Способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социвлистическик
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 19. 08. 81 (21) 3332266/25-28
РЦМ К„з с присоединением замки Ио—
8 01 В 5/30
Государственный комитет
СССР по деяам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 1502.83. Ьоллетень N9 6 (331 УД 531. 781. ,2(088.8) Дата опубликования описания 15.02.83 (72) Авторы изобретения
Е
С. А. Букатый, B. A. Дмитриев и Д. ф. Патпйев (7!) Заявители (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
В КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЯХ ключа@щнйся в том, что деталь разрезают в радиальном направлении, эа« кренляют образовавшиеся после рази, резания концы детали, удаляют с детали поверхностный слой, измеряют толщину этого слоя, освобождают концы детали, измеряют диаметр детали до и после удаления поверхностного слоя, 1О повторяют укаэанные операции и по полученным данным судят об остаточных напряжениях j2).
Недостатком данного способа является сравнительно низкая точность .определения остаточных напряжений для кольцевых деталей произвольного поперечного сечения, связанная с не.возможностью учета перемещения образовавшихся при разрезании торцовых. поверхностей детали вне ее плоскости, а также с тем, что расчетные формулы справедвивы только начиная с определенной ширины колец.
Цель изобретения - повьипение точности определения остаточнык напряжений в кольцевых деталях с произвольным поперечным сечением. указанная цель достигается тем, что согласно способу определения ос- таточных напряжений в кольцевых деталях, заключающемуся в том, что деИзобретение относится к измери-. тельной технике, а именно к способам определения остаточных напряжений в кольцевых деталях.
Известен способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заключающийся в том, что деталь разрезают в радиальном направления,. последовательно удаляют с нее поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя и по полученным данным судят об остаточных напряжениях 1
Недостатком данного способа является сравнительно невысокая точность измерения деформации, связанная с искажением формы детали в процессе изменения диаметрального размера кольцевой детали произвольного сечения, а также с невозможностью учета. изменения характера деформации дета ли произвольного сечения по сравнению с кольцевой деталью, с ьачетричной относительно срединной плоскос-. ти сеченки.:
Наиболее близким к изобретейию по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, за«
Куйбышевский ордена. Трудового Красного Знамены политехнический институт им. В. В. Куйбышева и Рыбинский авиационный технологический институт
996855 таль разрезают в радиальном направлении, последовательно удаляют с нее ° поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после уда-. ления каждого слоя и по -полученным данным судят об остаточных напряжениях, одновременно с измерением ди5 аметра детали измеряют и относительное перемещение образовавшихся при разрезании торцовых поверхностей детали.
На фиг. 1 показано устройство для измерения деформации кольцевой детали, находящейся в исходном (неразрезанном) состоянии, перед удалением поверхностных слоев на фиг. 2- 1
-то же, деталь в процессе удаления поверхностных слоев; на фиr. 3 кольцевая деталь с удлинителями, вид сбоку, на фиг. 4 — расчетная схема; на фиг. 5 — кривые деформации для кольца подшипника 4-576205Е, на фиг. б — кривые распределения ос-. таточных напряжений в кольцах подшипников 4-576205Е и 36205.
Устройство для реализации способа оПределения остаточных напряжений содержит установочные элементы
1 и 2, закрепляемые на торцовых поверхностях детали, 3 и измерители 4 и 5 деформации, например индикаторы.
Для повыаения чувствительности на З торцовые поверхности б и 7 разрезанной детали 3 устанавливают удлинители 8 и 9.
Учитывая характер обработки кольцевых деталей, можно считать, что остаточные напряжения в тонком поверхностном слое 10 детали 3 (фиг.4) являются осесимметричными и вдоль рассматриваемого участка контура поперечного сечения кольца постоянны. 40
Так как толщина слоя мала, изменением остаточных напряжений после разрезки детали можно пренебречь. На участке контура поперечного сечения детали удаляется слой 10 малой тол- 45 щины {фиг. 4). Удаление слоя 10 приводит к взаимным перемещениям торцовых поверхностей б и 7, которые в силу осевой симметрии в распределении остаточных напряжений сводят- 50 ся к изменению диаметра кольца д0 и взаимному повороту образовавшихся после разрезания кольцевой детали 3 торцовых поверхностей б и 7 íà уголМ.
Эти перемещения определяются с помощью интеграла Мора..
55 Я" 4
Учитывая зависимости
Мц МХCOS1Х + M SinoC1
МЧ MX s! и О(+ МусО6 й( и их выражения в частном случае
М(0; Му -Rsint и в!пЧ
1 1 ° (i 1
l ю
Mu ° M s i nyL -R ы пс(. sin Ч, (3)
М> M>cosa м -R cosa(, 5 i и Ч
I исходя из выражения (1) можно получить формулы для изменения диаметра д . л аО - f (Ьх (-R cos csin V)
Q U
+ дхЧ(, R sfnaLsin 4 ) + K sinV2RdV г 2
2 (R (дх cosoL+ д хчы пе0 - Rg2. (4)
Учитывая выражения
М («sln9 Му = О) Й 0
1 1
Мц Mxcos eL -cos.d. s in Vр,(5)
М1 = -Mi(slnd = +sind, sin1i ч можно получить формулу для углов по-. ворота торцовых поверхностей 4 и 5 кольцевой детали 3 ЬЧ
Ъ
4 = - (yxÄs inàis in Ч - д x Е d(id 0) 5ч 1 Su . .S da 2 R и (- с o s o(- х-я i и о1) - ч "u F Л z Л < - площадь и моменты инерции поперечного сечения кольцевой детали 3 относительно главных осей, соответственно, 996855 5ц — длина и статические моменты линии AB относительно главных осей, соответственно; Е, y — модуль упругости и коэффициент Пуассона. материала кольцевой детали 3, соответственно; К вЂ” радиус кольцевой детали 3. 10 При указанной схеме удаления поверхностных слоев (фиг. 3) угол М равен взаимному повороту поверхностей 6 и 7 разрезанной кольцевой детали 3, а вместо изменения диаметра 35 а 0 удобнее измерять изменение расстояния д между указанными поверхностями. При этом, учитывая малость перемещений согласно фиг. 1 и фиг, 2, 20,„аА г аА (9) а0 А + 4Аг (10) 25 где аА„, аА - показания измерителей 4 и 5 деформации; Н вЂ” база измерения; М K 3 + — коэффициент усиления деформации. В случае необходимости (c целью повышения точности измерения малых перемещений) измерители 4 и 5 деформа-35 ции могут бить укреплены на удлинителях 8 и 9 (фиг. 3); в этом случае выражейия (9) и (10) не изменяются, но в последнем из них коэффициент К необходимо определять по формуле. 40 K =3+ (1+-„), E (14) 30 где Р - длина удлинителей. Выражение (У) целесообразно приме- 45 нять при определении остаточных напряжений в таких кольцевых деталях, у которых при удалении слоев преобладают диаметральные деформации разрезанной детали 3, а выражение (8) - в тех случаях, когда изменение диаметра кольца в процессе снятия слоев (на пример, травления) намного меньше относительных углов поворота, наблюдаемых в процессе удаления слоев. Наличие в слое касательных остаточных напряжений на конечном результа- те не сказывается, т.е. выражения (7) и (8) не изменяются. Способ определения остаточных напряжений осуществляется следующим ® образом. Исследуют остаточные напряжения по дорожке качения внутреннего кольца радиально-упорного подшипника 4-576205Е и внутреннего кольца под- 65 шипника 36205 с симметричным поперечным сечением. Исследуемую кольцевую деталь 3 разрезают в радиальном направлении, затем последовательно-осуществляют снятие слоев с одновременным измерением диаметра кольца 3 и угловых деформаций торцовых поверхностей 6 и 7 двумя измерителями 4 ,и 5 (например, индикаторами часового типа с ценой деления 1 мкм, установленными на удлинителях). Снятие сло-, ев осуществляют путем электрополирования. Полученные данные представляют в координатах время злектрополирования (толщина снятого электрополированием слоя) — деформация кольцевой детали 3 (фиг. 5). Кривую 10 получают по показаниям измерителя 4 деформации, кривую 11 — по показаниям измерителя 5 деформации, кривую 12 по усредненной деформации, определенной по формуле {10) с учетом выражения (3!). Графическим дифференцированием кривой 12 определяют отношение. д(Ь0) в нескольких точках, после чеда го полученные значения представляют в Формулу (7) (для случая измерения угла подставляют значения d(à Ô ) да в Формулу (8), и определяют остаточные напряжения в исследуемых точках, по которым строят график изменения напряжений по сечению кольца 3; на фиг. 6 показано такое распределение для кольца подшипника 4-576205Е {кривая 13) и для кольца подшипнйка 36205 (кривая 14). Использование изобретения позволяет повысить точность определения остаточных напряжений в кольцевых дета- лях произвольного сечения путем измерения перемещений торцовых поверхностей разрезанной детали. Формула изобретения Способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заключа ющийся s том, что деталь разрезают в радиальном направлении, последовательно удаляют с нее поверхностные слои, измеряют нх толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя, и по полученным данным, судят об остаточных напряжениях, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повиаения точности определения остаточных напряжений в кольцевых деталях с произвольным поперечным сечением, одновременно с измерением диаметра детали измеряют и относительное перемещение образовавшихся нри раз.резании торцовых поверхностей детали. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Биргер И. А. Остаточные напря- жения, М., Машгиз, 1963, с. 105-116. 2. Авторское свидетельство СССР 9599156,кл. G 01 В 5/30,1976 прототип). 43 В 1р Уоаужу мвту CAN, икр Фп i ВНИИПИ Заказ 917/58 Тираж 600 Подписное Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4
