Загальні відомості. Постановка досліду

Випробування на крутіння є одним з основних методів визначення механічних властивостей матеріалів, які використовуються у деталях, що працюють на крутіння. При випробуванні на крутіння визначається модуль зсуву G, що дозволяє, знаючи модуль поздовжньої пружності Е, обчислити коефіцієнт Пуассона m, використовуючи залежність між пружними постійними матеріалу:

.

При крутінні практично не змінюється форма зразків навіть при дуже великих деформаціях. Це полегшує вимір напруг і переміщень при цьому виді навантаження.

На крутіння випробують циліндричні зразки суцільного круглого, рідше трубчастого перетину, а для спеціальних цілей – квадратного або іншої форми перетину. Головки зразків мають квадратну форму або круглу з лисками. Відповідно ДСТ 3565-80 при випробуваннях металів на крутіння основні зразки – круглого перетину діаметром d = 10 см з розрахунковою довжиною l ₀=100 мм (іноді – 50 мм). При випробуваннях до голівок зразків з боку захватів випробувальної машини прикладаються два рівних і взаємно протилежних по напрямку скручувальних моментів M, що діють у площинах, перпендикулярних до поздовжньої осі зразків. При цьому у всіх поперечних перетинах робочої частини зразків виникає однаковий момент, що крутить, M_K = M і створюється плоский напружений стан чистого зсуву (рис.3.1).

У поперечних перетинах діють тільки дотичні напруження, найбільші в поверхні зразків; такі ж дотичні напруження діють у поздовжніх перетинах. У похилих перетинах виникають як дотичні, так і нормальні напруги. Найбільші нормальні напруги – головні напруги – діють у поверхні по похилих площадках, під кутом 45° до поздовжньої осі.

Методику визначення основних механічних характеристик матеріалів при крутінні регламентує ДСТ 3565-80. У результаті дослідження зразка будується крива крутіння в координатах крутильний момент М_К - кут закручування . Використовуючи цю криву, визначають наступні механічні характеристики матеріалів:

1. Границя пропорційності при крутінні (зсуві) t_пц – найбільше умовне дотичне напруження, аж до якого виконується закон Гука.

2. Границя текучості при крутінні t_т – напруження, при якому зріст переміщення – кута закручування – відбувається без помітного збільшення моменту, що крутить, або умовна границя текучості , якій відповідає залишковий відносний зсув (у випадку відсутності площадки текучості).

3. Границя міцності при крутінні t_пч – найбільша умовна напруга, що витримує зразок до руйнування.

4. Відносний залишковий кут закручування при руйнуванні q_ост – величина, що характеризує пластичність матеріалів.

Випробувальна машина

Крутіння зразків здійснюється на машині КМ-50, що відноситься до типу випробувальних машин з механічним навантаженням зразка і важільно-маятниковим силовимірювачем.

При випробуваннях на крутіння зразок повинен бути закріплений у захвати машини таким чином, щоб не виникали перекоси. Навантаження на зразок повинні передаватися плавно і безупинно з невеликою швидкістю.

Основними вузлами машини КМ-50 є: головка навантаження, захвати і силовимірювач (рис.2.20).

Станина машини являє собою жорстку раму, утворену чавунним корпусом приводу 16, двома колонами 14 і головкою навантаження 6.

Крім механічного приводу, машина має також ручний привід 11.

При роботі від електродвигуна, у залежності від перестановки перемикача 12, захват 13 робить один або 0,3 обороти в хвилину. Відлік кута закручування в межах 360º виробляється по шкалі 15, встановленої на ходовому гвинті, що має 360 розподілів. Показання по шкалі 15 відповідає відносному поворотові захватів машини, тому що виправлення на поворот верхнього захвату вносяться автоматично коригувальним пристосуванням 10.

Для створення моменту приводу, що врівноважує, призначена головка навантаження, у нижній частині якої встановлений верхній захват 7. Момент, що врівноважує, створюється за допомогою маятника 8, що має змінні вантажі 9.

Для виміру моменту, що крутить, машина обладнана маятниковим силовимірювачем, шкала якого 4 і механізм, поряд з пакетним вимикачем 2 для підключення машини до мережі і кнопковою станцією 1 керування електродвигуном, змонтовані в алюмінієвому корпусі 5.

Рис.5.1

Момент, який передається верхньому захвату через зразок, викликає відхилення маятника, закріпленого на голівці навантаження, доти, поки створюваний маятником момент не зрівноважить моменту, який сприймається зразком від приводу машини. При відхиленні маятник переміщує зубчасту рейку силовимірювача (не показана на кресленні), що приводить в обертання шестірню, посаджену на вісь стрілки шкали моментів.

Зміна ваги маятника здійснюється підвищуванням змінних вантажів; при цьому машина налагоджується на різні границі виміру. Шкала маятникового силовимірювача має три пояси навантаження; 0 – 50 кНм (шкала А), 0 – 20 кНм (шкала Б), 0 – 10 кНм (шкала В) з ціною розподілу відповідно 0,1; 0,05; 0,02 кНм.

Машина має діаграмний апарат 3, призначений для запису в масштабі кривій “крутильний момент-кут закручування“. Масштаб запису кута закручування j при роботі з великим шківом барабану 1мм – 0,5 і з малим: 1мм – 0,1. Масштаб моменту, що крутить, Мк залежить від поясу навантаження.