Способ испытания деталей и узлов машин Советский патент 1991 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к испытаниям деталей и узлов машин на контактную прочность и может быть использовано в машиностроении.

Цель изобретения - повышение производительности испытаний за счет интенсификации спектра нагружения

На фиг. 1 приведена кривая, характеризующая работу узла, например, подшипника качения, на фиг 2 - формализованная эксплуатационная кривая; на фиг 3 - процесс суперпозиции высоко- и низкочастотных колебаний а также их полупериоды; на фиг.4 - частный случай суперпозиции - модулирование колебаний; на фиг.5 - две формализованные кривые нагружения деталей, полученные наложением формализованных основной и дополнительной нагрузок; на

фиг 6 - схема системы для реализации предлагаемого способа

Испытательные машины 1-3 через исполнительные механизмы 4-6 и электрогидравлические преобразователи 7-9 связаны с управляющей вычислительной машиной 10 которая генерирует сигнал, несущий основную нагрузку Дополнительные сигналы формируют генераторы 11 и 12, а также двухполупериодный выпрямитегь 13 с регулируемым нелинейным сопротивлением. Последний обеспечивает одностороннюю пульсацию сигналов с удвоенной частотой. Нелинейное сопротивление, встроенное в этом выпрямителе, позволяет осуществлять модуляцию дополнительного сигнала. Кроме прямых, в схеме есть обратная связь между исполнительными механизмами 4-6

О

ю о

о о

и управляющей машиной 10. В зависимости от комплектирующей аппаратуры управляющий сигнал может быть по току или напряжению. Таким образом, приведенная схема позволяет имитировать любой сложный процесс нагружения, а также форсировать испытания путем увеличения параметров нагружения. В любом случае, благодаря наложению полупериодов, количество переходных режимов увеличивается в 2 раза.

В подвижных соединениях механизм ускоряющего действия дополнительной нагрузки действует по следующей схеме, интенсификация износа, раскрытие зазора в трущихся парах, накопление продуктов износа в смазке, ухудшение динамики узла и выход из строя слабого звена. В неподвижных соединениях высокочастотные нагрузки стимулируют появление так называемой фреттингкоррозии, которая также ускоряет разрушение испытываемого узла.

На кривой, характеризующей изменение эксплуатационной нагрузки в узле или детали, строят нижнюю огибающую. Определенный участок этой кривой разбивают на интервалы одинаковой продолжительности и ординату каждого из них рассматривают как составляющую выборки, подчиняющуюся какому-нибудь закону распределения. Известными методами находят этот закон, его параметры и проводят проверку на достоверность. Пусть это будет, например, нормальный закон

00

f(x)- -L- / е

-оо

По параметрам полученного закона строят новую выборку путем разыгрывания составляющих случайным методом, например, Монте-Карло. Аналитически эта формула имеет вид

Х| (Р -0,5)+(7баз,

где е - основание натуральных логарифмов;

xi - параметр нагрузки;

S - среднеквадратичное отклонение параметра нагрузки;

R - случайное число от 0 до 1;

ф - обратная функция Лапласа.

Общее время Тц действия блока нагрузок принимают, исходя из опыта эксплуатации испытуемого узла или детали, равным 4-8 ч. Время действия одной ступени рассчитывают как случайную величину по формуле

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

t - тч1Л1ГАп1}

Х| RK-R,

где К количество значений параметра х в выборке.

По этим данным строят блоки нагружения детали основной нагрузкой. Значения нагрузки колеблются случайным образом вокруг х базового. За параметр нагрузки принято контактное напряжение - средняя обозначена как Оёаз При отсутствии экспериментальных данных о нагружении детали или узла необходимо установить пределы изменения основного параметра нагрузки и найти его среднее или базовое значение. После этого построение блоков нагружения производится по описанному методу. На полученную формализованную кривую накладывают дополнительную нагрузку, которая формируется следующим образом.

Низкочастотные 2 о и высокочастотные 2 О2 колебания представляют в виде гармонических процессов. Определение частоты и амплитуды производится по методу, например, полных циклов с выделением только двух первых амплитуд с их частотами.

Суперпозицию гармоник производя г с

тс

постоянным смещением, например, - , характерным для эксплуатационного спектра. Аналитически это выглядит так:

X 02 Sin ( Wl t + f) +0 Sin ( W2 t + ),

где х- текущая ордината спектра;

о ,Ji амплитуды колебаний первой и второй гармоник;

Wi, - частоты колебаний перпой и второй гармоник;

- начальный угол смещения радиуса- вектора первой гармоники (в данном случае л /2):

(р - начальный угол смещения радиуса- вектора второй гармоники (р 0).

Колебания начинаются с фаз фо л II и р 0. Начальное смещение радиуса-вектора обеих гармоник я /2, амплитуда 2 f ai + 02 } для суперпозиции и амплитуда а для суперпозиции полупериодов.

Если амплитуда, частота или фаза одной гармоники периодически изменяется во времени, причем период изменения достаточно велик по сравнению с периодом процесса, то имеют модулированные колебания. Этот частный случай полигармонических колебаний необходим для имитации пульсирующей нагрузки н,ч детали, например, на

подшипники полуоси автомобиля, едущего по булыжнику.

Высокая частотная несущая гармоника с амплитудой 2 ф модулируется низкочастотной гармоникой с амплитудой Oi + 02 ( 1 + m ). Соотношение частот постоянное 1:10, а амплитуда соответствует коэффициенту модуляции m 1 . -. Верхняя граница частот

определяется, кроме эксплуатационного спектра нагружения, также возможностями принятой схемы реализации. Например, при использовании в схеме электрогидравлических преобразователей она не должна превышать 300 Гц из-за опасности входа системы в резонанс. Во избежание этого явления минимальное соотношение частот колебаний у гармоник должно быть 1:3.

Аналитически модулированный по амплитуде сигнал выглядит так: несущий высокочастотный О2 sin ( Wi t + у) модулируется. низкочастотным о cos Л/2 t.

Формула колебания нагрузки принимает вид

xi 02. ( 1 + m cos t ) sin ( Wi t 4- p ) ,

где xi - мгновенное значение переменной величины (сигнал тока или напряжения):

02 амплитуда;

m - коэффициент глубины модуляции;

Wi - несущая частота;

-фаза;

Л/2 - частота модуляции.

В этой формуле абсолютная величина дополнительной нагрузки колеблется от Амин CTi ( 1 - т) до Амакс 01 (1 + т), причем цуги или пакеты волн идут периодически равномерно. При частотной или фазовой модуляциях картина будет другая.

Общий вид аналитической зависимости следующий:

О S Ф 1 ( R - 0,5 ) + 06аэ +

+ ог sin (Wi t + р) + ai sin (Л/21 + )

(для полигармонической дополнительной нагрузки),

, - 1

Г/, S Ф ( R - 0,5 ) + 7баз +

5 + (Ъ ( 1 + m cos W2 t ) sin ( Wi t 4- (f))

0

5

0

(для модулированной дополнительной нагрузки).

Дополнительная нагрузка в каждом из уравнений выступает в виде полупериодов колебаний. Это позволяет, не меняя энергетических показателей спектра дополнительной нагрузки (площадь, ограниченная полупери- одами), вдвое увеличить число переходных процессов, возникающих в испытуемом узле. При необходимости форсирования дополнительной нагрузки полупериоды можно увеличить в нужное число раз.

Применение предложенного способа, например, при испытании подшипников качения на автоматизированной станции позволяет .вместе с другими факторами сократить испытания до 10 раз и больше.

5

0

0

5

Формула изобретения

1.Способ испытания деталей и узлов машин путем приложения к ним основной нагрузки, сформированной как выборка из статистического закона нагружения, а также наложения на нее дополнительной нагрузки в виде периодических низко- и высокочастотных колебаний с малыми амплитудами, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности испытаний за счет интенсификации спектра нагружения, дополнительную нагрузку прикладывают в виде суперпозиции двух полупериодов гармонических колебаний, минимальное соотношение частот у которых составляет 1:3. а углы смещения радиусов-векторов колебаний для одного типа деталей постоянны.

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную нагрузку прикладывают в видз полупериодов модулированных гармонических колебаний.

i

Изобретение относится к испытаниям деталей и узлов машин на контактную прочность и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения - повышение производительности испытаний за счет интенсификации спектра нагружения Прикладывают к деталям и узлам испытываемых машин основную переменную нагрузку, сформированную как выборку из статистического закона нагружения. Накладывают на нее дополнительную нагрузку в виде суперпозиции двух полупериодов гармонических колебаний, минимальное соотношение частоты которых 1 3 а углы смещения радиусов-векторов этих колебаний для одного типа деталей выбирают постоянными. Кроме того, дополнительная нагрузка может быть в виде полупериодов модулированных гармонических колебаний Ускоряющее действие предложенного метода обеспечивается удвоением количества гикро- и микропереходных процессов а также переменной основной нагрузкой. 1 з п ф-лы, 6 ил ел С

Фиг.1

-Jbb

Фиг. 2

%

АДЛДДААЛДЛЛЛДЛДАЛА/

i/WVWWW

J

б

/tfr

л /wм/ AA / ДA/vvл г

, о

CXI

VA/WVWW

KVWW

XG

CN|

г

/1/lAAAAAA

Л|/ l/i/vvWi/

л 7 11 л

Sli

J

ФпЛ

t

+1 ty j Ц 1-5 16

Фиг.5

10

3-

л