Основные теоретические сведения. Создание новых и модернизация имеющихся машин тесно свя­заны с повышением их производительности, экономичности

Создание новых и модернизация имеющихся машин тесно свя­заны с повышением их производительности, экономичности, удоб­ства использования при одновременном обеспечении необходимой прочности и надежности. Сложность конструктивных форм деталей машин, многообразие действующих на них нагрузок, меняющиеся условия эксплуатации не позволяют оценить их прочность и надеж­ность только расчётным путем. Для комплексного решения этой проблемы наряду с расчетными необходимо применять экспериментальные ме­тоды.

Экспериментальные методы, связанные с исследованиями проч­ности, как правило, базируются на определении деформаций деталей машин под действием приложенных к ним нагрузок. Деформация – это единственный объективный параметр в связке нагрузка-напряжение-деформация, который может быть определен без каких-либо упро­щающих предпосылок. Если определена деформация, то несложно, используя закон Гука, определить напряжения и оценить прочность. Если известны теоретические или экспериментальные зависимости между нагрузкой, напряжениями и деформациями, то по извест­ной деформации можно определить нагрузку, приложенную к детали.

В связи с тем что относительные деформации деталей при на­пряжениях, не превышающих предела пропорциональности основных конструкционных материалов (металлов) менее 0, 1%, непосредствен­ное их измерение с необходимой точностью невозможно. Для изме­рения деформации ее преобразуют в некоторый сигнал, который можно увеличить с необходимой точностью.

Применяются следующие методы преобразования и измерения деформации: механический, оптический, оптикомеханический, элек­трический, электромеханический, пневмомеханический. Эти методы называются методами тензометрии (" тензо" в переводе с латинского означает " деформация"), а приборы их реализующие называют тензо­метрами.

Среди них особое место занимают электрические методы тензометрии, базирующиеся на преобразовании деформации исследуемого объекта в изменение того или иного параметра электрической цепи (сопро­тивления, тока, напряжения, емкости, индуктивности), изменение которого срав­нительно легко оценивается.

Среди электротензометров наибольшее распространение получили тензорезисторные. Действие их основано на использовании тензоэффекта. Тензоэффектом называется свойство проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электропроводность (электрическое сопротивление) при их деформировании. Тензорезисторные тензометры состоят их двух частей – чувствительной и регистрирующей.

Чувствительной частью – датчиком деформации является тензорезистор. Тензорезистор представляет собой миниатюрное устройство длиной 0, 3…50 мм, шириной 1…5 мм, толщиной 0, 1…0, 4 мм. В зависимости от его назначения он закрепляется на поверхности детали путем приклеивания или приварки. При деформации детали вместе с ней деформируется тензорезистор, что приводит к изменению его сопротивления, которое пропорционально деформации детали.

Применение тензорезисторов обеспечивает следующие основные преимущества: монолитное соединение датчика деформации (тензорезистора) с исследуемой деталью, его малая толщина обеспечивает высокую точность измерения (погрешность 1–3 %); возможности измерения динамических деформаций, малая масса тензорезистора обеспечивает практическую безинерционность при передаче деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц; малые размеры тензорезистора позволяют измерять деформацию в зоне больших ее градиентов; удобство крепления как на плоских, так и на криволинейных поверхностях; возможность измерения в сложных условиях, в том числе при пониженных и повышенных температурах (температурный интервал от –240 до 1100˚ С); возможность измерения одновременно во многих точках деталей; возможность измерения деформации деталей расположенных на больших расстояниях от тензометрической установки; возможность измерения деформации в движущихся деталях.