Установка для испытаний материалов на контактную выносливость

 

Изобретение относится к устройствам для испытания прочностных свойств и износостойкости материалов при контактных нагрузках. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышение производительности. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость содержит три параллельных вала, на которых крепятся контробразцы 5 и 6 и образец 7 материала, а опоры 8 и 9 крайних валов 3 и 4 выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, входящими в зацепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13, к одному концу которого прикреплен пульсатор 42, а к другому - нагрузочное устройство 37 с тормозом 39. При повороте опор 8 и 9 за счет эксцентриситета контробразцы 5 и 6 прижимаются к образцу 7 материала и создают давление на контакте. Задавая валопроводу 13 различные формы движения, можно задавать различные условия нагружения. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 G 0l N 3/56

ГЦ Я43;

E. Б:;ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4443383/25-28

:(22) 16.05.88 (46) 15.01.90. Бюл. h"- 2 (71) Хмельницкий технологический институт бытового обслуживания и Институт проблем прочности АН УССР (72) С.Г.Костогрыз, В.В.Ковалевский, B Г.Каплун, Б.А.Ляшенко, Ю.И.Шалапко и Ю.З.Пивоваров (53) 620.178.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 706744, кл. С 01 И 3/56, 1977. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРНАЛОВ НА КОНТАКТНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ (57) Изобретение относится.к устройствам для испытания прочностных свойств и износостойкости материалов при контактных нагрузках. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем испытаний на кон— тактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с раз„„SU„1536264 А 1

2 личными коэффициентами асимметрии и большими частотами и повьппение производительности. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость содержит три параллельных вала, на которых крепятся контрабразцы 5 и

6 и образец 7 материала, а опоры 8 и

9 крайних валов 3 и 4 выполнены: в виде эксцентрична расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и ll входящими в зацепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13, к одному концу которого прикреплен пульсатор

42, а к другому — нагрузочнае устройство 37 с тормозом 39. При повороте опор 8 и 9 за счет эксцентриситета контробразцы 5 и 6 прижимаются к образцу 7 материала и создают давлений на контакте. Задавая валопроводу 13 различные формы движения, можно задавать различные условия нагружения.

2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1536264

Изобретение относится к устройствам для исследования прочностных свойств н износостойкости материалов при контактных нагрузках и может быть использовано для испытаний материалов в условиях сложного. контактного нагру>кения.

Целью изобретения является расширение функциональных фоэмсэжностей пулем испытаний на контактну|о прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышение производитель- 15 ности при исследованиях материалов на износостойкость и прочность.

Иа фиг. 1 изображена кинематическая схема установки для испытания ма.териялов на контактную выносливость; на 20 фиг,2 — узел установки, состоящий из трех параллельных валов с эксцентричными опорами подшипников валов; на фиг.3 — разрез А-я. на фиг„2; на " фиг.4 — вид В на фиг.2; на фиг.5-10 — 25 схемы нагружения испытуемого образца, которые можно реализовать на установке; на фиг.11 — 15, — графики режимов нагружения, которые могут быть реализованы на установке. 30

Установка для испытаний на кон-. ( тактную выносливocть содержит корпус

1, три параллельных Бала 2-4 на крайних укрепляются контробразцы 5 и

6, а на среднем — образец 7 материала. Опоры 8 и 9 выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, которые образуют защепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13.

Параллельные Балы 3 и 4 через карданные шарниры 4 и 15 связаны с валами 16 и 17 раз„а очной коробки 18, В. л 19 раздаточнр оробки 18 муфтой

20 соединен с э ек р дви .ателе 21 45

Валы 16 и 17 кинематически связаны зубчатыми колесами 22-24 с вялом 19„ который с помощью карданного шарнира

25, соединенного с промежуточным BG лом 26, который пропущен в трубе 27 корпуса 1 ниже уровня плОСКОсти рас положения параллельных валов 2-4, кинематически связаны с валом ? посредством шестерен 28-30. Конец вала 2 муфтой 31 соединен с вялом генерато55 ра 32.

Валопровоц 13 через муфту 33 свя-

3 ан с допОлнительным валоп1)ОБОДОМ

34, который через муфту 35 связан с ведомым валом 36 нагрузочного устройства 37, выполненного в виде четырехступенчатого червячного редуктора с электродвигателем 38. На валу 36 установлен дисковый тормоз 39.

Другой конец валопровода 13 при помощи муфты 40 соединен с ведомым валом 41 пульсатора 42, который содержит ведущий вал 43, соединенный муфтой 44 с электродвигателем 45, а также кривошип 46 переменного радиу-. са, шатун 47 и коромысло 48, образующие шарнирный четырехзвенный механизм.

Установка работает следующим образом.

При включении электродвигателя 38 ведомый вал 36 редуктора закручивает валопроводы 13 и 34 относительно ведомого вала 41 пульсатора 42. Электродвигатель 45 пульсатора 42 в это время выключен. При закручивании валопровода 13 поворачивается на некоторый угол шестерня 12, которая поворачивает зубчатый венец 10 опоры 9 и соответственно венец 11 опоры 8. За счет эксцентриситета валы 3 и 4 в

\ опорах 8 и 9 прижимяэот контробразцы 5 н 6 к образцу материала 7 при повороте опор 8 и 9. Когда давление прижатия достигнет требуемого значения, электродвигатель 38 выключают и тормозом 39 фиксируют ведомый вал 36.

Так создается постоянная или переменная нагрузка на образец ?.. Для создания циклической составляющей усилия контактного давления на образец

7 включают электродвигатель 45, который приводит в движение кривошип 46 пульсатора 42, выходной вал 41 пульсатора 42 при этом совершает возвратно-вращательное движение, закручивая или раскручивая валопровод 13, который через шестерню 12 задает возвратно-вращательное движение зубчатым венцом 10 и 11, которые создают циклическую нагрузку на образец 7. Час" тоту нагрузки можно регулировать частотой вращения электродвигателя 45, а амплитуду — путем изменения радиуса кривошипа 46.

При включении электродвигателя 21 приводится во вращение сменные шестерни 22-24 раздаточной коробки 18 и соответственно валы !9, 16 и 17.

Шестерни 22-24 подбирают в зависимости от -. îãî,,какое соотношение скоростей вращения образца 7 и контробраз1536264 зоне контакта: цов 5 и 6 необходимо для испытаний.

С валов 19, 16 и 17 вращательное движение передается через карданные шарниры 25, 15 и 14 валам 26, 3 и 4 соответственно. С вала 26 через шестерни 28-30 вращетельное движение передается валу 2 образца 7. Для обеспечения испытаний при переменном проскальзывании поверхности образца 7 относительно поверхности контробразцов

5 и 6 в зоне контакта угловая скорость образца 7 должна быть переменной, это достигается тем, что шестерни 28-30 выполняются с эксцентричными зубчатыми венцами относительно осей вращения с равным для всех осей эксцентриситетом и расположением эксцентриситетов в одной фазе.

К шестерне 12 можно подсоединить 20 еще один узел для испытания материала, аналогичный основному и работаю— щему аналогичным образом.

Установка позволяет реализовать различные схемы нагружения при испы- 25 таниях на контактную выносливость, в том числе и предусмотренные стандартной методикой испытаний.

На фиг.5 -10 обозначено: F — усилие прижатия контртел к образцу; 3р ч1 1 2 Vз окружные скорости образ- ца и контртел соответственно; V, V, V — угловые скорости образца и контр3 тел соответственно; Р— постоянная составляющая усилия прижатия; Р—. 35 переменная составляющая усилия прижатия.

Установка при таких схемах работает следующим образом.

l. Испытание на контактную вынос- 4р ливость при фракционном качении (фиг.5). При этом разъединяют валы

16 и 17 раздаточной коробки с валами контртел 3 и 4 (фиг.l) и приводят во вращение образец 7 двигателем 21 че- 45 реэ валы 19 25, 26 и систему шестерен 28-30 (фиг.4) под действием силы прижатия контртел к образцу F Контртела 5 и 6 приводятся во вращение за счет фрикционных сил в зонах контак- 50 та, à V„>p V и V„>i V).

2. Испытание при чистом качении (фиг.6), когда от раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что Ч, .= 7 = V .

3; Испытание при качении с постоянным скольжением (фиг.7) когда от

6 раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что обеспечивается требуемое соотношение окружных скоростей испытуемого образца и контртел, при котором имеет место постоянное скольжение в

Ч,- V, Ч,-Ч, Л= — — const г

Заменой шестерни достигаются различные значения скольжения A . 4. Испытания при качении с переменным скольжением осуществпяют аналогично схеме (фиг.7), однако при этом шестерни 28-30 (фиг.4) выполня1от эксцентричными по отношению к их осям вращения с расположением эксцентрисистентной в одной фазе.

5. Испытания при качении с тяговым моментом (фиг.8). При такой схеме испытаний от раздаточной коробки 18 приводится во вращение только контртела 5 и 6 с равными угловыми скоростями, а вал 2, на котором посажен испытуемый образец 7 (фиг.l), отсоеди— няется от вала 19 раздаточной коробки. Вместо генератора 32 устанавливается электродвигатель переменного тока, который приводит во вращение образец 7.

6. Испытания при качении с тормозным моментом (фиг.9). От раздаточной коробки 18 приводятся в движение контртела 5 и 6, а к валу 2 образца 7 прикладывается тормозной момент, создаваемый генератором 32 (фиг.l). Изменяя нагрузку на г .ераторе, устанавливают требуем:.=-. по условиям испытания тормозной момент М

7. Испытания при пульсирующем контакте (фиг.10) достигаются за счет того, что при невращающихся образце 7 и контртелах 5 и 6 и работе пульсатора 42 за счет периодического возвратно-вращательного движения зубчатых венцов 10 и 11 (фиг.l) осуществляется периодическое прижатие контактирующих тел по гармоническому закону.

При этом циклическая составляющая силы прижатия F может быть изменена путем изменения радиуса кривошипа 46 и она накладывается на постоянную составляющую нагрузки F„. При невращающихся образце и контртелах и действии сжимающей пульсирующей нагруз1536264 ке в зоне контакта имеет место деформация образца и контртел, в результате чего имеют место относительные микроперемещения контактирующих тел и создаются таким образом условия для

5 фреттинга. Таким образом, установка позволяет проводить испытания также на фреттинг-усталость в условиях контактного нагружения.

Рассмотренные схемы испытаний мо". гут быть реализованы как при стацио1 нарном режиме нагружения, так и при нес тационарном режиме. Схемы испыта,ний (фиг.5-9) могут быть осуществле15, ны на предлагаемой установке как при ,стационарном режиме изменения кон" .тактных напряжений (фиг.ll, в этом случае редуктором 37 (фиг.1) создается только постоянная нагрузка), так и при нестационарном режиме (фиг.12), когда нагрузка, задаваемая редуктором ! 37 изменяется по какому-то закону за счет изменения скорости вращения вала электродвигателя 38. Возможно осуще- 25 ствить на предлагаемой установке ре, жим нагружения при всех рассмотренных схемах испытаний, когда постоянная нагрузка, создаваемая редуктором

37, модулируется периодическими коле- 3<1 баниями за счет пульсатора 42. При этом импульсы контактных напряжений (фиг.13) оказываются модулированными по амплитуде, Возможно также осуществить и их частотнук1 модуляцию за

35 счет управления частотой вращения электродвигателей ?1 и 45.

Схема испытаний прн пульсирующем контакте фиг.10 может быть осуще-. ствлена как при стационарном режиме нагружения, когда * =: const и Ь

2 rv С( сonst (фиг.14); . "к и при нестационарном режиме, когда Ь :Ф сопят (фиг. 15), в том числе, когда

=-Ь (с) представляет собой нестацио".

t нарный случайный процесс с накладываемой на него регулярной периодической составляющей А . Такой режим нагру7 е( жения чаще всего встречается на практике. Для его реализации необходимо в систему управления электродвигате-. лем ввести микропроцессор, который осуществлял бы управление электродвигателем по заданной случайной функ-.... ции.

Формула изобретения

1. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость, содержащая корпус, установленные в нем на опорах в одной плоскости три параллельных вала, средний из которых предназначен для размещения образца материала, .а два крайних — для нажимных контробразцов, привод вращения валов и нагружающее устройство, отличающаяся тем;что, с целью расширения функциональных возможностей путем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышения производительности, она снабжена пуль". сатором, выполненным в виде четырехзвенного шарнирно-рычажного механизма с перемен-..-ым радиусом кривошипа, и валопроводом с шестерней, соединен" ным одним концом с ведомым валом пуль" сатора, а другим — с нагружающим устройством, а опоры крайних валов выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами, входящими в зацепление друг с другом на оси среднего зала и с шестерней на валопроводе.

2. Установка по п.1, о т л и ч а .ю щ а я с я тем, что она снабжена тормозом, связанным с нагружающим устройством;.

3, Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена установленными в корпусе аналогично основным тремя дополнительными валами с опорами, выполненными и установленными аналогично основным.

1536264

1536264

1536264

1536264

Составитель Н. Елисеев

Редактор Т.Лаэоренко Техред М.Ходанич Корректор О.Ципле

Заказ 103 Тираж 496 Подписное

8HHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101