Способ исследования рассеяния упругой энергии и устройство для его осуществления
Союз Советских
Социалистических
Рес ублнк
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ п>859875 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 13. 12. 79 (21) 2853878/18-25 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—
Опубликовано 300881,Бюллетень М 32
Дата опубликования описания 30.0881 (51)М. Кл.
G 01 и 11/16
Государственный комитет
СССР но делам изобретений н открытий (5З) У4К 620. 178. . 3) 1. 64 (088.8) (72) Авторы изобретения
Д.Г.Громаковский, В.Б.Маринин и О.К.Калинин (71) Заявитель
Куйбышевский политехнический институт им.. В;В.Куйбышева (54 ) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ УПРУГОЙ
ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для исследования диссипативных свойств смазочных материалов, которые необходимо учитывать для повышения достоверности динамических расчетов различных узлов и деталей машин и улучшения характеристик работоспособности пар трения.
Известны способы исследования рассеяния упругой энергии, заключающиеся в том, что определяют рассеяния упругой энергии путем регистрации объемных деформаций при затухающих или вынужденных колебаниях твердых тел или механических, систем Г1ти 21 .
Эти способы не позволяют оценИЧ ь диссипативные свойства смазочных материалов, так как при их применении измеряется объемная деформация деталей или образцов, влияние смазочного слоя на которую незначительно.
Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования рассеяния упругой энергии, заключающийся в том, что при постоянном значении амплитуды возмущающей силы возбуждают индектором заданной массы резонансные колебания стыка, образованного рабочими поверхнс:стями иидентора и контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора на контртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка и определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой 3 .
Известный способ осуществляется устройством для исследования рассеяния упругой энергии, содеожашим рамч, сейсмически изолированный стол, контртело, инлентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной де15 формации стыка, образованного поверхностным слоем контртела и поверхностью индентора.
Укаэанный способ позволяет определить логарифмический декремент ко20 лебания только для одного значения удельного номинального давления и частоты воэмущакщей силы, определяемых массой индентора и жесткостью стыка, образованного рабочими повепхностями индентора и контртела.
Известный способ не позвсляет получить указанную зависимость логарифмического деттремента колебания ст условий эксплуатации стыка (величины
30 удельного номинального давления и
859875 частоты возмущающей силы), поэтому он не пригоден для исследования диссипативных свойств смазочных материалов .
Цель изобретения — оценка диссипативных свойств смазочных материалов.
Укаэанная цель достигается техническим решением, предс-.àâëÿþùèì собой новый способ исследования рассеяния упругой энергии, осуществление которого достигается применением уст ройства новой конструкции.
Предлагаемый способ отличается от известного способа исследования рассеяния упругой энергии тем, что перед испытанием в стык индентора и контртела вводят образец смазочного материала, последовательно нагружают стык рядом статических нагрузок, npv, каждой из них возбуждают малые колебания индентора при уровне виброускорения возмущающей силы в интервал
40-60 дБ, и по отличию значений логарифмического декремента колебаний до и после смазки стыка судят о диссипативных свойствах смазочного материала.
Уровень возмущающего синусоидального виброускорения при вынужденных колебаниях не должен превышать 60 дБ, поскольку при больших возмущениях в стыке возникают существенно нелинейные колебания и для этого случая неизвестен способ определения логарифмического декремента колебания. Величина минимального уровня возмущающего виброускорения, равная 40 дБ, выбрана исходя из технических возможностей современной виброакустической аппаратуры.
Указанные операции позволяют оценить диссипативные своиства смазочных материалов и их зависимость от вели- ф) чины удельного номинального давления и частоты возмущающей силы.
Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством новой конструкции для исследования рассеяния упругой энергии, содержащем раму, сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела.
Отличие устройства, позволяющего осуществить новый способ, состоит в том, что устройство снабжено узлом нормального нагружения, установленным соосно индентору и контртелу на столе и соединенным с последним упругими связями, при этом узел нормального нагружения соединен с инденто- g) ром, верхняя часть которого выполнена в виде динамометрического устройства, а нижняя часть содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на испытательном столе. Масса индентора в 100-150 раз меньше массы стола,а жесткость упругой связи узла нормального нагружения в 10-15 раз меньше жесткости стыка индентор — контртело.
Выбор и оптимизация укаэанных выше динамических и конструктивных параметров устройства выполнены путем численного анализа модели, идентифицирующей предлагаемое устройство как двухмассовую систему с помощью
ЭВМ ЕС "1022". Установлено, что масса индентора устройства должна быть в 100-150 раз меньше массы его стола, а жесткость упругой связи узла нормального нагружения в 10-15 раз меньше жесткости стыка индентора и контртела. Экспериментально подтверждено, что при указанных соотношениях масс и жесткостей систематическая ошибка определения логарифмического декремента колебания, вносимая динамической системой устройства, не превышает 5%.
На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа; на фиг.2 и 3 — результаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных масел
Устройство содержит испытательный стол 1, сейсмически изолированный и подвешенный к рамной конструкции ? с помощью канатов 3. Положение стола в пространстве регулируется с помощью винтовых пар 4.
На столе 1 жестко закреплено контртело 5 и расположен узел 6 нормального нагружения, крепящийся к нему с помощью упругих связей 7. Узел нормального нагружения с помощью шарнира 8 соединен с индентором 9, верхняя часть которого выполнена в виде динамометрического устройства 10, а нижняя часть 9 содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на испытательном столе. Упругие связи 7 служат для динамической развязки индентора 9 от узла 6 нормального нагружения. Нагружение стыка 11 узла статической нагрузкой и перемещение индентора относительно контртела осуществляются с помощью винтовой пары 12.
Электродинамический вибратор переменной частоты 13 питается от звукового генератора 14 типа ГЗ-33 через усилитель 15 типа СУПВ-0,1 вибростенда ВЭДС-10Н. Частоту вынужденных колебаний регистрируют с помощью частотомера-хрономера 16 типа Ф-5080, питаемого от звукового генератора 14 через усилитель 17 типа ТУ-50.
Амплитуду колебаний измеряют с помощью акселерометра. 18 типа Д14, сигнал с которого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВ-1 поступает на осциллограф 20 типа С1-19Б.
859875
Способ осуществляется следующим образом.
В стык 11, образованный рабочими поверхностями индентора и контртела, вводят образец смазочного материала
С помощью винтовой пары 12 нагружают стык последовательно рядом статических нагрузок и при каждой иэ них возбуждают малые колебания индентора 9 с помощью электродинамического вибратора переменной частоты 13, питаемого от звукового генератора 14 через усилитель 15. Колебания стыка возбуждают при постоянном значении уровня выброускорения возмущающей силы в интервале 40-60 дБ.
Частоту вынужденных колебаний регистрируют с помощью частотомерахронометра 16, питаемого от звукового генератора через усилитель 17.Амплитуду колебаний измеряют с помощью акселерометра 13 типа Д14, сигнал с которого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВ-1 поступает на осциллограф 20 типа С1-19Б.
При каждой статической нагрузке определяют логарифмический декремент колебания. О диссипативных свойствах смазочных материалов судят по отличию значений логарифмического декремента колебаний до и после смазки стыка.
Пример реализации предлагаемого способа осуществлен при испытаниях индустриальных масел для направляющих скольжения металлорежущих станков. На устройстве (фиг.1) исследуют диссипативные свойства трех товарных индустриальных масел: ИНСп110 (СССР), Vactra-4, (ФирмаФИоЫ 1), Топпа-72 (фирма Контртело выполнеио в виде плоского диска с наружным диаметром 100 мм, кольцевой выточкой диаметром 78,6 мм, внутренним отверстием 25 мм и толщиной 16 мм. Контртело и индентор изготовлены иэ чугуна СЧ2140, при обработке рабочих поверхностей .по 9 классу шероховатости (ГОСТ 2789-73). Масса стола составляет 1000 кг. Перед нанесением образца смазочного материала рабочие поверхности индентора и контртела тщательно про- мываются по методике ВНИИНП и просугде Формула изобретения 1. Способ исследования рассеяния упругой энергии, заключающийся в том, что при постоянном значении амплитуды возмущающей силы воэбужаают реэонаншиваются в вакуумной камере при сте пени вакуума 10 Па и температуре 100 С. После введения в стык образца испытываемого смазочного материала и приложения соответствующей статической нагрузки на индентор накладываются колебания, нормальные к рабочим поверхностям стыка, и в диапазоне частот от 20 до 2000 Гц и снимается амплитудно-частотная характеристика колебаний индентора. По известной методике определяется логарифмический декремент колебания Е - Е d Ti о 15 частота при максимальной амплитуде резонанса, Гц; и К„ — частоты, отсекаемые на амплитудно-частот20 ной характеристике на уровне О, 7 А, Результаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных масел. приведены на фиг.2 и 3. На фиг.2 на кривых 1-5 показаны зависимости логарифмического декремента колебания от величины удельного номинального давления в стыке беэ смазки и при введении в него четырех образцов индустриальных масел. На фиг.3 на кривых 1-5 показаны зависимости логарифмического декремента колебания от частоты возмущающей силы в стыке без смазки и при введении в него четырех образцов индустриальных масел. Кривые 1-4 на фиг.2 и 3 относятся соответственно к маслам: 1-ИНСП-110 ; 2 — опытное масло; 3 Топпа-72; 4 — Vactra - 4.Кривые 5 на фиг.2 и 3 относятся к несмаэанно40 му стыку. 0 диссипативных свойствах масел судят по отличию значений логарифмического декремента колебания до и после смазки стыка. Статистический анализ результатов 4 испытаний показывает, что предлагаемый способ позволяет определять логарифмический декремент колебания со средней квадратичной ошибкой отдельного измерения 0 05. Предлагаемая принципиальная схема осуществления способа оценки диссипативных свойств смазочных материалов, осуществляемого устройством для этих целей, доказывает, что новый способ осуществим в диапазоне звуковых часээ тот удельных номинальных давлений, возникающих в стыках в реальных условиях эксплуатации машин. В6967Ь сные колебания стыка, образонанного рабочими поверхностями индентора н контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора на контртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка, определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой, отличающийся тем, что, с целью оценки диссипативных свойстн смазочных материалон, перед испытанием в стык индентора и контртела вводят образец смазочного материала, нагружают стык последовательно рядом статических нагрузок, при каждой из них возбуждают малые колебания индентора и по отличию значений логарифмического декремента колебания до и после смазки стыка судят о диссипативных свойствах смазочных материалов. 2. устройство для осуществления способа по п.1, содержащее раму, сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжена узлом нормального нагружения, устансрленным соосна индентору и контртелу на столе с помощью упругих связей, при этом узел нормального нагружения соединен с индентором, верхняя часть которого выполнена в виде динамометрического устройства, а нижняя часть содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на столе. 15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 345415,кл.С 01 и 11/16, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР QQ 9 377672, кл.G 01 N 11/00, 1969. 3. Авторское свидетельстно СССР 608033, кл.G 01 Ч 11/16, 1977 (прототип). 859875 г,ю ucmomu, /ц Редактор 7536/64 Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5.Заказ Филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, Ул.Проектная,4 2,0 ф ь 16 ф М 12 ! %ю а 08 0,Ч Ь Ф ь Ц Ф 16 1 3th! ,1 ВаО 10 20 30 Ювяыяе нвнинаяьнее дИяенне, x/c/си Фис. 8 Составитель В.Алексеев Ю.Середа Техред A. Савка Корректор М.Коста
