Оборудование для инженерного образования

Оборудование для инженерного образования
Инструкции эксперимента
WP 510 Машина для испытаний на кручение, 200 Нм,
приводимая в движение от двигателя
G.U.N.T. Gerätebau GmbH
Почтовый ящик 1125
D - 22881 Barsbüttel • Германия
Телефон +49 40 670 854 - 0
Факс +49 40 670 854 - 42
WP 510 Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
Инструкции эксперимента
Пожалуйста прочитайте и выполняйте инструкции перед введением в эксплуатацию!
Номер издания: 912.000 00 510 12 11/98
WP 510 Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
Оглавление
1 Введение....................................... 1
2 Описание установки.................................. 2
2.1 Конструкция установки......................................... 2
2.2 Операционные элементы...................................... 3
3 Безопасность и инструкции по эксплуатации...................... 6
3.1 Безопасность................................................. 6
3.2 Инструкции по техническому обслуживанию.................................. 8
3.3 Инструкции по эксплуатации .................................... 8
4 Испытания............................................ 9
4.1 Общая информация............................................... 9
4.1.1 Вычисление напряжения сдвига......................... 9
4.1.2 Вычисление угла сдвига и модуля сдвига....... 10
4.2 Оценка максимального диаметра образца................... 11
4.3 Выполнение испытания....................................... 12
4.3.1 Установка образца............................................ 12
4.3.2 Создание напряжения в образце.............................. 13
4.4 Оценка............................................ 14
5 Приложения....................................... 16
5.1 Технические данные......................................... 16
5.2 Форма образца........................................... 17
5.3 Индекс................................................ 18
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
1 Введение
Машина для испытаний на кручение используется для испытания различных типов материалов
на кручение . Образцы могут быть подвергнуты напряжению до точки разрыва(излома, образования
трещины). Измеряются момент испытания и угол поворота. Испытательные стержни различной
длины, разных диаметров и материалов могут быть использованы. Это помогает стажеру
ознакомиться со следующей терминологией при испытании материалов:
- Деформация кручения и жесткость
- Напряжение при кручении
- Угол поворота
- Диаграмма Деформация напряжения
- Эластичная и пластическая деформация
- Модуль сдвига
- Методы для измерения вращающего момента
Испытательный момент применяется с многопонижающим редукторным двигателем. Эффективный
испытательный момент измеряется электрически через вал, который оборудован тензодатчиком.
Угол поворота определяется через оптикоэлектронный датчик момента. Обе величины отображаются
в цифровой форме на жидкокристаллическом экране. Также возможно установить различные
скорости деформации. Машина подготовлена для соединения с персональным компьютером.
Специальное программное обеспечение (прилагается ) может быть использовано, чтобы создавать
диаграммы и вычисления.
Эта машина для испытаний была разработана для применения при обучении. Благодаря
ее понятной конструкции и простой работе, она особенно подходит для студентов и
стажеров.
Страница 1
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
2 Описания установки
2.1 Конструкция установки
Рис. 2.1 Конструкция машины для испытаний
Машина для испытаний состоит из
недеформирующейся опорной плите (1):
следующих
узлов,
которые
монтируются
Узел привода (2) с редукторным двигателем. Испытательный момент генерируется
здесь. Момент передается на испытательный стержень (4) через квадратный привод (3/4")
и стандартные торцевые гаечные ключи (3). Датчик угла поворота, электронная система
для регистрации
Страница 2
Torsionsprüfgerät 200 Нитрометанов
на
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
и показа измеренных величин, и устройство управления двигателем привода расположены в
корпусе узла привода. Преобразователь частоты используется, чтобы регулировать скорость
приводного двигателя.
Основание (5) с устройством измерения вращающего момента.
Другой конец испытательного стержня (4) закрепляется здесь. Стандартные торцевые гаечные
ключи (гнезда) (10) с 3/4" приводом также используются здесь.
Основание (5) может перемещаться по направляющим рельсам (6) и может быть зафиксировано
двумя прижимными рычагами (7), чтобы иметь возможность испытывать образцы различных
длин.
Вращающий момент измеряется с помощью измерительного вала, оборудованного тензодатчиком.
Вал имеет шарикоподшипники на стороне образца , чтобы избежать ошибок измерения в
результате трения. Электрическая мощность подводится к основной установке через кабель с 5штепсельной вилкой (8).
Опорная плита (1) усилена{укреплена} коробчатыми профилями, чтобы гарантировать высокую
степень{градус} жесткости кручения и малую свойственную деформацию. Это гарантирует, что
высокая степень точности при измерении кручения была достигнута в соединении с
оптикоэлектронный датчиком кручения с высоким разрешением.
Прозрачный защитный кожух (9) предохраняет против отлетающих фрагментов. Это
может произойти, когда особенно твердые и ломкие материалы разрушаются.
2.2 Операционные элементы
Экран и операционные элементы, необходимые для проведения испытаний расположены на
передней панели блока привода.
Блок включается главным выключателем (1). Блок может быть остановлен и выключен
выключателем аварийной остановки (2) в любое время.
Страница 3
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
Выключатель управления двигателя (3) переключает привод двигателя в обоих направлениях
вращения. Двигатель останавливается в среднем положении, и вращается налево в левостороннем
положении и направо в правостороннем положении.
Выключатель имеет два положения. Первое, положение без блокировки позволяет
осуществлять толчковый режим работы двигателя; двигатель останавливается, когда
выключатель отпущен. Двигатель работает непрерывно во втором, запертом
(фиксированном) положении.
Переключатель выбора скорости (4) имеет 4 различных скорости деформации:
50 °/min, 100 °/min, 200 °/min и 500 ° / минута.
Рис.2.2 Операционные элементы
Жидкокристаллический экран (5) показывает текущий испытательный момент (крутящий момент)
в Нм и угол поворота в градусах. Перед проведением эксперимента показанные величины могут
быть установлены на ноль кнопкой тарирования (6).
Операционный выключатель (7) используется для выбора между ручным или дистанционном
управлении блока через персональный компьютер PC. Специальное программное обеспечение
управления требуется для
дистанционного управления с персональным компьютером
PC(прилагается).
Страница 4
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
Соединение источника питания{электропитания} и розетка интерфейса расположены
сзади блока привода для подсоединения персонального компьютера PC (RS232, Sub-D25).
Кнопка на задней панели используется, чтобы повторно установить защиту привода от
перегрева.
Следующая блок-схема показывает технологию измерения и управления машины для
испытаний.
Преобразователь частоты
Преобразоаватель вращения
Двигатель с зубчатым редуктором
Стержень образец
Тензодатчик
Вал для снятия показаний
Измерительный усилитель
μC
Тарирование
Экран
На персональный компьютер PC
Направление вращения
Скорость
Переключатель на два направления ручное/персональный компьютер PC
Рис. 2.3 Блок диаграмма – машина для испытания на кручение
Страница 5
3 Инструкции по безопасности и эксплуатации
Следующие инструкции должны соблюдаться, чтобы гарантировать безопасность и
работу машины без рисков.
Все люди, работающие с этой машиной, особенно стажеры, должны быть ознакомлены с
Инструкциями по безопасности.
3.1 Безопасность
РИСК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УДАРА!
Предостережение: Высокое напряжение
- Отключите вилку перед открытием блока привода.
- С электрической системой может работать только обученный персонал.
- Предохраняйте блок от влаги, разбрызгивания воды и конденсации.
РИСК травмы
- Использовать машину для испытаний только с закрытым защитным кожухом.
- Не носить свободную одежду, которая может быть затянута или запутана в зубчатой
передаче.
Соблюдайте следующие инструкции, чтобы гарантировать плавную работу.
Несоблюдение правил безопасности прекращает действие любых гарантий со стороны
фирмы G.U.N.T.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ! Не перегружайте машину для испытаний.
Максимальный испытательный момент: 200 Нм.
Не используйте заблокированную машину для испытаний при холостом приводе.
Двигатель и преобразователь частоты могут перегреться, вызывая срабатывание защиты
от перегрева.
Страница 6
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
ВАЖНО! Если привод выключился из-за перегрева, то защита от перегревания может
быть повторно установлена после охлаждения, используя кнопку ПОВТОРНОЙ
НАСТРОЙКИ, расположенную на задней панели.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ! Не оставляйте работающую машину для испытаний без
наблюдения.
Храните и используйте машину для испытаний только в сухих , свободных от пыли
площадях .
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ! Используйте только качественные торцевые гаечные ключи,
предназначенные для вращающего момента до 200 Нм.
Страница 7
Машина для испытаний на кручение, 200 Нм
3.2 Инструкции по техническому обслуживанию
Машина для испытаний не имеет технического обслуживания.
- Не чистить растворителями.
- Регулярно слегка смазывать полированные металлические части .
3.3 Инструкции по эксплуатации
- Обеспечьте установку машины таким образом, чтобы вентиляционные отверстия на
приводном блоке были свободными.
- Для неизвестных образцов стержней примерно вычислите ожидаемый испытательный
момент и сравните с максимально допустимым испытательным моментом 200 Нм.
Уменьшите диаметры образца стержня, если необходимо.
- При испытании неизвестных образцов стержней, сначала выполните испытание при
низкой скорости. Если привод блокирует, измените направление вращения и снимите
образец.
Если привод также блокирует во встречном направлении (это может произойти при
крайних режимах перегрузки), то поступайте следующим образом:
- Установите привод на предельную скорость (500 ° / минута) и запустите во встречном
направлении.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ! Образец - стержень может быть удален только тогда , когда
он полностью освобожден.
Если привод заблокировал, то выключите двигатель, чтобы предотвратить срабатывание
защиты от перегрева.
Защита от перегрева может быть повторно настроена после охлаждения путем нажатия
кнопки на задней панели.
Страница 8
4 Испытания
4.1 Общее
Испытание на кручение - не является частью стандартного процесса испытания
материала. Во время испытания на кручение образец подвергается напряжению через
крутящий момент (вращающий момент). Напряжения сдвига возникают в образце,
которые деформируют образец. Деформация выражается в виде скручивания двух
концов образца относительно друг друга.
Чтобы оценивать испытание на кручение, вычерчивают график зависимости крутящего
момента относительно кручения. Чтобы оставаться независимым от размеров образца
для целей оценки, также следует составить график напряжения сдвига относительно угла
сдвига образца.Такая иллюстрация подобна диаграмме(графику) деформации напряжения
при испытании на растяжение.
4.1.1 Вычисление напряжения сдвига
Напряжение сдвига рассчитывается через крутящий момент Mt и момент сопротивления
полярного сечения Wp
‫ح‬t
Mt / Wp
Следующее приеняется к круговым сечениям:
Wp = (π/16) d3.
Сопротивление деформации - результат момента отказа Mtb
‫ح‬
Mtb/Wp
Рис. 4.1 Испытание на кручение - Крутящий момент Mt , Кручение φ
Страница 9
4.1.2 Вычисление угла сдвига и модуля сдвига
Угол сдвига рассчитывается через кручение φ, длину образца L и радиус образца r = d/2
γ = rφ / L
Модуль сдвига может быть определен в упругой зоне через напряжения сдвига и угол
сдвига
G= ‫ح‬/γ
или с величинами стержня образца
G = 32 Mt L / πφ d4.
Страница 10
4.2 Оценка максимального диаметра образца
Для самосконструированных образцов следует определить максимальный возможный
диаметр образца, который может быть исследован на машине для испытания.
В случае известного или оцененного сопротивления сдвига ‫ ح‬b и сечения круглого образца,
диаметр может быть определен примерно по следующей формуле (‫ ح‬b в Н/мм2, d в мм).
Максимальный испытательный момент 200 Нм и коэффициент безопасности 2 будет
установлен.
3
d ~ 80 √ 1/ ‫ ح‬b
Для пластичных материалов (алюминий, медь, мягкая сталь) возможно оценить
сопротивление срезу через предел прочности:
tb ~ σb / 2
Страница 11
4.3 Выполнение испытания
Чтобы гарантировать точное измерение, необходимо включить машину приблизительно за
30 минут перед действительным измерением. Усилитель измерения и тензодатчик вала
измерения прогреваются и влияние тепловой погрешности минимизировано. Затем
нулевая точка может быть установлена.
- Гарантировать, что устройство измерения вращающего момента не находится в
напряженном состоянии .
- Нажимать кнопку Таre на передней панели до тех пор, пока показания момента и угла не
установятся на ноль.
4.3.1 Установка образца
Следующие размеры образца допустимы:
Головка образца:
Шестиугольная головка на 19 мм
Допустимая длина образца, включая головку:
минимальная 110 мм, максимальная 350 мм
Допустимый диаметр образца
Допустимый диаметр образца связан со стабильностью материала и максимально допустимым
крутящим моментом машины для испытания 200 Нм. Смотри Раздел 4.2.
- Отпустить прижимной рычаг (1) на измерительном устройстве вращающего момента (2)
и отжать назад.
- Поместить образец (3) в торцевом гаечный ключе (4) на стороне привода.
- Поворачивать образец с двигателем, пока он не войдет в торцевой гаечный ключ (5) на
измерительном устройстве вращающего момента.
Страница 12
Рис. 4.2 Установка образца
- Толкните измерительное устройство вращающего момента(2) вперед снова. Обеспечьте,
чтобы образцы имели осевой зазор приблизительно 2-3 мм.
- Скрепить измерительное устройство вращающего момента с прижимными рычагами
(1).
- Закрыть защитный кожух (6).
- Осторожно создайте предварительное напряжение в образце при толчковом режиме
работы до исчезновения осевого зазора и движения экрана вращающего момента.
- Настройте экран крутящего момента и угла на ноль с помощью функции тарирования.
4.3.2 Создание напряжения в образце (нагружение образца)
- Кручение образца с выключателем управления двигателя с шагом 2 - 5 °.
- Снимайте показания крутящего момента с экрана после каждого углового шага.
Регистрируйте вместе с выделенным кручением.
- Когда образцы длинные и тонкие, то несколько вращений могут пройти прежде, чем
происходит разрыв. Если дело обстоит так, размер шага может быть увеличен.
Страница 13
4.4 Оценка
Следующий таблица показывает примеры измеренных величин образца Ø 10 x 300. Скорость
деформации составляла 200 °/мин.
Пример результатов измерения для образца Ø10 x 300 мм, латунь
Угол поворота в º
Крутящий
момент, Нм
Угол поворота в º
Крутящий
Нм
0
0
240
39.2
2.9
3.2
260
39.6
5.2
7.8
10.2
13.4
16.5
19.9
26.2
30
35
40
50
60
70
80
90
100
120
140
160
6.4
9.6
12.8
16.8
20.4
23.2
26.8
28.4
30.0
31.0
32.0
32.4
33.6
34.0
34.4
34.8
35.6
36.0
37.2
280
300
350
400
450
500
550
600
650
750
900
1000
1200
1400
1600
1800
1905
40.4
40.4
40.4
41.2
42.0
42.8
43.6
44.4
45.2
46.4
46.8
48.4
51.6
53.2
54.4
55.6
Разрыв
В результате сопротивление разрушению при кручении составляет
‫ ح‬tb
Mtb / Wp 16 Mtb / π d3
16 х 55600 / π 103
283.16 Н/мм2
Страница 14
Рис. 4.3 Испытание на кручение: Образец Ø10 x 300, латунь
Крутящий момент Mt в Нм - Угол поворота φ в °
Рис. 4.4 Испытание на кручение: Образец Ø10 x 300, латунь
момент,
Сечение с площадью упругой деформации
Страница 15
5 Приложение
5.1 Технические данные
Максимальный испытательный момент: 200 Нм
Испытательная скорость, реверсивная: 50, 100, 200, 500 ° / минуту
Квадратное соединение
Привод и вал измерения: 3/4 "
Шестиугольное крепление образца: 19 мм
Максимальная длина образца: 350 мм
Измеренная длина образца: 300 мм
Максимальный диаметр образца - сталь: 9 мм
Измерение момента через тензодатчик
Диапазон измерений: 0 - 199.9 Нм
Разрешение экрана: 0.1 Нм
Измерение угла через оптикоэлектронный абсолютный угловой датчик
Диапазон измерений: 0 - 3200 °
Разрешение экрана: 0.1 °
Показ измеренных величин через двухлинейный жидкокристаллический экран
Функция тарирования
Интерфейс персонального компьютера PC RS232
Передача измеренных величин на персональный компьютер PC
Функциями двигателя можно управлять от PC
Привод через двигатель с
редуктором скорости
Передача: 1: 603
Выходная мощность: 0.12 kВт
червячной передачей с цилиндрическим прямозубым
Регулирование скорости через преобразователь частоты с 4 фиксированными скоростями.
Защита от перегрева и защита от перегрузок может быть повторно установлена наружно
Страница 16
Главные размеры (длина x ширина x высота):
1100 x 550 x450 мм
Вес: 80 кг
Источник питания{электропитание}: номинал 230 В / 50Гц
Дополнительные варианты, см. заводскую табличку(пластину)
5.2 Форма образца
Рис. 5.1 Размеры образца
Страница 17
5.3 Индекс
B
Опорная плита..................................... 3
D
Скорости деформации............................. 4
Сопротивление деформации............................. 9
Привод...................................... 2
E
Выключатель аварийной остановки........................... 3
Выполнение испытания............................... 12
Я
Установка образца............................ 12
Розетка интерфейса................................. 5
L
Жидкокристаллический экран.................................... 4
М.
Главный выключатель.................................... 3
Инструкции по техническому обслуживанию......................... 8
Максимальный испытательный момент......................... 6
Выключатель управления двигателем............................. 4
O
Операционные элементы.............................. 3
Инструкции по эксплуатации ............................ 8
Защита от перегрева........................... 7
P
Модуль полярного сечения............................ 9
Соединение источника питания{электропитания}......................... 5
Защитный кожух................................. 3
S
Безопасность........................................ 6
Диаметр образца............................... 12
Размеры образца............................. 17
Головка образца .................................. 12
Длина образца................................. 12
Угол сдвига................................... 10
Модуль сдвига................................ 10
Напряжение сдвига .................................. 9
Переключатель выбора скорости ........................... 4
Создание напряжения в образце............................ 13
Конструкция машины................................. 2
Основание....................................... 3
Страница 18
T
Функция тарирования................................... 4
Технические данные................................ 16
Устройство измерения вращающего момента...................... 3
Испытание на кручение.................................... 9
Момент кручения................................ 9
Страница 19