Устройство для определения пластических деформаций и износа упрочненных материалов при испытаниях на контактную выносливость Советский патент 1989 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в буровой технике при испытаниях упрочненных материалов на контактную выносливость путем определения их пластических деформаций и износа в динамике, а также при контроле качества в заводских условиях упрочненных деталей подшипников долот,работающих в крайне тяжелых режимах нагру- жения.

Цель изобретения - повьшгение точности путем непрерывного измере1шя скорости углубления канавки в испытуемых образцах.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - магниторезис- тивный преобразователь; на фиг,3 - принципиальная схема измерительной аппаратуры; на фиг.4 - временные диаграммы прохождения электрических сигналов.

Устройство содержит станину 1, расположенный на ней шпиндель 2 с приводом его вращения (не показан), регулировочную плиту 3, консольно закрепленный на ней датчик 4 осевой нагрузки и крутящего момента, два цилиндрических держателя 5 и 6 об- разцов 7 и 8, первый из которых с помощью шарнирной плиты 9 закреплен на конце шпинделя 2, а второй связан с датчиком 4 осевой нагрузки и крутящего момента, шаровые тела 10, предназначенные для взаимодействия с образцами 7 и 8, регулировочное кольцо 11 с магниторезистивными преобразователями 12 и постоянными магнитами 13, выполненное из немагнит- ного материала и навернутое с помощь резьбы на держатель 6 образца 8, рабочую камеру 14, в которой размещены держатели 5 и 6 образцов 7 и 8 и шаровые тела 10, и предназначенную для прокачки через нее хладагента 15, и измерительную аЛпаратуру, электрически связанную с магниторезистивными преобразователями 12. На цилиндрической поверхности держателя 5 образца 7 в окружном направлении выполнено четкое число зубьев 16 с одинаковым шагом между ними. Магниторезистивные преобразователи 12 соединены в два моста, которые подключены к идентичным измерительным усилителям постоянного тока, имеющим плавную регулировку усиления сигнала.. Выходы усилителей подключены к сумматору, К выходу сумматора последовательно подсоединены детектор, фильтр нижних частот формирователь смещения нуля, масштабный делитель и регистратор, например электронный потенциометр КСП-4 (фиг.З

Устройство работает следующим образом.

Держатель 5 образца 7 приводится во вращение с помощью шпивделя 2, через который передается приложенная к испытуемым образцам 7 и 8 осевая нагрузка. В процессе испытания образцов зубья держателя 5 образца 7 поочередно проходят под каждым из магни- торезистивных преобразователей 12 на расстоянии, в котором проявляется магнитное поле. Каждый .зуб, по-- павший в магнитное поле, изменяет его величину и соответственно величину потока, пронизывающего магга1тс)резис- тивный преобразователь 12, При уве-, личении магнитного потока сопротивление магниторезистора увеличивается, а при уменыиении наоборот - умеиьиа . 1

ется. При прохождении зубьен 16 под магниторезистивным преобразователем 12 изменяющиеся величины сопротивлений мап-шторезисторов преобразуются пропорциональные электрические сигна лы, которые перегэются на измерительную аппаратуру.

Перед началом проведения испыта-

НИИ регулировочное кольцо 11 ,с магни торезистивными преобразователями 12 устанавливается на держатель 6 образца 8 таким образом, чтобы наружная поверхность каждого из зубьев 16

при их вращении перекрывала только одинаковую часть площади каждого из магниторезистивных преобразователей 12. При проведении испытаний, чем глубже будут канавки на испытуемых образцах 7 и 8, тем большая часть площади каждого из магниторезистивных преобразователей 12 перекрыта наружной поверхностью каждого из зубьев 15 и тем больше будет соп- ротивление каждого магниторезистивно го преобразователя и соответственно величины электрических сигналов, снимаемых с них. Для исключения влияния поперечных колебаний торца шпин- деля 2 измерительный сигнал подается на сумматор синфазно и в противо- фазе с биениями папинделя 2, Выделение и усиление полезных сигналов, соответствующих углублениям канавок на испытываемых образцах, а также подавление электрических сигналов, возникающих в результате поперечных колебаний торца шпинделя, осуществляется с помощью принципиальной схемы измерений (фиг.З).

В процессе проведения эксперимента в результате биения торца шпинделя 2 зубья 16 проходят не на равном расстоянии от магниторезистивных преобразователей 12, они то максимально приближаются к каждому из них, то максимально удаляются, что и приводит к модулированию полезнЬго сигнала по амплитуде с частотой, равной частоте биения шпинделя 2,

В момент максимального приближения зубьев 16 к магниторезистивному преобразователю 12 амплитуда промоду- лированного сигнала будет максимальной, а в момент наибольшего-удаления зубьев 16 амплитуда будет минимальной. Причем в то время, когда амплитуда промодулированного сигнала иа од

,„

I и

ic

2о 2Ь зо п

35

5

ном магш1Т(1речистия1юм иреобразоиате- ле будет максимальна, па другом преобразователе она будет М1 шмяльна. Сигнал меняет величину и модулируется только в том случае, когда под магниторезистивным преобразователем проходит непосредственно зуб, когда проходит впадина между зубьями 16, то величина сигнала остается постоянной и он не модулируется. Это объясняется тем, что когда проходит зуб, то расстояние между ним и преобразователем составляет около одного миллиметра, а когда проходит впадина, то это расстояние в несколько раз больше и находится в недосягаемости магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 13.

Исследуемые сигналы подаются на входы нормирующих измерительльгх усилителей по микросхемам ДА1 и ДА2, усиливаются и подаются на сумматор по микросхеме ДА4 через регулируемые делители напряжения R27 и R23, с помощью которых максимальные амппиту- ды сигналов приводятся к одинаковому значению (фиг.З).

Сигналы на сумматор подаются синфазно, суммируются, в результате чего модулирующие сигналы, вызванные биениями шпинделя, взаимно уничтожаются, а полезньш сигнал остается, причем с амплитудой, соответствующей идеальному случаю, когда отсутствовали бы биения шпинделя. Далее полезный сигнал подается на амплитудный детектор микросхемы ДАЗ, с выхода детектора - на активный фильтр нижних частот второго порядка по микросхеме ДА5, с фильтра выпрямленный сигнал поступает на формирователь смещения нуля, микросхема ДА6, который обеспечивает следующие функции: в начальный период времени, когда шпиндель 2 начал вращаться и глубина дорожки еще равна нулю, с помощью переменного резистора R33 приводится к нулю сигнал, поступающий на регистратор, например КСП 4; с помощью масштабного делителя (переменный резистор R37) задается предел измерения для регистратора.

Формула изобретения

1. Устройство для определения пластических деформаций и износа упрочненных материалов при испытаниях

на контактную выносливость, содержащую станину, расположенный на ней шпиндель с ПРИВОДОМ его вращения, датчик осевой нагрузки и крутящего момента, два цилшщрических держателя образца, первый нз которых закреплен на шпинделе, а второй связан с датчиком осевой нагрузки и крутящего момента, шаровые тела, предназначенные для взаимодействия с образцами, и измерительную аппаратуру,отличающееся тем, что,с целью повышения точности,оно снабжено электрически связанными с измерительной аппаратурой двумя магниторезистивны- ми преобразователями,размещенными диаметрально противоположно относительно оси шпинделя и взаимодействующими с вторым держателем образца, а на цилиндрической поверхности первого держателя образца выполнено четное число зубьев, расположенных в окружном направлении с одинаковым шагом между ними.. , 2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что измеритель14532Д16

ная аппаратура выполнена в виде двух усилителей постоянного тока с плавной регулировкой усиления, входы которых электрически связаны с соответствующими магниторезистивными преобразователями, и подсоединенного к их выходам сумматора

3. Устройство по п.1, о т л и 10 чающееся тем, что оно снабжено установленным с возможностью осевого перемещения, выполненным из немагнитного материала взаимодействую- щим с вторым держателем образца регу15 лировочным кольцом, на котором размещены магнитарезистивные преобразователи .

20

4. Устройство по п.1, отличающее с я тем, что оно снабжено жестко связанной со станиной регулировочной плитой, предназначенной для взаимодействия с датчиком осевой нагрузки и крутящего момента, а также 25 шаровой пятой, размещенной между первым держателем образца и цилиндром.

разователями, и подсоединенного к их выходам сумматора

3. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что оно снабжено установленным с возможностью осевого перемещения, выполненным из немагнитного материала взаимодействую- щим с вторым держателем образца регулировочным кольцом, на котором размещены магнитарезистивные преобразователи .

4. Устройство по п.1, отличающее с я тем, что оно снабжено жестко связанной со станиной регулировочной плитой, предназначенной для взаимодействия с датчиком осевой нагрузки и крутящего момента, а также шаровой пятой, размещенной между первым держателем образца и цилиндром.

Изобретение относится к буровой технике и позволяет измерять износ упрочненных материалов элементов опоры долота в динамике при пластических деформациях. Цель изобретения - повьшение точности путем непре-. рывного измерения скорости углубле ния канавки в испытуемых образцах. Уст

firr J J J J

У//////

.

/2

и.гЛ

/j

ШИ

UIAI

A A A A A Л

. /j