Способ износоусталостных испытаний материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к области изно- соусталостных испытаний материалов и может быть использовано для оценки работоспособности элементов узла трения типа шток-подшипник скольжения поршневых машин.

Известен способ износоусталостных ис- пытаний материалов, заключающийся в том, что цилиндрический образец приводят во вращение, нагружают изгибающей силой, а к рабочей его зоне с противополож ных сторон прижимают два вкладыша, при этом нагрузку на вкладыши.создают с помощью присоединенных к ним инерцион- .ных масс, которым сообщают

дополнительное вращение относительно оси образца. ,

Недостаток этого способа состоит в том, что реализуется трение скольжения при вращательном движении элементов узла трения, что не позволяет имитировать процессы трения скольжения при возвратно-поступательном движении, т.е. применительно к таким изделиям, как шток-сальник поршневых машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ износоусталостных испытаний материалов (испытания на фреттинг-усталость), заключающийся в том, что цилиндрический

V О х| О О 00

образец, на котором с двух противоположных сторон выполнены плоские лыски, нагружают осевой циклической силой, а к его лыскам прижимают мостики фреттинга.

Недостаток этого способа состоит в том, что мостики фреттинга/испытывают лишь микроперемещения относительно продольной оси образца, обусловленные величиной его осевой деформации, т.е. процесс трения скольжения при достаточно большой длине хода не реализуется.

Кроме того, мостики фреттинга контактируют по полоске малой протяженности, а поэтому не имитируют конструктивных особенностей подшипникового узла.

Целью изобретения является приближение условий испытания к эксплуатационным при работе узлов шток-сальник (шток-подшипник скольжения).

Поставленная цель достигается тем, что длинномерный образец материала нагружают осевой циклической силой Г, к его рабочей поверхности с противоположных сторон прижимают два. вкладыша и создают на них нормальные нагрузки Q, равные по. величине и противоположные по .направлению, при этом определяют коэффициент трения f пары образец-вкладыш, расстояние Х0 точки первоначального контакта вкладышей с образцом от одного из концов образца, и сообщают вкладышам возвратно-поступательное движение относительно точки пер- воначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещения вкладышей должна удовлетворять условию

Способ реализуют следующим образом. Образец 1, например, цилиндрический (фиг.2) или призматический (фиг.З), нагружают осевой циклической силой Р заданной

величины (фиг.1) с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша 2 силами Q, равными по величине и проти- воположными по направлению. Вкладыши

Монтируют в корпусе подшипника (на фиг. не показан) таким образом, что создается разъемный подшипник скольжения. Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают Ёозвратно-поступательное движениё со скоростью V (см, фиг. 1) относительно срединной точки с координатой Х0. расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетворять условию (1).

Пример. Способ реализуют при испытании циклических образцов диаметром d 10 мм 0,01 м, изготовленных из стали, для которой Е 2 10 Н/м . Вкладыши - чурун, при этом среднее контактное давление q 100 105 Н/м2 и f 0,1. Наибольшая

гж

сжимающая сила при испытаниях Рмакс 20 кН. Образец в испытательной машине имеет один защемленный конец, а другой - шарнирно опертый. Тогда, согласно формуле (1), имеем

35

Е

х0+А

Pmakc

-t-qf , 3,14 0.0025

Изобретение относится к области износоусталостных испытаний материалов в машиностроении и может быть использовано для оценки работоспособности элементов узла трения типа шток-подшипник скольжения поршневых машин. Этот способ позволяет приблизить условия испытания к эксплуатационным ввиду реализации трения скольжения при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагружением образца циклической силой. Способ реализуют следующим образом. Образец например цилиндрический или призматический, нагружают осевой циклической силой Р заданной величины с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша силами Q, равными по величине и противоположными по направлению, Вкладыши монтируют в корпусе подшипника таким образом, что создается разъемный подшипник скольх ения. Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают возвратно-поступательное движение со скоростью V относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетворять условию недопущения потери устойчивости при испытаниях. 3 ил.

п

риж I make

+ qf

(1)

еж

.где Рмакс1 - максимальное значение сжимающей силы;

Е - модуль нормальной упругости материала образца;

F и i-площадь его поперечного сечения и радиуса инерции;

q - среднее давление вкладыша на по- верхность образца;

qf-удельная сила трения.

Указанное условие является необходимыми достаточным для того, чтобы испытуемый образец не потерял устойчивости при действии Рмакссж и qf.

На фиг.1 представлена схема испытания; на фиг.2 и 3 - разрез А-А на фиг.1. На фиг. 1-3 обозначено: 1 - образец, 2 - вкла- дйшй пбдшйпника скольжения.

0,179м

П(Г ,пй

32 4

d/4 0,01/4

l ( л d ) /32 - радиус инерции;

10 4м -площадь

Fo { n d2)/4 OJ8 поперечного сечения образца.

Это означает, что приведенная длина образца должна быть (при указанном выше закреплений концов). .

1 - 0,088 м

Если принять Х0 I/2 0,044 м, то А 0,044 м, Таким образом, потеря устойчивости образца не наступит, если при координате XQ 0,044 м амплитуда перемещений вкладышей не превысит 0,044 м, общая рабочая длина образца должна быть при этом 1 0,088 м.

В результате испытаний изучают влияние величины нормальных напряжений от циклической осевой силы Р и контактных напряжений от контактной нагрузки Q при заданной скорости V скольжения на надежность элементов узла трения по критериям сопротивления усталости и износостойкоФормула изобретения Способ износоусталостных испытаний материалов, заключающийся в том, что испытывают на усталость длинномерный образец путем нагружения его осевой циклической силой, одновременно прижимают к его рабочей поверхности с противоположных сторон два вкладыша и прикладывают к вкладышам нормальные нагрузки, равные по величине и противоположные по направлению, отличающий- с я тем, что, с целью приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации пары шток-сальник, сообщают вкладышамвозвратно-поступательноеперемещение относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, а амплитуду А этого перемещения, выбирают из условия:

0

5

сти. Процесс трения может быть реализован как со смазочным материалом, так и без него. Информативность испытаний расширяется, если варьировать и скорость скольжения, изменять материал вкладыша и образца.

Таким образом, предложенный способ позволяет приблизить условия испытания к эксплуатационным для ряда изделий, например, узлов шток-подшипник скольжения (шток-сальник), ввиду реализации трения скольжения при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагруж ением образца циклической силой.

Х0+А

щ

Pmakc

+ qf

где Х0 - расстояние от срединной точки до одного из концов образца;

F - площадь поперечного сечения образца;

I - радиус инерции образца;

Е - модуль нормальной упругости материала образца;

Рмакссж - максимальное значение сжимающей осевой силы;

q - среднее давление вкладыша на поверхности образца;

f - коэффициент трения пары образец- вкладыш.

А-А

ы

Фиг2

Фиг.З