д л я испы тания проволоки

Один конец проволоки А зажат в патроне 2, как в патроне то­ карного станка, а другой конец В вращается в специальном шариковом упорном подшипнике простой конструкции, который работает как задняя бабка токарного станка. Этот подшипник сначала перемещается поступательно, чтобы изогнуть проволо­ ку, как показано, а патрон 2 вместе с электродвигателем 1, вра­ щающим патрон и проволоку, поворачивается около вертикаль­ ной оси подшипника А. Разрушение происходит в средней ча­ сти, а не в захватах, так как наибольший изгибающий момент возникает в середине образца. Следует отметить, что проволока должна вращаться вокруг собственной изогнутой оси, а не за ­ кручиваться вокруг линии АВ.

Главным ограничением при использовании машин для изги­ ба с вращением является невозможность получения асимметрич­ ного цикла напряжений, хотя известны машины со статической ■ осевой подгрузкой [50, 51].

Машины для испытаний на плоский знакопеременный изгиб. Простая машина для испытаний на плоский знакопеременный изгиб была изготовлена Эвери; схема ее действия показана на рис. 18.

Один конец образца крепится к динамометру, другой к ры­ чагу, который колеблется вокруг оси, проходящей через середи­ ну образца. Колебательное движение создается эксцентриком,

38

Был разработан ряд усталостных машин для испытаний на знакопеременный изгиб с электромагнитным приводом [39, 58, 59]. Обычно они работают с частотой, соответствующей частоте системы, и главная задача состоит в регулировании амплитуды колебаний; напряжение обычно вычисляется по измеренному про­ гибу образца. Используя короткий жесткий образец, возможно достичь очень высоких частот. Уейд и Грутенхьюиз [60], например, достигли частоты 230 000 цикл/мин на образцах из алюминиево-

Рис. 19. С х ем а устал остн ой маш и ны ф изической национ альн ой л а б о р а т о ­ рии на ком бин ированное н агруж ен и е [56]

Испытания на усталость деталей и конструкций. Одна из за­ дач испытания деталей заключается в воспроизведении рабочих условий (насколько это возможно) и в обеспечении при испыта­ ниях разрушений, подобных разрушениям в рабочих условиях.

Программное нагружение является одним из путей прибли­ жения к рабочим условиям и в ряде случаев испытательные машины приспосабливаются для этих целей. Распределение на­ пряжений в деталях при усталостных испытаниях не всегда мож­ но точно рассчитать; для их определения могут использоваться проволочные датчики. Для некоторых деталей требуется специ­ альное испытательное оборудование, например для испытания подшипников скольжения или качения зубчатых колес или пру­ жин; ссылки на это сделаны в гл. IX.

Для испытания больших конструкций нагружающее устройст­ во может быть автономным; вместо того, чтобы объект вводить

40