Установка для испытаний материалов на контактную выносливость Советский патент 1990 года по МПК G01N3/56 

о

Изобретение относятся к устройствам дня исследования прочностных свойств и износостойкости материалов при контактных нагрузках и может быть использовано для испытаний материалов в условиях сложного, контактного на- гружения.

Целью изобретения является расширение функциональных фоэможностей путем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышение производительности при исследованиях материалов на износостойкость и прочность.

На фиг.I изображена кинематическая схема установки для испытания материалов на контактную выносливость; на ф ш , 2 - узел установки, состоящий из трех: параллельных валов с эксцентричными опорами подшипников валов; на фиг.З - разрез А-А на фиг,, 2; на- фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5-10 - схемы нагружения испытуемого образца, которые можно реализовать на установке; на фиг,13 - 15,- графики режимов нагружения, которые могут быть реализованы на установке.

Установка для испытаний ка кон- тачтную выносливость содержат корпус 1, три параллельных вала 2-4, на крайних укрепляются контробразиы 5 и б, а на среднем - образец 7 материала, Опоры 8 и 9 выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, которые образуют защепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13.

Параллельные валы 3 и 4 через карданные шарниры 4 и 15 связаны с валами 16 и 17 раздаточной коробки 18. Ban 19 раздаточщг &ч оробки 18 муфтой 20 соединен с электродвигателем 21. Валы 16 и 17 кинематически связаны зубчатыми колесами 22-24 с валом 19 который с помощью найденного шарнира 25, соединенного с промежуточным валом 26, который пропущен в трубе 27 корпуса 1 нпже уровня плоскости расположения параллельных валов 2-4, кинематически связаны с 2 посредством шестерен 28-30 Конец вала 2 муфтой 3 соединен с валом генератора 32.

Валопровоц 13 через муфту 33 связан с дополнительным валопроводом ЗЛ, который чеоез 35 связан с

0

5

0

5

0

5

0

5

ведомым валом 36 нагрузочного устройства 37, выполненного в виде четырехступенчатого червячного редуктора с электродвигателем 38. На валу 36 установлен дисковый тормоз 39.

Другой конец валопровода 13 при помощи муфты 40 соединен с ведомым валом 41 пульсатора 42, который содержит ведущий вал 43, соединенный муфтой 44 с электродвигателем 45, а также кривошип 46 переменного радиуса, шатун 47 и коромысло 48, образующие шарнирный четырехзвенный меха- : низм.

Установка работает следующим образом.

При включении электродвигателя 38 ведомый вал 36 редуктора закручивает валопроводы 13 и 34 относительно ведомого вала 41 пульсатора 42. Электродвигатель 45 пульсатора 42 в это время выключен. При закручивании валопровода 13 поворачивается на некоторый угол шестерня 12, которая поворачивает зубчатый венец 10 опоры 9 и соответственно венец 11 опоры 8. За счет эксцентриситета валы 3 и 4 в опорах 8 и 9 прижимают контробразцы 5 и 6 к образцу материала 7 при повороте опор 8 и 9. Когда давление прижатия достигнет требуемого значения, электродвигатель 38° выключают и тормозом 39 фиксируют ведомый вал 36. Так создается постоянная или переменная нагрузка на образец 7. Для создания циклической составляющей усилия контактного давления на образец 7 включают электродвигатель 45, который приводит в движение кривошип 46 пульсатора 42, выходной вал 41 пульсатора 42 при этом совершает возвратно-вращательное движение, закручивая или раскручивая валопровод 13, который через шестерню 12 задает возвратно-вращательное движение зубчатым венцом 10 и 11, которые создают циклическую нагрузку на образец 7. Частоту нагрузки можно регулировать частотой вращения электродвигателя 45, а амплитуду - путем изменения радиуса кривошипа 46.

При включении электродвигателя 21 приводится во вращение сменные шестерни 22-24 раздаточной коробки 18 и соответственно валы 19, 16 и 17. Шестерни 22-24 подбирают в зависимости от того, какое соотношение скоростей вращения образца 7 и контробраз

цов 5 и 6 необходимо для испытаний. С валов 19, 16 и 17 вращательное движение передается через карданные шарниры 25, 15 и 14 валам 26, 3 и 4 соответственно. С вала 26 через шестерни 28-30 вращетельное движение передается валу 2 образца 7. Для обеспечения испытаний при переменном проскальзывании поверхности образца 7 относительно поверхности контрОбразцов 5 и 6 в зоне контакта угловая скорость образца 7 должна быть переменной, это достигается тем, что шестерни 28-30 выполняются с эксцентричными зубчаты- ми венцами относительно осей вращения с равным для всех осей эксцентриситетом и расположением эксцентриситетов в одной фазе.

К шестерне 12 можно подсоединить еще один узел для испытания материала, аналогичный основному и работающему аналогичным образом.

Установка позволяет реализовать различные схемы нагружения при испытаниях на контактную выносливость, в том числе и предусмотренные стандартной методикой испытаний.

На фиг.5 -10 обозначено: F - усилие прижатия контртел к образцу; V , Vг, V3 - окружные скорости образца и контртел соответственно: V.

Г2

V, - угловые скорости образца и контртел соответственно; Fm - постоянная составляющая усилия прижатия; Fa - переменная составляющая усилия прижатия.

Установка при таких схемах работает следующим образом.

1.Испытание на контактную выносливость при фракционном качении (фиг.5). При этом разъединяют валы 16 и 17 раздаточной коробки с валами

контртел 3 и 4 (фиг.1) и приводят во вращение образец 7 двигателем 21 через валы 19, 25, 26 и систему шестерен 28-30 (фиг.4) под действием силы прижатия контртел к образцу F. Контртела 5 и 6 приводятся во вращение за счет фрикционных сил в зонах контакта, a V1 Vu и V., / V3.

2.Испытание при чистом качении (фиг.6), когда от раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что V, Vэ V-.

3« Испытание при качении с постоянным скольжением (фиг.7) когда от

раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что обеспечивается требуемое соотношение окружных скоростей испытуемого образца и контртел, при котором имеет место постоянное скольжение в зоне контакта:

А

V з - V, V

30

35

40

45

50

55

20

3 2

Заменой шестерни достигаются различные значения скольжения А .

4.Испытания при качении с переменным скольжением осуществляют аналогично схеме (фиг.7), однако при этом шестерни 28-30 (фиг.4) выполняют эксцентричными по отношению к их осям вращения с расположением эксцентри- систентной в одной фазе.

5.Испытания при качении с тяговым моментом (фиг.8). При такой схеме

25 испытаний от раздаточной коробки I8 приводится во вращение только контртела 5 и 6 с равными угловыми скоростями, а вал 2, на котором посажен испытуемый образец 7 (фиг.1), отсоединяется от вала 19 раздаточной коробки. Вместо генератора 32 устанавливается электродвигатель переменного тока, который приводит во вращение образец 7.6.Испытания при качении с тормозным моментом (фиг.9). От раздаточной коробки 18 приводятся в движение контртела 5 и 6, а к валу 2 образца 7 прикладывается тормозной момент, создаваемый генератором 32 (фиг.1). Изменяя нагрузку на грт;.ераторе, устанавливают требуем / по условиям испытания тормозной момент М .

7.Испытания при пульсирующем контакте (фиг.10) достигаются за счет

того, что при невращающихся образце 7 и контртелах 5 и 6 и работе пульсатора 42 за счет периодического возвратно-вращательного движения зубчатых венцов 10 и 11 (фиг.1) осуществляется периодическое прижатие контактирующих тел по гармоническому закону. При этом циклическая составляющая силы прижатия Fa может быть изменена путем изменения радиуса кривошипа 46 и она накладывается на постоянную составляющую нагрузки Fm. При невращающихся образце и контртелах и действии сжимающей пульсирующей нггруз

7153

ке в зоне контакта имеет место деформация образца и контртел, в результате чего имеют место относительные микроперемещения контактирующих тел и создаются таким образом условия для фреттинга. Таким образом, установка позволяет проводить испытания также на фреттинг-усталость в условиях контактного нагружения.

Рассмотренные схемы испытаний могут быть реализованы как при стационарном режиме нагружения, так и при нестационарном режиме. Схемы испытаний (фиг.5-9) могут быть осуществлены на предлагаемой установке как при стационарном режиме изменения контактных напряжений (фиг.11, в этом, случае редуктором 37 (фиг.1) создается только постоянная нагрузка), так и. при нестационарном режиме (фиг.12), когда нагрузка, задаваемая редуктором 37 изменяется по какому-то закону за счет изменения скорости вращения вала электродвигателя 38. Возможно осуществить на предлагаемой установке режим нагружения при всех рассмотренных схемах испытаний, когда постоянная нагрузка, создаваемая редуктором 37, модулируется периодическими коле- баниями за счет пульсатора 42„ При этом импульсы контактных напряжений (фиг.13) оказываются модулированными по амплитуде. Возможно также осуществить и их частотную модуляцию за счет управления частотой вращения электродвигателей 21 и 45.

Схема испытаний при пульсирующем контакте фиг.10 может быть осуществлена как при стационарном режиме нагружения, когда & - const и &

2- (

2: const (фиг. 14) , к и при неста

диокарном режиме, когда const (фиг. 15), в том числе, когда 67|r)(t) представляет собой нестацио-- парный случайный процесс с накладываемой на наго регулярной периодической составляющей . Такой режим нагру Ч

жения чаще всего встречается на прак0

5

264

Q

20

25

35

40

.,, .

8

тике. Для его реализации необходимо в систему управления электродвигате- лем ввести микропроцессор, который осуществлял бы управление электродвигателем по заданной случайной функции.

Формула изобретения

1.Установка для испытаний материалов на контактную выносливость, содержащая корпус, установленные в нем на опорах в одной плоскости три параллельных вала, средний из которых предназначен для размещения образца материала, а два крайних - для нажимных контробразцов, привод вращения валов и нагружающее устройство, отличающаяся тем,- что, с целью расширения функциональных возможностей путем испытаний на контакт- нута прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышения производительности, она снаб7кена сатором, выполненным в виде четырех- звенного шарнирно-рычажного механизма с переменным радиусом кривошипа, и валопроводом с шестерней, соединенным одним концом с ведомым валом пульсатора, а другим - с нагружающим устройством, а опоры крайних валов выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами, входящими в зацепление друг с другом на оси среднего вала и с шестерней на валопроводе.

2.Установка по п.1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что она снабжена тормозом, связанным с нагружающим устройством/.

3.Установка по п.1, отличающая с я тем, что она снабжена установленными в корпусе аналогично основным тремя дополнительными валами с опорами, выполненными и установленными аналогично основным.

Изобретение относится к устройствам для испытания прочностных свойств и износостойкости материалов при контактных нагрузках. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышение производительности. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость содержит три параллельных вала, на которых крепятся контробразцы 5 и 6 и образец 7 материала, а опоры 8 и 9 крайних валов 3 и 4 выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, входящими в зацепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13, к одному концу которого прикреплен пульсатор 42, а к другому - нагрузочное устройство 37 с тормозом 39. При повороте опор 8 и 9 за счет эксцентриситета контробразцы 5 и 6 прижимаются к образцу 7 материала и создают давление на контакте. Задавая валопроводу 13 различные формы движения, можно задавать различные условия нагружения. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

фиг.З

11

Фиг.6

10

S

А /1 /1 А, 1

Й/г. И

Фиг. 9 Vl

Фие. Ю

1

Фиг.

ив. 11

г,

Фиг. 14

Фив. 15