Способ испытания материалов на контактную усталость Советский патент 1989 года по МПК G01N3/32 

4j

sn

Изобретение относится к машиностроению, в частности к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к способам испытания на кон- тактную прочность при действии циклически изменяющейся нагрузки, и может быть использовано для испытаний материалов на износ.

Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения моделирования различных схем наг- ружения образца.

На фиг.1 изображено распределе- / ние усилий, действующих на образец, при испытаниях материалов по схеме качение без проскальзывания ; на фиг,2 - распределение усилий при испытаниях материалов по схеме каче- .ние с проскальзыванием ; ка фиг.З - распределение усилий при испытаниях материалов по схеме качение с внешней касательной нагрузкой.

Способ осуществляют следующим образом.

Биконические контртела 1 и 2 прижимают к образцу 3 с тороидальной рабочей поверхностью с усилием, направленным перпендикулярно осевым линиям образца 3 и контртел 1 и 2, ко- торые параллельны друг другу.В точ ках контакта образца 3 с критртелом 1 возникают усилия (фиг. 1-3), .величина которьк зависит от углов наклона of и L образующих конусов контртела 1 к его оси и усилия прижатия Р:Р N cosrtt - - ai:, При этом осевые усилия на образце 3 вза- имно компенсируются, так как равны и направлены в противоположные сто- роны. Задаваясь величинами К и о( , получают пары нормальных усили на контактах в зависимости от усилия прижатия Р:

k Р

К COSe/ + COSof

и N

k

где otj arcsin (k sin ofj). Геометрию контртел, их количество рассчитывают также из условия создания на рабочей поверхности образца независимых дорожек качения.

С помощью предлагаемого способа реализуются испытания материалов на контактную усталость по нескольким схемам: качение без проскальзывания, качение с проскальзьгоанием.

0

5

Q -

5

0

,

качение с внешней касательной нагрузкой.

Для проведения ,испытаний материалов по схеме качение без проскальзывания контртела выполняют с одинаковыми углами в. и в/ но с разными дпя каждого контртела, а образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью вьтолняют составным из двух (исследуемой и вспомогательной) частей, которые жестко скреплены, как показано на фиг.1. Заданные усилия N для каждого контртепа 1, 2... вычисляются из соотношения Р 2 N cos в,,где «(.( ) угол наклона образующих конусов к оси. В результате заданной наработки на испытуемой и вспомогательной частях образца 3 получают дорожки качения с различной степенью повреждения поверхности. При необходимости продолжения испытаний для получения на дорожках испытуемого материала одинаковой степени повреждения, контртела, с помощью которых уже достигнута заданная степень повреждения, выводят из контакта с образцом и либо заменяют цилиндрическим роликом для сохранения условия сжатия образца, либо перераспределяют контртела вокруг образца 3 с целью компенсации прикладываемых условий сжатия. Поскольку для каждого контр- т ела oL o(j и N const, то различие в коэффициентах трения исследуемых материалов не вызывает проскальзывания контактирующих тел, следовательно, предлагаемая Схема позволяет реализовать также и сравнительные испытания fcaK разных материалов, так я одного и того же материала, но с различной технологией обработки поверхности .

Для проведения испытаний материалов по схеме качение с проскальзыванием вспомогательна часть составного образца подбирают с заведомо более высокой контактной выносливостью, а «i i задают из условия N const и для каяпото контртела. Объектом исследования являются дорожки качении с проскальзыванием, т.е только тот материал составного образца 3, на который действуют одинаковые нормальные, усилия.

Проведение испытаний материалов на контактную усталость при качении с внешней касательной нагрузкой (фиг.З) осуществляется при условии.

51522075

если , А5 и di в/,а N P//I. Из практических соображений предпочтительным является усилие прижатия, близкое к минимальному по данному условию. Такое соотношение между усилием прижатия Р и больпим из каждой пары нормальных усилий (N) позволяет получить на верхней половине образца 3, являющейся объектом иссле- .Q дования, ряд контактов качения с переменной касательной нагрузкой при постоянной нормальной нагрузке N. Касательные усилия возникают в рескольжения контртел по испытуемым материалам.

При проведении испытаний на контактную усталость по предлагаемому способу достигается большая степень однородности как свойств материалов образца (однородность структуры, химического состава, техпроцесса обработки поверхности, технологической шероховатости поверхности и т.п.), так и внешних факторов: характер приложения нагрузки, вид и сорт смазки, способ подвода, вязкость, темпе- зультате опережающего проскальзывания j ратура степень очистки.... Это дает

контртел 1 и 2 по нижней части образца 3. Это опережение возникает вследствие того, что контртела 1 и 2 приводятся во вращение в контактах с большей нормальной нагрузкой, расположенных в верхней части образца, и имеют приводные диаметры, меньшие диаметров проскальзывания. Величина касательной нагрузки изменяется ступенчато от одного контртела к друго- .

d.

му и определяется как Т,

.CK.t d

возможность проводить испытания материалов в максимально сходных условиях и све$1ти к минимуму разброс показаний контактной выносливости

20 испытуемого материала, а при проведении сравнительных испытаний - сопоставить контактную прочность ма- те1 иалов при циклическом нагружении. Применение в предлагаемом способе

25 контртел, состоящих из жестко скрепленных между собой конусов из различных материалов (или одного и того же, но с различной технологией обработки поверхности), расширяет гра ницы применения способа.

/

М

.cfc.e d

и т.д., где Nji,

- Ng - нормальные усилия на проскальзывающих дорожках соответствующих контртел, fTp.cAc: Tp.CK.i °° ветствующие коэффициенты трения скольжения нижней части образца по контртелу при данных условиях нагру- жения (считается известным)-, dj , d, ... и dj, d - приводные диаметры и диаметры проскальзывания (на фиг.З - нижняя часть образца 3) соответствующих контртел. В результате приложения заданного числа циклов нагружения на одном образце формируется несколько дорожек качения, степень повреждения которых отражает влияние внешней касательной нагрузки (действующей в направлении окружной скорости образца в точке действия на него нормального усилия N, на 1фиг.З - верхняя часть образца 3) на контактную усталость исследуемого материала образца. Данная схема позволяет проводить также сравнительные испытания на двух материалов. При проведении сравнительных испытаний объектом исследования являются обе части составного образца, поэтому параметры контртел рассчитываются с учетом различия коэффициентов трения

скольжения контртел по испытуемым материалам.

При проведении испытаний на контактную усталость по предлагаемому способу достигается большая степень однородности как свойств материалов образца (однородность структуры, химического состава, техпроцесса обработки поверхности, технологической шероховатости поверхности и т.п.), так и внешних факторов: характер приложения нагрузки, вид и сорт смазвозможность проводить испытания материалов в максимально сходных условиях и све$1ти к минимуму разброс показаний контактной выносливости

испытуемого материала, а при проведении сравнительных испытаний - сопоставить контактную прочность ма- те1 иалов при циклическом нагружении. Применение в предлагаемом способе

контртел, состоящих из жестко скрепленных между собой конусов из разичных материалов (или одного и того же, но с различной технологией обработки поверхности), расширяет границы применения способа.

Ф

р. мула изобретения

Способ испытания материалов на

35 контактную усталость, заключающийся в том, что образец с тороидальной рабочей поверхностью обкатывают бико ническимц контртелами, оси которых параллельны оси образца, так, что

40 фрикционный контакт образца с каждым контртелом осуществляется по двум точкам, расположенным по «разные стороны от диаметральной плоскости образца, и по изменению сос45 тояния поверхности образца судят о контактной усталости, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения моделирования различных схем

50 нагружения, используют образец,состоящий из двух одинаковых и жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала,

55 но с различной обработкой рабочих , поверхностей, и варьируют усилиями сцепления между рабочими поверхностями контртел и образца.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испытания на контактную прочность при действии циклически изменяющейся нагрузки. Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения образца. Биконическими контртелами 1 и 2 обкатывают образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью, состоящий из двух одинаковых жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала, но с различной обработкой рабочих поверхностей. Для создания различных схем нагружения варьируют усилия сцепления между рабочими поверхностями контртел 1 и 2 и образца 3. 3 ил.

фиг.З