DE400793C

DE400793C - Device for dynamic testing of materials by means of vibrations

Info

Publication number: DE400793C
Application number: DESCH62812D
Authority: DE
Original assignee: HANS HEYMANN DR ING; Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: HANS HEYMANN DR ING; Carl Schenck AG
Priority date: 1921-09-06
Filing date: 1921-09-06
Publication date: 1924-09-10

Description

Einrichtung zur dynamischen Prüfung von Materialien mittels Schwingungen. Wenn eine dynamische Mat@erialprüfmaschine möglichst getreu die tatsächlich im Betriebe auftretenden Belastungsbedingungen des Materials nachahmen soll, so muß sie, folgende Grundbedingungein erfüllen: i. Die Größe der Belastung muß sich periodisch ändern, also beispipisweise nach einer Kreisfunktion (P - cos) wachsen und wieder abnehmen.Device for dynamic testing of materials by means of vibrations. When a dynamic material testing machine is as faithful as possible to what is actually in operation should imitate the loading conditions of the material, it must, the following Fulfill the basic conditions: i. The size of the load must change periodically, thus, for example, grow and decrease again according to a circular function (P - cos).

2. Die Belastung muß ihrer Größe nach beliebig verändert werden können.2. It must be possible to change the size of the load as required.

3. Die periodische Belastung (P # cos) muß mit einer bestimmten Taktzahl auftreten, die zweckmäßig in bestimmter Weise jedem Prüfkörper angepaßt wird.3. The periodic load (P # cos) must have a certain number of cycles occur, which is suitably adapted in a certain way to each test specimen.

¢. Die Taktzahl der periodischen Kraft muß nach Belieben verändert werden können. Diese vier Forderungen können gemäß der Erfindung dadurch erfüllt und eine Untersuchung des Materials entsprechend der Betriebsbeanspruchung dadurch erreicht werden, daß sich die den Prüfkörper belastenden Kraftwirkungen in Resonanz mit denn als Feder bzw. als federndes Pendel wirkenden Prüfkörper ändern. Hierbei ist .es gleichgültig, auf welchem Wege die Resonanzbelastung des Prüfkörpers erzielt wird.¢. The number of cycles of the periodic force must be changed at will can be. These four requirements can thereby be met according to the invention and an examination of the material according to the operational stress thereby it can be achieved that the force effects loading the test specimen are in resonance then change with the test body acting as a spring or as a resilient pendulum. Here it is irrelevant in which way the resonance load of the test body is achieved will.

Am einfachsten wird die neue dynamische Prüfmaschine dann, wenn die Belastung des Prüfkörpers durch eine umlaufende Wuchtmasse erfolgt, deren Fliehkräfte in beliebiger Art als Belastung auf den Prüfkörper übertragen werden. Hierbei empfiehlt es sich, nur die in einer Ebene wirkende Fliehkraftkomponente der sich drehenden Wuchtmasse als Prüflast auf das zu untersuchende Material zu übertragen.The new dynamic testing machine is easiest when the The test body is loaded by a rotating balancing mass whose centrifugal forces be transferred in any way as a load on the test body. Here recommends it is only the centrifugal force component of the rotating one acting in one plane To transfer the balance mass as a test load to the material to be examined.

Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen der Erfindung ist als Beispiel schematisch auf der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i die Vorrichtung, von der Seite gesehen, im Schnitt, während Abb. 2 einen Einzelteil der Vorrichtung im Grundriß darstellt.One of the many possible embodiments of the invention is schematically illustrated as an example on the drawing, namely Fig. i the device, seen from the side, in section, while Fig. 2 shows an individual part represents the device in plan.

Abb. 3 und q. lassen die Veränderung der Vorrichtung bei Untersuchungen besonderer Art erkennen.Fig. 3 and q. allow the device to be changed during examinations recognize special kind.

Bei der Vorrichtung nach Abb. i ruht eine Welle io ' drehbar in den beiden Lagern i i und 12. Die Lager sind beispielsweise durch kugelförmige Ausgestaltung ihrer Lagerschalen 13 so eingerichtet, daß die Welle i o sich g egenüber ihren Lagerböcken i i und 12 verstellen kann. Der Antrieb der Welle kann auf beliebige Art, beispiels*eise durch einen Elektromotor, erfolgen; als Kupplung kann eine biegsame Welle 1 ¢ verwendet werden.In the device according to Fig. I, a shaft io 'rests rotatably in the two bearings i i and 12. The bearings are, for example, spherical in shape their bearing shells 13 set up so that the shaft i o opposed to their bearing blocks i i and 12 can be adjusted. The shaft can be driven in any way, for example by an electric motor; A flexible shaft 1 ¢ can be used as the coupling will.

Auf der Welle io sitzt eine sorgfältig ausgewuchtete Schwungmasse, beispielsweise eine Scheibe 15, die eine Wuchtmasse 16, beispielsweise in Form eines Zusatzgewichtes, tragen kann. Diese Wuchtmasse 16 kann beliebig auswechselbar eingerichtet werden oder sie wird 'derart auf der Scheibe 15 gelagert, daß sie, am zweckmäßigsten während des Ganges, gegebenenfalls selbsttätig, radial oder in beliebiger anderer Weise verschoben werden kann, derart, daß sich die Größe ihrer Fliehkraft ändert.A carefully balanced flywheel sits on the shaft io, for example a disk 15, which has a balancing mass 16, for example in the form of a Additional weight, can carry. This balancing mass 16 can be set up to be exchangeable as required are or it is' so stored on the disc 15 that they, most convenient during the course, if necessary automatically, radially or in any other way Way to be moved can, in such a way that the size of their centrifugal force changes.

Die Welle i o ist in dem Ausführungsbeispiel pendelnd gelagert. Zu diesem Zwecke ist der Lagerbz)ck I I ortsfest auf einem Sockel 17 angebracht, während das Lager 12 von einer Feder, beispielsweise einer Blattfeder i g, getragen wird, deren Fuß bei i9 fest eingespannt ist. Auf diese Weise vermag die Welle i o um die Achse x-x des Lagers i i als Pendelachse ebene Pendelschwingungen auszuführen, die in einer senkrecht zur Zeichnungsebene liegenden Ebene verlaufen.In the exemplary embodiment, the shaft io is mounted in an oscillating manner. For this purpose, the bearing bracket II is fixedly attached to a base 17, while the bearing 12 is supported by a spring, for example a leaf spring ig, the foot of which is firmly clamped at i9. In this way, the shaft i o is able to execute flat pendulum oscillations around the axis xx of the bearing ii as a pendulum axis, which oscillations run in a plane perpendicular to the plane of the drawing.

Der Prüfkörper, beispielsweise ein auf Biegung zu untersuchender Prüfstab 2o, ist an seinem oberen Ende 21, also einseitig, fest eingespannt, während sein unteres Ende durch einen Spannkopf 22 gehalten wird, der mit dem Schwinglager 12 der Welle io verbunden ist. Ebenso wie jetzt im Material,-prüfungswesen empfiehlt es sich, bei der. neuen Prüfungsart sog. Einheitsstäbe zu verwenden. Während jedoch bei den jetzt üblichen Einheitsstäben nur die Abmessungen festliegen, muß bei den neuen Prüfstäben in erster Linie deren Eigenschwingungszahl berücksichtigt werden, und zwar in verschiedener Weise je nach der Art der Belastung, z. B. bei Biegungsschwingungen oder bei Torsionsbelastungen.The test body, for example a test rod to be examined for bending 2o, is firmly clamped at its upper end 21, that is to say on one side, while being lower end is held by a clamping head 22, which is connected to the swing bearing 12 the shaft io is connected. As is now recommended in material testing it is at the. to use the new type of test so-called standard bars. While however with the standard rods that are now common, only the dimensions must be fixed for the new test rods primarily take into account their natural frequency values, in various ways depending on the nature of the load, e.g. B. with bending vibrations or with torsional loads.

Nach Ingangsetzen der Vorrichtung wird bei den kleinen, durch die Wuchtmasse 16 hervorgerufenen periodischen Impulsen das Schwinglager 12 der pendelnd gelagerten Welle io so lange durch den Prüfstab 2o an einer Schwingung verhindert, als die Taktzahl der Wuchtmasse 16 noch unterhalb der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes 2o liegt. Erst wenn bei derselben periodischen Belastung die Taktzahl des die Wuchtmasse 16 enthaltenden Pendelsystems in Übereinstimmung mit der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes 2o kommt, wird das Schwinglager 12 in Tätigkeit treten, also senkrecht zur Zeichnungs@ ebene periodische Schwingungen ausführen.After starting the device, the small ones, through the Balance mass 16 caused periodic pulses the swing bearing 12 of the pendulum the stored shaft is prevented from vibrating by the test rod 2o for as long as than the cycle rate of the balancing mass 16 is still below the natural frequency of the test rod 2o lies. Only when, with the same periodic load, the cycle rate of the balancing mass 16 containing pendulum system in accordance with the natural frequency of the Test rod 2o comes, the swing bearing 12 will come into action, so vertically perform periodic oscillations on the plane of the drawing.

Diese Änderung der Taktzahl des die Welle io und die Scheibe 15 enthaltenden Pendelsystems kann beispielsweise entweder durch Längsverschiebung der Scheibe 15 gegenüber der Welle i o oder auch durch Veränderung der Einspannlänge der Feder 18 oder schließlich auch durch Änderung des Abstandes der beiden Lager i i und 12 voneinander bewirkt werden. Eine einfache Vorrichtung zur Längsverschiebung der Scheibe 15 während des Betriebes ist in Abb. 2 im Grundriß veranschaulicht. Die Welle io trägt einen langen Federkeil 23, über welchem die Scheibe 15 achsial beweglich ist. Ein Ring 2¢, welcher in eine entsprechende Nut der Scheibe 15 greift, trägt Bolzen 25 (Abb. i), die in einen Schlitz einer bei 26 drehbar gelagerten Gabel 27 greifen. Diese Gabel kann mittels eines Steines 28 bewegt werden, der längs einer Schraubenspinde129 mittels eines Handrades 3o verschoben werden kann.This change in the cycle rate of the shaft io and the disk 15 containing Pendulum system can, for example, either by longitudinally shifting the disk 15 compared to the shaft i o or by changing the clamping length of the spring 18 or finally by changing the distance between the two bearings i i and 12 be effected from each other. A simple device for longitudinal displacement of the Disk 15 during operation is illustrated in Fig. 2 in plan. the Shaft io carries a long spring wedge 23 over which the disc 15 is axially movable is. A ring 2 [, which engages in a corresponding groove in the disk 15, carries Bolts 25 (Fig. I), which are inserted into a slot of a fork 27 pivoted at 26 to grab. This fork can be moved by means of a stone 28 along a Screw spindle 129 can be moved 3o by means of a handwheel.

Hat man durch geeignete Einstellung das pendelnde Wellensystem in Resonanz mit der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes gebracht und wird nun die Größe der durch die Wuchtmasse 16 erzeugten Fliehkraft in der eingangs beschriebenen Weise geändert, so kann der Prüfstab unter eine periodische Belastung von jeder beliebigen Größe gesetzt werden, die auch bis zum Bruch des Stabes allmählich gesteigert werden kann.If you have the oscillating shaft system in Brought resonance with the natural frequency of the test rod and is now the size the centrifugal force generated by the balancing mass 16 in the manner described above changed, the test rod can be subjected to a periodic loading of any Size can be set, which are gradually increased until the rod breaks can.

Die beschriebene Vorrichtung erfüllt vollkommen alle vier eingangs angegebenen Bedingungen für eine dynamische Materialprüfmaschine. Außerdem bietet die Vorrichtung noch den Vorteil, daß man die erforderliche periodische Belastung und die verlangte Taktzahl erst nach und nach einstellen kann, denn man hat es in der Hand, die Wuchtmasse 16 nacheinander in Dissonanz, Resonanz und wieder in Dissonanz laufen zu lassen.The device described completely fulfills all four initially specified conditions for a dynamic materials testing machine. Also offers the device still has the advantage of having the required periodic loading and the required number of cycles can only be set gradually, because you have it in of the hand, the balancing mass 16 successively in dissonance, resonance and again in dissonance to run.

Auf diesem Wege ist es auch möglich, nicht nur die Bruchbeanspruchung des Prüfstabes, sondern auch diejenige Beanspruchung zu ermitteln, bei der die Proportionalitätsgrenze erreicht ist. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise auf folgende Art vorgehen: Es wird die Taktzahl der dynamischen Prüfmaschine auf die Eigenschwingungszahl des Stabes abfestimmt und dann schrittweise durch Veränderung der Fliehkraft die Größe der periodischen, auf den Prüfstab wirkenden Kraft erhöht. Diese Pendelkraft läßt man für eine gewisse Zeit auf den Stab einwirken, stellt alsdann das pendelnde Wellensystem ab oder bringt es in Dissonanz mit derri Prüfstab und vergewissert sich, ob der Stab nun wieder in die Nullage zurückfedert. Dieses Verfahren wiederholt man für eine periodische Kraft von etwas größerer Amplitude usf., bis man an eine Belastung gelangt, bei welcher der Prüfstab nicht wieder seine Nullage einnimmt. In diesem Falle ist die Proportionalitätsgrenze erreicht. Ebenso kann durch mikroskopische Untersuchung des Stabes aus irgendwelchen Merkmalen auch auf die Fließgrenze geschlossen werden.In this way it is also possible not only to break the stress of the test rod, but also to determine the stress at which the proportionality limit is reached. For this purpose, one can proceed in the following way, for example: The cycle rate of the dynamic testing machine is based on the natural frequency of the Rod and then gradually increasing the size by changing the centrifugal force the periodic force acting on the test rod is increased. This pendulum force leaves if you act on the rod for a certain time, then the oscillating wave system is created or brings it into dissonance with the derri test rod and makes sure that the Rod now springs back into the zero position. Repeat this procedure for a periodic force of slightly larger amplitude, etc., until you come across a load arrives at which the test rod does not return to its zero position. In this Case the proportionality limit has been reached. Likewise, by microscopic Examination of the rod from any features also concluded that the yield point was will.

In entsprechender Weise läßt sich auch ein Prüfstab untersuchen, der beiderseitig eingespannt ist (Abb.3). Es braucht dann nur der Spannkopf 22 nach Abb. i durch einen gabelförmigen Kopf 31 ersetzt zu werden, dessen Schlitz den Prüfstab 2o in der Mitte umfaßt.A test rod can also be examined in a corresponding manner is clamped on both sides (Fig.3). It then only needs the clamping head 22 Fig. I to be replaced by a fork-shaped head 31, the slot of which is the test rod 2o embraced in the middle.

Abb. 4 zeigt, wie ein einseitig eingespannter Meßstab auf dynamische Torsions- und Biegungsbeanspruchung untersucht werden kann. In diesem Falle ist das untere Ende 32 des Prüfstabes 2o beispielsweise starr mit einem Hebel 33 verbunden, dessen geschlitztes Ende über einen am Lager 12 befestigten Stift 3q. greift.Fig. 4 shows how a measuring stick clamped on one side can be examined for dynamic torsional and bending loads. In this case, the lower end 32 of the test rod 2o is, for example, rigidly connected to a lever 33 , the slotted end of which is connected to a pin 3q attached to the bearing 12. engages.

Soll ein Stab ,auf periodische Druckbeanspruchung untersucht werden, so braucht der Prüfstab nur in -die Pendelebene gelegt zu werden, so daß das schwingende Pendel mit seiner Taktzahl auf den Stab Druckkräfte in seiner Längsachse ausübt. Man hat in diesem Falle eine Art Pendelschlagwerk, nur mit dem Unterschied, daß die Größe des Schlages und dessen Taktzahl nach Belieben und sehr genau veränderlich und einstellbar ist.If a bar is to be examined for periodic compressive stress, the test rod only needs to be placed in the pendulum plane so that the oscillating Pendulum exerts compressive forces on the rod in its longitudinal axis with its cycle rate. In this case you have a kind of pendulum hammer mechanism, the only difference being that the size of the beat and its number of beats can be changed at will and very precisely and is adjustable.

Es können auch beispielsweise mehrere beliebig zueinander liegende und in beliebig verschiedener Weise angetriebene Wuchtmassen auf ein und denselben Prüfstab einwirken, um Vorgänge untersuchen zu können, denen der Prüfstab im späteren Betriebe ausgesetzt ist.It is also possible, for example, to have several mutually arbitrary and balancing masses driven in any number of different ways on one and the same Acting test rod in order to be able to examine processes, which the test rod in later Operations is exposed.

An Stelle einer Beanspruchung durch Fliehkräfte können auch andere, z. B. hydraulische, Kräfte dazu dienen, den Prüfstab in Resonanz mit seiner Eigenschwingungszahl zu belasten.Instead of stress caused by centrifugal forces, other, z. B. hydraulic, forces are used to make the test rod in resonance with its natural frequency to charge.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the dynamic testing of materials by means of vibrations, characterized by an independent vibration system with mechanical connection means for the test body, by means of which the latter can be made to vibrate.

2. Device according to claim i, characterized in that that the natural vibrations of the independent vibration system in the company can be regulated are.

3. Device for dynamic testing of materials by means of vibrations, characterized in that the body system to which the test rod can be connected, both in controllable, periodically increasing and decreasing natural oscillation as well as in Vibrations can be displaced, which can be adjusted to resonate with those of the test rod are. ¢.

Device according to claim i, characterized in that centrifugal forces one attack rotating mass on the vibration system, at least partially transfer to the test body. will.

5. Device according to claim 2, characterized by means, by virtue of which in an axial plane on the oscillation system acting centrifugal force components of a rotating mass transferred to the test body will.

6. Device according to claim i to 3, characterized in that the size the balancing mass effect of the oscillation system for the purpose of changing the amplitude size the force acting on the test body is variable.

Device according to claim i, characterized by circumferential, elastically pendulum mounted balancing masses of the Vibration system, the forces of which are periodically wixi @ kend load can be transferred to the test specimen. B.

Device according to claim 7, characterized in that the restoring force of the oscillating balancing masses acting spring to change the amplitude size of the test force is.

9. Device according to claim 7 and 8, characterized in that the distances the balancing masses of their axis of rotation for the purpose of changing the amplitude size of the the force acting on the test body are variable. ok

Device according to claim 7 to 9, characterized in that for the purpose of changing the number of periods of the oscillation a loading mass (15) is axially displaceable and adjustable on its shaft. ii.

Device according to claims 7 to io, characterized in that for the purpose of change the number of periods of the oscillation the oscillation length of the oscillating balancing masses influencing spring is changeable.

12. The device according to claim 7 to i i, characterized in that one bearing of the balancing mass shaft is a pendulum axle bearing formed with a pendulum oscillation axis perpendicular to the shaft axis is, while the other oscillating bearing of the shaft is under the action of a spring and that of the test rod.

13. Apparatus according to claim 7 to 12, characterized in that that the shaft bearings of the balancing mass for the purpose of changing the number of periods of load are displaceable or interchangeable in the axial direction of the shaft.