Способ испытания материалов на контактную усталость
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испытания на контактную прочность при действии циклически изменяющейся нагрузки. Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения образца. Биконическими контртелами 1 и 2 обкатывают образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью, состоящий из двух одинаковых жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала, но с различной обработкой рабочих поверхностей. Для создания различных схем нагружения варьируют усилия сцепления между рабочими поверхностями контртел 1 и 2 и образца 3. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (5!) 4 С 01 N 3/32
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
f (21) 4245935/25-28 (22) 18 05.87 (46) 15,11.89. Бюл, Ф 42 (71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (72) А,А. Жуков и С.Д. Колотиенко (53) 620.!78,3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 560167, кл. G О! N 3/56, 1975. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА
КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испыта ния на контактную прочность при действии циклически изменяющейся нагруз«зк»л22ол а1
2 ки. Цель изобретения — расширение области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения образца. Биконическими контртелами 1 и 2 обкатывают образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью,состоящий из двух одинаковых жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала, но с различной обработкой рабочих поверхностей. Для создания различных схем нагружения варьируют усилия сцепления между рабочими поверхностями контртел 1 и 2 и образца 3. 3 ил.
1522075
Изобретение относится к машиностроению, в частности к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к способам испытания на кон5 тактную прочность при действии циклически изменяющейся нагрузки, и может быть использовано для испытаний материалов на износ.
Цель изобретения - расширение,1р области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения образца.
На фиг.I изображено распределение усилий, действующих на образец, при испытаниях материалов по схеме
"качение беэ проскальзывания"; на фиг.2 — распределение усилий при испытаниях материалов по схеме "качение с проскальзыванием" на фиг.3 - 2{) распределение усилий при испытаниях материалов по схеме "качение с внешней касательной нагрузкой".
Способ осуществляют следующим образом. 25
Биконические контртела 1 и 2 прижимают к образцу 3 с тороидальной рабочей поверхностью с усилием, направленным перпендикулярно осевым линиям образца 3 и контртел 1 и 2, которые параллельны друг другу.В точках контакта образца 3 с контртелом возникают усилия N<и Ng (фиг. 1-3),,величина которых зависит от углов наклона Ы и 1{. образующих конусов
1 и 35 контртела 1 к его оси и усилия прижатия P:Ð " "N cos I + N cos dg . При этом осевые усилия на образце 3 вза-, имно компенсируются, так как равны и направлены в противоположные стороны. Задаваясь величинами N{/И К и {, получают пары нормальных усилий на контактах в зависимости от усилия прижатия Р:
k Р
К соа.{, + cosaf < k где e(< arcsin (k sin 1 „).
Геометрию контртел, их количество „ 5О рассчитывают также иэ условия создания на рабочей поверхности образца независимых дорожек качения.
С помощью предлагаемого способа реализуются испытания материалов на контактную усталость по нескольким схемам: "качение беэ проскальзываI1 ния", "качение с проскальзыванием, "качение с внешней касательной нагрузкой".
Для проведения испытаний материалов по схеме "качение без проскальзывания" контртела выполняют с одинаковыми углами { и { но с разными для каждого контртела, а образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью выполняют составным из двух (исследуемой и вспомогательной) частей, которые жестко скреплены, как показано на фиг.1. Заданные усилия N для каждого контртела 1, 2. ° . вычисляются иэ соотношения P 2 N соз а{1, где
4.(41= { ) — угол наклона образующих конусов к оси. В результате заданной наработки на испытуемой и вспомогательной частях образца 3 получают дорожки качения с различной степенью повреждения поверхности. При необходимости продолжения испытаний для получения на дорожках испытуемого материапа одинаковой степени повреждения, контртела, с помощью которых уже достигнута заданная степень повреждения, выводят из контакта с образцом и либо заменяют цилиндрическим роликом для сохранения условия сжатия образца, либо перераспределяют контртела вокруг образца 3 с целью компенсации прикладываемых условий сжатия. Поскольку для каждого контртела aL 0(и N = const то различие в коэффициентах трения исследуемых материалов не вызывает проскальзывания контактирующих тел, следовательно, предлагаемая схема позволяет реализовать также и сравнительные испытания fear разных материалов, так и одного и того же материала, но с различной технологией обработки поверхности.
Для проведения испытаний материалов по схеме "качение с проскальзыванием" вспомогательную часть составного образца подбирают с заведомо более высокой контактной выносливостью, а Ц )4 задают из условия N<
const и 2 N>4 P для каждого контртела. Объектом исследования являются дорожки качения с проскальзыванием, т.е только тот материал составного образца 3, на который действуют одинаковые нормальные, усилия.
Проведение испытаний материалов на контактную усталость при "качении с внешней касательной нагрузкой" (фиг.3) осуществляется при условии, 5 15220 если, С 45 и а, (,а N< «(P/П.
Иэ практических соображений предпочтительным является усилие прижатия, близкое к минимальному по данному условию. Такое соотношение между усилием прижатия Р и большим из каждой пары нормальных усилий (N ) позволяет получить на верхней половине образца 3, являющейся объектом иссле- 1О дования, ряд контактов качения с переменной касательной нагрузкой при постоянной нормальной нагрузке N<.
Касательные усилия возникают в результате опережающего проскальзывания 15 контртел 1 и 2 по нижней части образца 3, Это опережение возникает вследствие того, что контртела 1 и 2 приводятся во вращение в контактах с большей нормальной нагрузкой, рас- 2О положенных в верхней части образца, и имеют приводные диаметры, меньшие диаметров проскальзывания. Величина касательной нагрузки изменяется ступенчато от одного контртела к другоdä, му и определяется как Т = N / f Д Т = Nf e „ к —, и т.д., где И, (" Ф N — нормальные усилия на проскаль2, 30 зывающих дорожках соответствующих 1 контртел 7р,с < 1 7р ск.g ветствующие коэффициенты трения скольжения нижней части образца по контртелу при данных условиях нагру жения (считается известным); Й I 1 d> ... H с1, d — приводные диаметры и диаметры проскальзывания (на .фиг.3 — нижняя часть образца 3) соответствующих контртел. В результате 49 приложения заданного числа циклов нагружения на одном образце формируется несколько дорожек качения, степень повреждения которых отражает влияние внешней касательной нагрузки 45 (действующей в направлении окружной скорости образца в точке действия на него нормального усилия N<, на 1 фиг.3 — верхняя часть образца 3) на контактную усталость исследуемого материала образца. Данная схема позволяет проводить также сравнительные испытания на двух материалов. При проведении сравнительных испытаний объектом исследования являются обе части составного образца, поэтому параметры контртел рассчитываются с учетом различия коэффициентов трения 75 6 скольжения контртел по испытуемым материалам. При проведении испытаний на контактную усталость по предлагаемому способу достигается большая степень однородности как свойств материалов образца (однородность структуры, химического состава, техпроцесса обработки поверхности, технологической шероховатости поверхности и т.п.), так и внешних факторов: характер приложения нагрузки, вид и сорт смазки, способ подвода, вязкость, температура степень очистки.... Это дает возможность проводить испытания материалов в максимально сходных условиях и свести к минимуму разброс показаний контактной выносливости испытуемого материала, а при проведении сравнительных испытаний — сопоставить контактную прочность материалов при циклическом нагружении. Применение в предлагаемом способе контртел, состоящих иэ жестко скрепленных между собой конусов из различных материалов (или одного и того же, но с различной технологией обработки поверхности), расширяет rpa. ницы применения способа. Формула иэ обретения Способ испытания материалов на контактную усталость, заключающийся в том, что образец с тороидальной рабочей поверхностью обкатывают биконическими контртелами, оси которых параллельны оси образца, так, что фрикционный контакт образца с каждым контртелом осуществляется по двум точкам, расположенным по разные стороны от диаметральной плоскости образца, и по изменению состояния поверхности образца судят о контактной усталости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения, используют образец,состоящий иэ двух одинаковых и жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала, но с различной обработкой рабочих поверхностей, и варьируют усилиями сцепления между рабочими поверхностями контртел и образца. 1522075 Составитель В. Плешаков Техред A.Кравчук Корректор М. Шарощи Редактор Н. Горват Заказ- 6951/39 Тираж 789 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКП С ЙТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Paymeêàÿ иаб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгор д, y . р It У о л. Гага ина 101
