Способ исследования рассеяния упругой энергии и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01N11/16 

1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для исследования диссипативных свойств смазочных материалов, которые необходимо учитывать для повышения достоверности динамических расчетов различных узлов и деталей машин и улучшения характеристик работоспособности пар трения.

Известны способы исследования рассеяния упругой энергии, заключающиеся в том, что определяют рассеяния упругой энергии путем регистрации объемных деформаций при затухгиощих или вынужденных колебаниях твердых тел или механических, систем tl2и И

Эти способы не позволяют оценЛь диссипативные свойства смазочных материалов, так как при их применении измеряется объемная деформация деталей или образцов, влияние смазочного слоя на которую незначительно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования рассеяния упругой энергии, заключающийся в том, что при постоянном значении амплитуды возмущающей силы возбуждают индектором заданной массы резонен сные колебания стыка, образованного рабочими поверхностями иниентора и

контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора на контртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка и определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой {З} .

Известный способ осуществляется устройством для исследования рассея10ния упругой энергии, содержащим раму, сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного поверхностным слоем контртела и поверхностью индентора.

Указанный способ позволяет определить логарифмический декремент колебания только для одного значения удельного номинального давления и частоты возмушгиоцей силы, определяемых массой индентора и жесткостью стыка, образованного рабочими ПОВРПХ25 ностями индентора и контртела.

Известный способ не позволяет получить указанную зависимость логарифмического декремента колебания от условий эксплуатации стыка (величины

30 удельного номинального давления и

частоты возмущающей силы), поэтому он не пригоден для исследования диссипативных свойств смазочных материалов .

Цель изобретения - оценка диссипативиых свойств смазочных материалов. Указанная цель достигается техническим решением, представляющим собой новый способ исследования рассеяния упругой энергии, осуществление которого достигается применением уст ройства новой конструкции..

Предлагаемый способ отличается от известного способа исследования рассеяния упругой энергии тем, что перед испытанием в стык индентора и контртела вводят образец смазочного материала, последовательно нагружают стык рядом статических нагрузок, при каждой из них возбуждают малые колебания индентора при уровне виброускорения возмущающей силы в интервале 40-60 дБ, и по отличию значений логарифмического декремента колебаний до и после смазки стыка судят о диссипативных свойствах смазочного материала .

Уровень возмущающего синусоидального виброускорения при вынужденных колебаниях не должен превышать 60 дБ поскольку при больщих возмущениях в стыке возникают существенно нелинейные колебания и для этого случая неизвестен способ определения логарифмического декремента колебания. Величина минимального уровня возмущающего виброускорения, равная 40 дБ, выбрана исходя из технических возможностей современной виброакустической аппаратуры.

Указанные операции позволяют оценить диссипативные свойства смазочны материалов и их зависимость от величины удельного номинального давле 1ия и частоты возмущающей силы.

Предлагаемый способ может быть осществлен устройством новой конструкции для исследования рассеяния упругой энергии, содержащем раму, сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела.

Отличие устройства, позволяющего осуществить новый способ, состоит в том, ,что устройство снабжено узлом нормального нагружения, установленным соосно индентору иконтртелу на столе и соединенным с последним упругими связями, при этом узел нормального нагружения соединен с индентором, верхняя часть которого выполнен в виде динамометрического устройства, а нижняя часть содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленйым на

испытательном столе. Масса индентора в 100-150 раз меньше массы стола,а жесткость упругой связи узла нормального нагружения в 10-15 раз меньше жесткости стыка индентор - контртело

Выбор и оптимизация указанных выше динамических и конструктивных параметров устройства выполнены путем численного анализа модели, идентифицирующей предлагаемое устройство как двухмассовую систему с помощью ЭВМ ЕС 1022. Установлено, что масса индентора устройства должна быть в 100-150 раз меньше массы его стола, а жесткость упругой связи узла нормального нагружения в 10-15 раз меньше жесткости стыка индентора и контртела. Экспериментально подтверждено, что при указанных соотношениях масс и жесткостей систематическая ошибка определения логарифмического декремента колебания, вносимая динамической системой устройства, не превышает 5%.

На фиг.1 изображено устройство для осуществленияспособа; на фиг.2 и 3 - результаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных масел.

Устройство содержит испытательный стол 1, сейсмически изолированный и подвешенный к рамной конструкции 2 с помощью канатов 3. Положение стола в пространстве регулируется с помощью винтовЕлх пар 4,

На столе 1 жестко закреплено конттело 5 и расположен узел б нормального нагружения, крепящийся к нему с помощью упругих связей 7. Узел нормального нагружения с помощью шарнира 8 соединен с индентором 9, верхняя часть которого выполнена в виде динамометрического устройства 10, а нижняя часть 9 содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленньлм на испытательном столе; Упругие связи 7 служат для динамической развязки индентора 9 от узла б нормального нагружения. Нагружение стыка 11 узла статической нагрузкой и перемещение индентора относительно контртела осуществляются с помощью винтовой пары 12.

Электродинамический вибратор переменной частоты 13 питается от звукового генератора 14 типа ГЗ-33 чере усилитель 15 типа СУПВ-0,1 вибростенда ВЭДС-10Н. Частоту вынужденных колебаний регистрируют с помощью частотомера-хрономера 16 типа Ф-5080 питаемого от звукового генератора 14 через усилитель 17 типа ТУ-50.

Амплитуду колебаний измеряют с помощью акселерометра-18 типа Д14, сигнал с которого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВ-1 поступает на осциллограф 20 типа С1-19

Способ осуществляется следующим образом.

В стык 11, образованный рабочими поверхностями индентора и контртела вводят образец смазочного материала С помощью винтовой пары 12 нагружают стык последовательно рядом статических нагрузок и при каждой из них возбуждают малые колебания индентора 9 с помощью электродинамического вибратора переменной частоты 13, питаемого от звукового генератора 14 через усилитель 15. Колебания стыка возбуждают при постоянном значении уровня выброускорения возмущающей силы в интервале 40-60 дБ.

Частоту вынужденных колебаний регистрируют с помощью частотомерахронометра 16, питаемого от звукового генератора через усилитель 17.Амплитуду колебаний измеряют с помощью акселерометра 13 типа Д14, сигнал с которого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВ-1 поступает на осциллограф 20 типа С1-19Б.

При каждой статической нагрузке определяют логарифмический декремент колебания. О диссипативных свойствах смазочных материалов судят по отличию значений логарифмического декремента колебаний до и после смазки стыка.

Пример реализации предлагаемого способа осуществлен при испытаниях индустриальных масел для направляющих скольжения металлорежущих стан-ков. На устройстве (фиг.1) исследуют диссипативные свойства трех товарных индустриальных масел: ИНСп110 (СССР), Vactга-4, (Фирма«НоЬИ) Топпа-72 (фирма «She II) опытного масла, разработанного КФ ВНИИНП совместно с Куйбышевским политехническим институтом им В.В.Куйбышева.Смазочные материалы вводились в стык, образованный индентором и контртелом который нагружался ступенчато статической нагрузкой 10,50,100 кгс и далее до 1000 кгс с шагом 100 кгс),при Кс1ждой нагрузке возбуждгипись резонансные колебания индентора при уровне ви:броускорения J 60 дБ.Номинальная площадь стыка составляла 30 см , удельное номинсшьное давление в стыке изменилось от 0,03 до 3,3 МПа.

Контртело выполнено в виде плоского диска с наружным диаметром 100 мм, кольцевой выточкой дис1метром 78,6 мм, внутренним отверстием 25 мм и толщиной 16 мм. Контртело и индентор изготовлены из чугуна СЧ2140, при обработке рабочих поверхностей .по 9 классу шероховатости (ГОСТ 2789-73). Масса стола составляет 1000 кг.

Перед нанесением образца смазочного материгша рабочие поверхности индентора и контртела тщательно npoмываются по методике ВНИИНП и просушиваются в вакуумной камере при сте пени вакуума Па и температуре .

После введения в стык образца испытываемого смазочного материала и приложения соответствукицей статической нагрузки на индентор накладываются колебания, нормальные к рабочим поверхностям стыка, и в диапазоне частот от 20 до 2000 Гц и снимается амплитудно-частотная характеристика колебаний индентора.

По известной методике определяется логарифмический декремент колебания

5 где

частота при максимальной амплитуде резонанса, Гц-,

f. частоты, отсекаемые на амплитудно-частотной характеристике

0 на уровне 0,7 A TICT Результаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных масел приведены на фиг.2 и 3. На фиг.2 на кривых 1-5 показаны зави5симости логарифмического декремента Колебания от величины удельного номинального давления в стыке без смазки и при введении в него четырех образцов индустригшьных масел. На

0 фиг.З на кривых 1-5 показаны зависимости логарифмического декремента колебания от частоты возмущакяцей силы в стыке без смазки и при введении в него четырех образцов индустриальных

5 масел. Кривые 1-4 на фиг.2 и 3 относятся соответственно к маслам: 1-ИНСП-110 ,- 2 - опытное масло; 3 Топпа-72; 4 - Vactra - t.Кривые 5 на фиг.2 и 3 относятся к несмазАнно0му стыку. О диссипативных свойствах масел судят по отличию значений логарифмического декремента колебания до и после смазки стыка.

Статистический анализ результатов испытаний показывает, что предлагае5мый способ позволяет определять логарифмический декремент колебания со средней квадратичной ошибкой отдельного измерения 0,05.

Предлагаемая принципиальная схема

O осуществления способа оценки диссипативных свойств смазочных материешов, осуществляемого устройством для этих целей, доказывает, что новый способ осуществим в диапазоне звуковых час5тот удельных номинальных давлений, возникающих в стыках в реальных услойнях эксплуатации машин.

Формула изобретения

1. Способ исследования рассеяния упругой энергии, заключсшщийся в том, что при постоянном значении амплитуды возмущакхцей силы возбуждают резонансные колебания стыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора на контртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка, определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой, отличающийся тем, что, с целью оценки диссипативных свойств смазочньгх материалов, перед испытанием в стык индентора и контртела вводят образец смазочного материала, нагружают стык последовательно рядом статических нагрузок, при каждой из них возбуждают малые колебания индентора к по отличию значений логарифмического декремента колебания до и после смазки стыка судят о диссипативных свойствах смазочных материалов.

2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее раму, сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическим

вибратором переменно частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела, отличающееся тем, что устройство снабжено узлом нормального нагружения, установленным соосно индентору и контртелу на столе с помощью упругих связей, при этом узел нормального нагружения соединен с

индентором, верхняя часть которого выполнена в виде динамометрического устройства, а нижняя часть содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на столе.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 345415,кл.С 01 N 11/16, 1969,

2.Авторское свидетельство СССР 0 № 377672, кл.С 01 N 11/00, 1969.

3.Авторское свидетельство СССР I 608083, кл.С 01 N 11/16, 1977 (прототип) .

ibL.

JO203040

Удельное нонинаямое давление, кГсIсн

-Ч) (put. г

I..

I

v I