Способ износоусталостных испытаний материалов

 

Изобретение относится к области износоусталостных испытаний материалов в машиностроении и может быть использовано для оценки работоспособности элементов узла трения типа шток-подшипник скольжения поршневых машин. Этот способ позволяет приблизить условия испытания к эксплуатационным ввиду реализации трения скольжения при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагружением образца циклической силой. Способ реализуют следующим образом. Образец например цилиндрический или призматический , нагружают осевой циклической силой Р заданной величины с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша силами Q, равными по величине и противоположными по направлению , Вкладыши монтируют в корпусе подшипника таким образом, что создается разъемный подшипник скольх ения. Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают возвратно-поступательное движение со скоростью V относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом , при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетворять условию недопущения потери устойчивости при испытаниях. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч) G 01 N 3/56

ГОсудАРстВеннОе пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4926911/28 (22) 09.04.91 (46) 23.02.93, Бюл. ¹ 7 (71) Белорусский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Л,А. Сосновский (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1341538, кл. G 01 N 3/56, 1986.

2. Уотерхауз Р.Б, Фреттинг-коррозия.—

Л.; Машиностроение, 1986, с.80 — 82. (54) СПОСОБ ИЗНОСОУСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области износоусталостных испытаний материалов в машиностроении и может быть использовано для оценки работоспособности элементов узла трения типа шток — подшипник скольжения поршневых машин, Этот способ позволяет приблизить условия испытания к эксплуатационным ввиду реализации трения скольжения при возвратно-поступаИзобретение относится к области износоусталостных испытаний материалов и Может быть использовано для оценки работоспособности элементов узла трения типа шток — подшипник скольжения поршневых машин.

Известен способ износоусталостных испытаний материалов, заключающийся в том, что цилиндрический образец приводят во вращение, нагружают изгиба1ощей силой, а к рабочей его зоне с противоположных сторон прижимают два вкладыша, при этом нагрузку на вкладыши создают с помощью присоединенных к ним инерционных масс, которым сообщают. Ж 1797008 Al тельном движении в сочетании с осевым нагружением образца циклической силой.

Способ реализуют следующим образом. Образец например цилиндрический или призматический, нагружают осевой циклической силой P заданной величины с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижима1от два вкладыша силами Q, равными по величине и противоположными по направлению, Вкладыши монтируют в корпусе подшипника таким образом, что создается разъемный подшипник скольжения. Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают возвратно-поступательное движение со скоростью Ч относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетворять условию недопущения потери устойчивости при испытаниях. 3 ил., "4 дополнительное вращение относительно С) оси образца.

Недостаток этого способа состоит в том, что реализуется трение скольжения при вращательном движении элементов узла трения, что не позволяет имитировать процессы трения скольжения при возвратно-поступательном движении, т.е. применительно к таким изделиям, как шток-сальник поршневых машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ износоусталостных испытаний материалов (испытания на фреттинг-усталость), заключающийся в том, что цилиндрический

1797008

=3,14 0.0025

Х +А=

Хо+ А г1

=- 0,179 м

О, 45

1- — — =0 088 м хо+А образец, на котором с двух противоположных сторон выполнены плоские лыски, нагружают осевой циклической силой, а к его лыскам прижимают мостики фреттинга.

Недостаток этого способа состоит в том, что мостики фреттинга. испыты ва ют лишь микроперемещения относительно продольной оси образца, обусловленные величиной его осевой деформации, т.е. процесс грения скольжения при достаточно большой длине хода не реализуется, Кроме того, мостики фреттинга контактируют по полоске малой протяженности, а поэтому не имитируют конструктивных особенностей подшипникового узла.

Целью изобретения является приближение условий исйытания к эксплуатационным при работе узлов шток-.сальник (шток — подшипник скольжения).

Поставленная цель достигается тем, что 20 длинномерный образец материала нагружают осевой циклической силой Г, к его рабочей поверхности с противоположных сторон прижимают два вкладыша и создают на них нормальные нагрузки Q равные по величи- 25 не и противоположные по .направлению, при этом определяют коэффициент трения f пары образец — вкладыш, расстояние Х0 точки первоначального контакта вкладышей с образцом от одного из концов образца, и 30 сообщают вкладышам возвратно-поступательное движение относительно точки первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещения вкладышей должна удовлетворять усло- 35 вию где Рилакс — максимальное значение сжимающей силы;

Š— модуль нормальной упругости материала образца;

F и 1- площадь его поперечного сечения и радиуса инерции;

q — среднее давление вкладыша на по- 50 верхность образца;

qf — удельная сила трения.

Указанное условие является необходимым и достаточным для того, чтобы испытуемый образец не потерял устойчивости при 55 действии P»« и qf, На фиг.1 представлена схема испытания; на фиг.2 и 3 — разрез А-А на фиг,1, На фиг.1-3 обозначено: 1 — образец, 2 — вкладыши падшипйика скольжения, Способ реализуют следующим образам.

Образец 1, например, цилиндрический (фиг.2) или призматический (фиг.3), нагружают осевой циклической силой P заданной величины (фиг.1) с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша

2 силами Q, равными по величине и противоположными по направлению, Вкладыши монтируат в корпусе подшипника (на фиг. не показан) таким образом, что создается разьемный подшипник скольжения. Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают возвратно-поступательное движение со скоростью Ч (см, фиг.1) относительно срединной точки с координатой Х0, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда

А перемещений вкладыша должна удовлетворять условию (1).

Пример. Способ реализуют при испытании циклических образцов диаметром d =

10 мм = 0,01 м, изготовленных из стали, для которой Е = 2 10 Н/м . Вкладыши — чу 1 г гун, при этом среднее контактное давление

q = 100 10 Н/м и f = 0,1. Наибольшая сжимающая сила при испытаниях PM,« * =

20 кН. Образец в испытательной машине имеет один защемленный конец, а другой— шарнирно опертый. Тогда, согласно формуле (1), имеем где1= 4/Р = d/4 = 0,01/4

= 0.0025 м

1= (л d ) /32 — радиус инегации;

Fo=(л б )/4=0;78 10 м -площадь поперечного сечения образца.

Это означает, что приведенная длина образца должна быть (при указанном выше закреплении концов) 1797008

Xo+А= тц. Если принять Хо = I/2 = 0,044 м, то А =

0,044 м, Таким образом, потеря устойчивости образца не наступит, если при координате X = 0,044 м амплитуда перемещений вкладышей не превысит 0,044 м, общая рабочая длина образца должна быть при этом! =- 0,088 м.

В результате испытаний изучают влияние величины нормальных напряжений от циклической осевой силы P и контактных напряжений от контактной нагрузки Q npu заданной скорости V скольжения на надежность элементов узла трения по критериям сопротивления усталости и износостойкоФормула изобретения

Способ износоусталостных испытаний материалов, заключающийся в том, что испытывают на усталость длинномерный образец путем нагружения его осевой циклической силой, одновременно прижимают к его рабочей поверхности с противоположных сторон два вкладыша и прикладывают к вкладышам нормальные нагрузки, равные по величине и противоположные по направлению, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что, с целью приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации пары шток — сальник, сообщают вкладышам возвратно-поступательное перемещение относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, а амплитуду А этого перемещения. выбирают из условия: сти. Процесс трения может быть реализован как со смазочным материалом, так и без него. Информативность испытаний расширяется, если варьировать и скорость сколь5 жения, изменять материал вкладыша и образца.

Таким образом, предложенный способ позволяет приблизить условия испытания к эксплуатационным для ряда изделий, на10 пример, узлов шток — подшипник скольжения (шток-сальник), ввиду реализации трения скольжения при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагруМением образца циклической силой, 15 где Xo — расстояние от срединной точки до одного из концов образца;

F — площадь поперечного сечения образца;

I — радиус инерции образца;

E — модуль нормальной упругости материала образца;

P»< " — максимальное значение сжимающей осевой силы;

q — среднее давление вкладыша на поверхности образца;

f — коэффициент трения пары образецвкладыш.

1797008

Составитель Л.Сосновский

Техред М,Моргентал Корректор M.Têà÷

Редактор

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

Заказ 648 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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