книги / Статическая выносливость элементов авиационных конструкций
..pdfверстие, в которое закладывается цилиндрический вкладыш 4, имеющий продольную плоскую лыску, наклоненную к его оси.
В соответствии с уклоном и размерами поперечного вкла дыша внутренний торец губок имеет такой же уклон. Попереч-
Рис. 46. Зажимная головка пульсатора для пло ских образцов
иый вкладыш, передвигаемый в ту или другую сторону винтами 6 и 7, проходящими через нарезку в планках 5, затягивает губ ки на образце 2, помещенном между ними, как это показано на рис. 46. Поперечный клин с наклонной лыской ограничивает диа пазон толщин, которые можно зажать данной парой губок. Клин при нажиме на него винтом 7 испытывает сильное давление гу-
51
бок 3 и в свою очередь прижимается с такой же силой к поверх ности цилиндрического отверстия зажимной головки, в которое он заложен. Необходимо следить за тем, чтобы опорная поверх ность клина в стыке его с телом головки (на длине АС и BD) не сминалась при установке клина в крайние положения при действии винтами 6 и 7. Таким образом, ход поперечного клина, как и связанный с ним ход зажимных губок, очень ограничен, а потому ограничен и диапазон толщин, зажимаемых данной па рой губок. Поэтому для испытания на данном пульсаторе образ
Рис. 47. Зажимные губки с на- |
Рис. 48. Зажимные губки с нассч- |
сечкой, изношенной в средней зоне |
кой в средней части ширины |
цов разных толщин необходимо иметь набор губок для всего тре буемого диапазона толщин.
Иногда для зажима более тонкого образца, чем это установ лено, для данной пары губок употребляют гладкие шлифован ные пластины, закладывая их в зажимную головку под гладкую поверхность губок. Длина этих пластин должна быть немного меньше длины губок.
Использовать дополнительные пластины следует только в случае крайней необходимости, так как при этом значительно повышается вероятность нарушения условий, обеспечивающих правильный зажим. Зажимным устройством образец захваты вается очень надежно, если оно изготовлено достаточно тщатель но и привальные поверхности находятся в безукоризненном со стоянии. При пользовании этим зажимом необходимо следить за состоянием насеченных поверхностей губок. Часто в результате испытания узких образцов шириной Ь, в широких губках шири ной В изнашивается насечка губок только в средней их части. При этом образуется неплоская форма поверхности разъема гу бок (рис. 47).
Испытание более широких образцов в таких губках приво дит к неправильному зажиму и искажению результатов испы тания. Указанного недостатка легко избежать, имея набор губок с разной шириной насеченной части, рассчитанной на разную ширину образцов (рис. 48).
52
Из тех же соображений полезно немного укоротить насечен ную поверхность хвостовой части губки (рис. 49), сошлифовав насечку на величину а. Всегда следует стремиться к тому, что бы размеры (длина и ширина) насеченной части губок были не много меньше соответствующих размеров зажимаемой части головки плоского образца. Это обеспечит равномерный износ всей насеченной части зажимных губок и увеличит срок службы даже при некотором затуплении зубчиков насечки.
На рис. 50 показано, что в результате использования губок со смятой насечкой на сред ней части ширины и на большей части длины образец был захвачен за самый кон чик и главным образом по кромкам. На рис. 51 в каче стве примера показан ре зультат использования изно шенных губок с засоренной насечкой у края губки. В обоих случаях, несмотря на высокую концентрацию на
пряжений средней части образца, разрушение все-таки произош ло по сплошному сечению в зажимах. Результаты. обоих испы таний следует считать неудовлетворительными.
В правильно изготовленных и надлежащим образом сохра няемых губках плоскость стыка губок по насеченным плоскостям должна быть строго средней для пары губок, закладываемых в зажимную головку. Это требование может быть выполнено только при одинаковой толщине обеих губок. Но непосредствен но измерить толщину каждой губки в отдельности трудно ввиду сложности ее формы и наличия фасок по всем ее ребрам. Если толщины губок, скомплектованных в пару, не будут равны друг другу, то средняя плоскость этой пары не будет совпадать со средней плоскостью образца, и образец при испытании будет нагружаться не только осевой нагрузкой, но одновременно под вергаться изгибу вследствие появления эксцентриситета.
Этот дополнительный изгиб, не учитываемый при испытании, но вносящий искажение в картину напряженного состояния об разца, может существенно снизить число циклов нагрузки по сравнению с тем числом, которое получилось бы при зажимных губках, имеющих одинаковую толщину, при которых, может быть и была установлена соосность зажимных головок. Следует иметь в виду, что правильно изготовленные губки в процессе эксплуатации могут оказаться или неправильно скомплектован ными в пары (из разных пар, хотя бы и одного размера по но миналу), или разной толщины из-за неравномерного износа на
сечки.
Правильность комплектования губок в пары по их толщине
53
можно проверить прибором, схематически изображенным на рис. 52. Прибор состоит из двух колодок 1 и 2 и плоской перего родки 3, стянутых вместе болтами 4. Углы а соответствуют уклону внешних поверхностей губок (чаще других встречаются уклоны 1/10 и 1/8). Для измерения две парные губки 1 и 2
Рис. 52. Схема прибора для контроля фор- |
Рис. 53. К проверке тол- |
мы и размеров губок |
шины парных губок |
(рис. 53) закладываются в колодки прибора до плотного каса ния с ними и со среднейперегородкой 3. Верхние торцы обеих губок правильной формы должны лежать в одной плоскости. Смещение б торца одной губки по отношению к торцу другой
.может служить мерой отклонения от нормы, при соблюдении которой 6=0.
Схема для вычисления смещения а средней плоскости губок разной толщины по смещению б и углам а и р показана на рис. 54, где ABCD и EjFGH — положение в измерительном при боре двух губок разной толщины в положении, когда они сопри касаются в средней плоскости ВО прибора. Губка EJFGH, как более тонкая, располагается в растворе прибора глубже на вели чину б. Чтобы верхние торцы губок АВ и E.F были приведены в одну плоскость, что практически сделает поперечный клин 4 (см. рис. 46) при попытке зажать тонкий образец, губку E.FGH нужно приподнять, а губку ABCD опустить на величину 6/2 cos р. Новое положение губок в приборе показано жирными линиями <4)(FiGiDi. Плоскость стыка губок из положения ВН перейдет в положение В\С\, сместившись в сторону тонкой губки недели
чину а= ° tg- , что следует из рассмотрения треугольников
2 cos ji
FF2F3 и F2FF4 (рис. 55). Измеряя величину б (например, щупом) на приборе и зная углы а и р , легко вычислить искомую величи-
Рнс. 54. Схема расположении губок разной толщины в контрольном приборе
ну а, по которой и решается вопрос о допустимости к работе данных губок при принятой схеме испытания образцов.
Решающим параметром при этом является длина образца
между зажимами: чем короче образец, тем значительнее |
влия |
||||
|
ние смещения средней |
плоскости |
губок |
||
|
и особенно при нагрузке на сжатие, когда |
||||
|
искажение |
напряженного состояния об |
|||
|
разца нарастает с увеличением внешней |
||||
|
нагрузки |
на |
образец |
из-за увеличения |
|
|
его прогиба |
вследствие |
начального |
экс |
|
|
центриситета. Для облегчения измерения |
||||
|
величины б на боковых поверхностях ко |
||||
|
лодок измерительного прибора можно на |
||||
Рис. 55. Схема для вы |
нести шкалу. |
|
|
||
числения эксцентрисите |
Губки следует хранить в специальных |
||||
та по оси образца |
футлярах с гнездами для каждой пары |
||||
|
губок. Тяжелые губки для больших пуль |
саторов удобно хранить в специальных шкафах с отдельными гнездами для каждой губки.
Для испытания на осевые нагрузки прутковых полуфабрика тов на цилиндрических образцах применяются зажимные уст
56
ройства, изображенные схематически на рис. 56 и 57. В цен тральной части зажимной головки 1, устанавливаемой на пуль саторе взамен головки, изображенной на рис. 46, имеется тща тельно обработанная внутри цилиндрическая полость с точно заторцованным донышком. На наружной поверхности стенки
Рис. 56. Зажимная головка пульса- |
Рис. 57. Зажимная головка пульсато- |
тора для круглых толстых образцов |
ра для круглых тонких образцов |
цилиндрической полости имеется винтовая нарезка для накидной гайки 5. Головка образца 2 точно обработана под размеры ци линдрической полости по рис. 56 или при меньших размерах об разца— под размеры промежуточного разрезного кольца 3 с использованием дополнительной прокладки 7 по рис. 57. Раз резное кольцо 3 удерживается от вращения шпильками 6. Об разец в осевом направлении затягивается гайкой 5 через про кладку 4 и разрезное кольцо 3. В таком зажимном устройстве можно вести испытание как на растяжение, так и на сжатие, а также и при разнозначных циклах нагружения.
6. ПОДГОТОВКА ПУЛЬСАТОРА И ОБРАЗЦОВ К ИСПЫТАНИЮ
ИПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИИ
Подготовка пульсатора
Подготовка пульсатора к испытанию сводится прежде всего к проверке соосности его зажимных устройств. Так как зажим ные устройства, особенно для испытания плоских образцов, пред назначены для’защемления головки образца, то нарушение их соосности сопровождается возникновением в них еще до прило жения основной осевой нагрузки моментов защемления, кото рые изменяют напряженное состояние образца, установленного на пульсаторе.
На рис. 58 приведена схема установки образца в зажимах пульсатора при нарушении их соосности на величину с. Образец деформируется как стержень, защемленный обоими концами, при смещении одного из них в поперечном направлении на ве
личину с. В зажимах возникают моменты защемления М= ^
57
где Q — нагрузка в поперечном направлении. Эпюра изгибаю щих моментов по длине образца показана линией АВ, проходя щей через нуль в середине длины балки.
При х=1 |
стрелка |
прогиба |
yt= |
. |
Определяя |
из последнего |
уравнения |
Q, получим |
|
|
^ |
/3 |
2 / 2 |
|
Таким образом, по эксцентриситету с определяется изгибаю щий момент образца при нарушении соосности зажимных уст ройств пульсатора. Изгибающий момент быстро нарастает с
уменьшением длины образца (об ратно пропорционально квадрату длины образца) и с увеличением эксцентриситета.
Рис. 58. Схема положения образца при |
Рис. 59. Схема |
работы образца |
отсутствии соосности зажимных головок |
при сжатии и |
отсутствии со |
пульсатора |
осности зажимных головок |
|
|
пульсатора |
Чтобы оценить влияние эксцентриситета с и на действие основной осевой нагрузки Р, рассмотрим схему а на рис. 59. Правая опора для упрощения чертежа показана условной схе мой, допускающей приложение к уже изогнутому вследствие эксцентриситета с образцу осевой нагрузки Р (она может быть как растягивающей, так и сжимающей). На схеме б показан слу чай осевого сжатия силой Р. Как видно из схемы, изгибающий момент от силы Р возрастает от нуля на правой опоре до Рс на левой опоре. В середине длины образца (схема в) момент
М = — . Так как при коротких образцах нагрузка Р может до
стигать значительных величин, то и изгибающий момент даже при малых эксцентриситетах может вызывать существенные ис кажения в напряженном состоянии образца.
58
Эксцентриситет с может возникать вследствие неточности установки зажимных головок или неточности формы и размеров самих губок. Поэтому прежде всего следует проверять размеры губок, а затем соосность зажимных головок. Для этого исполь зуются контрольные стальные термически обработанные шли фованные линейки, толщина которых соответствует толщине за жимных губок. Правильное положение в пространстве зажимных головок достигается применением тонких прокладок на при вальных поверхностях стыка головок с основанием пульсатора. Проверять соосность зажимных устройств следует после каж дого демонтажа зажимных головок.
После достижения соосности зажимных устройств необходи ма тарировка силоизмерительного устройства пульсатора для получения тарировочного графика (см. рис. 40). Тарировка си лоизмерительного устройства должна производиться и после каждого демонтажа зажимных головок. После проверки чистоты рабочих поверхностей зажимных деталей и соответствия толщи ны губок толщине зажимаемых образцов проводят испытания пульсатора.
Подготовка образцов
Документация по образцам, подготавливаемым к испыта ниям, должна содержать данные по химическому составу мате риала, технологии изготовления полуфабриката и сведения о способах отбора и вырезки заготовок для образцов. На резуль таты испытаний, на выносливость вообще и, в частности, на статическую выносливость существенное влияние могут оказы вать вариации технологических факторов, определяющих техно логический процесс изготовления образцов. Основой этого влия ния в большинстве случаев является пластическая деформация, возникающая в результате механической обработки при изготов лении образцов. Поэтому при разработке метода изготовления образцов следует учитывать возможные последствия выбора не рационального технологического процесса.
Таким образом, когда говорят о прочностных свойствах спла ва как такового, то на самом деле имеют в виду его свойства с наложением влияния технологического процесса изготовления как самого полуфабриката (лист, пруток, труба, штамповка, от ливка), так и образца из него.
Образцы для усталостных испытаний могут быть разнооб разными как по форме, размерам и материалам, так и по усло виям испытания. Однако все же можно указать ряд следующих общих требований, которые следует соблюдать во избежание ис кажения результатов испытания.
1. Для новой партии образцов должен быть указан весь тех нологический процесс изготовления заготовок из полуфабри катов и образцов' из них с учетом влияния отдельных техноло гических операций на результаты предстоящих испытаний.
59
2. Вновь изготовленная партия образцов принимается по за ранее разработанным техническим условиям. Особо тщательно проверяются форма, размеры и состояние поверхности в рас четных сечениях и в местах захватов образца в испытательной машине. Все отступления от технических условий необходимо за носить в журнал приемки и использовать их при анализе резуль татов испытания образцов.
3. Перед испытанием все образцы данной партии маркируют ся методом, исключающим возможность влияния маркировки на результаты испытания (например несмываемой краской).
4. После маркировки все образцы партии измеряются в рас четных сечениях и результаты измерений записываются в жур нал наблюдений.
5. По измерениям, проведенным по п. 4, вычисляются все величины, необходимые для определения крайних значений на грузки для настройки пульсатора на заданный режим испытания.
Проведение испытаний
При проведении испытаний необходимо соблюдать ряд сле дующих требований.
1. Произвести тщательную настройку контактора (см. рис. 41 или 42 и 43) на максимальную и минимальную нагрузки, пользуясь шкалой микроскопа динамометра или манометра.
2.Установить защитные контакты от перегрузки образца по нагрузке и по ходу, а также защитные устройства против пере грузки электродвигателя.
3.Проверить функционирование масляной помпы и всех де талей после пуска пульсатора.
4.При замеченных дефектах в работе пульсатора немедлен
но остановить его для устранения дефектов.
5. В случае неожиданной остановки пульсатора в пределах установленного размаха нагрузки (если образец при этом не поврежден) испытание можно продолжить после выяснения и устранения причин остановки.
6. Проверить хвостовики образца, входившие в зажимы, для контроля правильности работы зажимов после окончания испы тания образца и выемки его из зажимов пульсатора.
7. При доведении образца до разрушения необходимо осмот реть поверхность разрушения и, если на ней замечены какие-то особенности, отметить их в журнале.
8. Вынимать образец из зажимов после разрушения удобно пневматическим молотком 1 (рис. 60) с бойком 2 специальной формы по типу, изображенному на рис. 61, или легкими ударами ручного молотка по оправке специальной формы, сделанной из сравнительно мягкого металла (рис. 62). В тех случаях, когда пульсатор имеет и вибрационный привод, удобно использовать осевые распорки, опирая их на торцы зажимных губок и вклю
60