Устройство маятникового копра кратко

Обновлено: 05.07.2024

Тема: Определение ударной вязкости стали.

Цели: изучить устройство и работу маятникового копра; приобрести навыки определения величины ударной вязкости стали.

Измерительные приборы, инструмент, материалы: маятниковый копер; стандартные образцы; штангенциркуль.

Краткие теоретические сведения

Испытания на ударную вязкость проводят для определения поведения материала в условиях эксплуатации, а также для установления его склонности к хрупкому разрушению, что особенно важно для строительных и конструкционных сталей.

Ударная вязкость является механической характеристикой вязкости материала. Она равна работе, расходуемой для разрушения стандартного образца, отнесенной к площади поперечного сечения образца в месте надреза:

где - ударная вязкость, ;

- работа, затраченная на разрушение стандартного образца, Дж;

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м 2 .

Для испытания на ударную вязкость применяют призматические образцы с надрезами различных типов. Наиболее распространенными типами являются образцы с U – образными и V – образными надрезами.

Рисунок 3.1. Образцы для испытаний на ударную вязкость

Испытание образцов на ударную вязкость производят на маятниковых копрах.

Рисунок 3.2. Схема маятникового копра

Маятниковый копер состоит из чугунной станины - 1; двух чугунных стоек - 2, укрепленных жестко на станине; маятника - 4 с зубчатым диском, смонтированного в стойках на шариковых подшипниках; двух опор - 7, укрепленных в нижней части стоек и служащих для установки испытуемого образца - 6; стопорного механизма для удержания маятника в приподнятом состоянии; шкалы - 3 и стрелки - 5, связанной с маятником, служащих для измерения угла α - угла первоначального подъема маятника и угла β - угла отклонения маятника.

В начале испытания маятник поднимают на угол α в верхнее исходное положение.

Рисунок 3.3. Схема испытания на ударную вязкость

H – высота поднятия, h – высота вылета маятника после удара, l – длина маятника, ά – угол подъема маятника, β – угол вылета маятника после удара

Если высоту поднятия его центра тяжести обозначить через Н, вес маятника через G, то запас потенциальной энергии маятника составит:

где Е – запас потенциальной энергии, Дж;

G – вес маятника, Н;

H - высота поднятия, м;

l – длина маятника, м.

Затем маятник отпускают, и он свободно падает под собственной тяжестью, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь в противоположную сторону на высоту h и_ отклоняясь относительно вертикальной оси копра на угол β. Этот угол тем меньше, чем большая работа затрачена маятником на деформацию и разрушение образца. Остаток энергии после излома образца составит:

где Е₁ – остаточная энергия маятника после разрушения образца, Дж;

h – высота вылета маятника после удара, м.

Величина работы, расходуемой на деформацию и разрушение образца, определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный (после вылета на угол β) моменты испытания:

где А_н – величина работы, расходуемой на деформацию и разрушение образца, Дж.

Зная величину и подсчитав площадь поперечного сечения образца, определяют ударную вязкость :

где КС – ударная вязкость, Дж/м 2 ,

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м 2 .

Ударная вязкость - это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочностных и пластических свойств материала.

Вязкость материала зависит от скорости, с которой наносится удар, от температуры, формы и размеров образца. Ударная вязкость резко снижается при высоких ударных скоростях, при температурах значительно ниже нуля, а также при профиле детали, способствующем концентрации напряжений. Очень хрупкие материалы (чугун, силумины, закаленная инструментальная сталь) не испытываются на ударную вязкость.

Лабораторные работы

ЛАБОРАТОРНая работа № 2

Тема: Определение ударной вязкости стали.

Измерительные приборы, инструмент, материалы: маятниковый копер; стандартные образцы; штангенциркуль.

Краткие теоретические сведения

где - ударная вязкость, ;

- работа, затраченная на разрушение стандартного образца, Дж;

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м 2 .

Рисунок 3.1. Образцы для испытаний на ударную вязкость

Испытание образцов на ударную вязкость производят на маятниковых копрах.

Рисунок 3.2. Схема маятникового копра

В начале испытания маятник поднимают на угол α в верхнее исходное положение.

Рисунок 3.3. Схема испытания на ударную вязкость

где Е – запас потенциальной энергии, Дж;

G – вес маятника, Н;

H - высота поднятия, м;

l – длина маятника, м.

где Е₁ – остаточная энергия маятника после разрушения образца, Дж;

h – высота вылета маятника после удара, м.

где А_н – величина работы, расходуемой на деформацию и разрушение образца, Дж.

Зная величину и подсчитав площадь поперечного сечения образца, определяют ударную вязкость :

где КС – ударная вязкость, Дж/м 2 ,

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м 2 .

Широкий диапазон энергий - это явление, которое может быть рассчитано и изучено с помощью маятникового копра fluke 179 купить выгодно и с гарантией.

Устройство

По конструктивным особенностям копр маятникового типа производится в следующих модификациях: ручной, пневматической, комбинированный.

В первом и втором случае тормоз и возврат молотка производятся вручную или силой воздуха под давлением(пневматикой). В третьем случае возврат молотка производится пневматикой, а тормоз руками.

Принцип действия

Маятниковый копер - это молот с ножом, который движется в вертикальной раме. Под молот устанавливается образец. Далее молот возводится, то есть поднимается на нужную высоту и фиксируется. При удалении фиксации молот опускается на образец и прорезает его. Анализируя прорез или место скола образца, можно делать выводы о вязкости, прочности, затраченной энергии и других свойствах опытного образца или среды.

Для оперативности просчета информации и ее хранения, систематизации опытных данных такие устройства можно подключать к персональному компьютеру с соответствующим программным обеспечением. Можно задавать различные параметры энергии, амплитуды, производить калибровку, рассчитывать вязкость материала при ударе, задавать угол при старте движения копра.

Маятниковый копер МК–30А (рис. 2.6) предназначен для проведения лабораторных работ по определению ударной вязкости и состоит из чугунной станины 1, выполненной в виде фундаментной плиты с двумя вертикальными колоннами, маятника и измерительного устройства.

Маятник копра состоит из тяжелого молота 2, укрепленного на подвесках 4. Молот маятника имеет паз, в который вставлен закаленный нож 3.

Перед началом испытаний маятник взводится и с помощью собачки 11 закрепляется на подъемной раме 10. В свою очередь подъемная рама может устанавливаться на различной высоте и удерживаться в этом положении храповиком 9.

Шкала прибора градуирована в кг·м, по ней можно определить запас энергии взведенного маятника и остаточный запас энергии после удара. Работа, затраченная на излом образца, определяется непосредственным вычитанием. Для того чтобы маятник не раскачивался после разрушения образца, копер снабжен ленточным тормозом 14.

Маятниковые копры — это оборудование для испытания образцов из металлов, пластмасс и сплавов на двух и одна- опорный ударный изгиб и ударное растяжение. Результаты подобных исследований помогают определить устойчивость поверхностей, материалов, изделий к деформации в сложных условиях эксплуатации. Данный показатель свидетельствует о степени качества механических свойств объекта изучения, которые влияют на конструкционные и эксплуатационные свойства материала.

Устройство и принцип работы маятникового копра

О строении и работе маятникового копра говорит его название. Если точнее, то главную функцию в работе копра играет расположенный по вертикали массивный молот с боёком на конце. Благодаря подшипникам он свободно вращается вокруг неподвижной оси. Падая с заданной высоты, боёк ударяется в закреплённый на держателе образец. Далее он движется по той же траектории до остановки силой тяжести, а потом возвращается, направляясь к исходной позиции. Все перемещения фиксируются на специальной шкале.

Суть такого испытания заключается в следующем. При ударе образца маятник теряет часть потенциальной энергии, которая равна разнице значений до момента удара и после. В определённых условиях такое столкновение заканчивается повреждением или разрушением исследуемого предмета. Для вычисления величины затраченной при этом энергии берутся во внимание углы отклонения маятника, его вес и энергию удара. Результат, полученный после обработки данных, показывает степень стойкости к удару. Полученный результат отражается в протоколе испытаний, который подтверждает свойства образца.

Преимущества маятниковых копров

Во-первых, маятниковые копры — сравнительно несложные приборы и удобны в эксплуатации. Массивный корпус из стали или чугуна не требует дополнительных креплений, отлично выдерживает динамические нагрузки и поглощает вибрации. Образцы размещаются на надёжных опорах и центрируются с помощью специальной механизированной системы. Сенсорный дисплей позволяет легко управлять молотом, задавать стартовый угол, проверять калибровку и рассчитывать ударную вязкость, современное программное обеспечение дает возможность устанавливать необходимую единицу измерения и желаемый язык для отображения текстовой информации.

Во-вторых, маятниковые копры обладают высокой степенью безопасности. Они снабжены защитными экранами, которые преграждают путь разлетающимся осколкам повреждённого образца и тем самым исключают риски травмирования операторов. Эти экраны можно снимать, благодаря чему упрощается техническое обслуживание копра.

Разновидность испытаний для различных материалов на маятниковых копрах:

по нагрузке — обычные со скоростью колебаний от 4 до 7 м/с, скоростные с показателями от 100 до 300м/с и сверхскоростные со значениями более 300 м/с;
по количеству ударов — испытания одним ударом и несколькими повторными;
по типу деформации — изгиб, сжатие, растяжение, срез, кручение;
по температурным условиям — исследования при пониженных температурах;

Для расширения возможностей копра, он комплектуются набором маятников, смена которых позволяет варьировать энергию удара. Также современные маятниковые копры без проблем подключаются к ПК, а соответствующее программное обеспечение даёт возможность быстро собирать данные, тщательно их обрабатывать и надёжно хранить полученные результаты.

Разновидности маятниковых копров

Выпускаются маятниковые копры в напольном и настольном варианте. Те и другие могут быть рассчитаны на исследования одним методом (например, Шарпи или Изода) либо несколькими. Мы предлагаем копры фирмы MTS Systems серии Exceed. Модель Е21 предназначена для ударных испытаний неметаллических образцов, а Е22 — металлов и сплавов. Обе соответствуют международным стандартам и выдерживают длительную интенсивную эксплуатацию. Отличное решение для заводских и научно-исследовательских лабораторий!

Читайте также: