Способ испытания материалов на контактную усталость

(5) 4 С 01 И 3/32 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ АВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (72) А,А. Жуков и С.Д. Колотиенко (53) 620.78,3 (088,8)(5 б) Авторское свидетельство СССР В 5601 б 7, кл. С 01 И 3/56, 1975, (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испыта ния на контактную прочность при действии циклически изменяющейся нагруз ЯО, л 22 щ А ки. Цель изобретения - расширениеобласти применения путем обеспечениямоделирования различных схем нагружения образца. Биконическими контртелами 1 и 2 обкатывают образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью,состоящий из двух одинаковых жестко соединенных по диаметральной плоскостичастей, выполненных из различных материалов или одного материала, но сразличной обработкой рабочих поверхностей. Для создания различных схемнагружения варьируют усилия сцепления между рабочими поверхностямиконтртел 1 и 2 и образца 3. 3 ил.1522075 55 Изобретение относится к машиностроению, в частности кисследованию прочностных свойств материалов, а именно к способам испытания на контактную прочность при действии циклически изменяющейся нагрузки, и может быть использовано для испытаний материалов на износ.Цель изобретения - расширение ,1 О области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения образца.На фиг,1 изображено распределение усилий, действующих на образец, при испытаниях материалов по схеме "качение беэ проскальзывания"; на фиг.2 - распределение усилий при испытаниях материалов по схеме "качение с проскальзыванием" на фиг.3 - 2 О распределение усилий при испытаниях материалов по схеме "качение с внешней касательной нагрузкой".Способ осуществляют следующим образом. 25Биконические 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, которые параллельны друг другу.В точках контакта образца 3 с контртеломвозникают усилия Ви М фиг. 1-3), ,величина которых зависит от углов наклона Ы иобразующих конусовйф 35 контртела 1 к его оси и усилия прижатия Р:РН соз 1, + Н соз 1 . При этом осевые усилия на образце 3 вза", имно компенсируются, так как равны и направлены в противоположные стороны. Задаваясь величинами Я/ИК и 4, получают пары нормальных усилий на контактах в зависимости от усилия прижатия Р: 45Я1 с Р Ы 1К сов 4 + созЫ ф 1 с гдеагсзп (К зп ).Геометрию контртел, их количество 5 Орассчитывают также иэ условия создания на рабочей поверхности образцанезависимых дорожек качения,С помощью предлагаемого способа реализуются испытания материалов на контактную усталость по нескольким схемам; "качение беэ проскальзыва 11 ния", "качение с проскальзыванием ,"качение с внешней касательной нагрузкой".Для проведения испытаний материалов по схеме "качение без проскальзы" вания" контртела выполняют с одинако" выми углами М и 4 но с разными для каждого контртела, а образец 3 с тороидальной рабочей поверхностью выполняют составным из двух исследуемой и вспомогательной) частей, которые жестко скреплены, как показано на фиг.1, Заданные усилия М для каждого контртела 1, 2,. вычисляются иэ соотношения Р2 В соз с где 4,(=1 ) - 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 необхо- димостИ продолжения испытаний для получения на дорожках испытуемого материапа 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- тела с,М и Я = сопзС, то различие в коэффициентах трения исследуемых материалов не вызывает проскальзывания контактирующих тел, следовательно, предлагаемая схема позволяет реализовать также и сравнительные испытания как разных материалов, так и одного и того же материала, но с различной технологией обработки поверхности.Для проведения испытаний материалов по схеме "качение с проскальзыванием" вспомогательную часть составного образца подбирают с заведомо бо" лее высокой контактной выносливостью, а еЦ )ф( задают из условия Ясопвс й 2 04 Р для каждого контр- тела. Объектом исследования являются дорожки качения с проскальзыванием, т,е только тот материал составного образца 3, на который действуют одинаковые нормальные, усилия. Проведение испытаний материалов наконтактную усталость при "качении свнешней касательной нагрузкой"фиг,3) осуществляется при условии,5 522 О если , С 45и а, (о,а И ( Р/П.Иэ практических соображений предпочтительным является усилие прижатия, близкое к минимальному по данному условию, Такое соотношение между усилием прижатия Р и большим из каждой пары нормальных усилий (Х ) позволяет получить на верхней половине образца 3, являющейся объектом иссле- О дования, ряд контактов качения с переменной касательной нагрузкой при постоянной нормальной нагрузке И.Касательные усилия возникают в результате опережающего проскальзывания 5 контртел 1 и 2 по нижней части образца 3, Это опережение возникает вследствие того, что контртелаи 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-, 25 му и определяется как Т = йрсф/Й- и т.д где у, И - нормальные усилия на проскальа 30 зывающих дорожках соответствующих контртел, Йт сЙт- соот 75 6скольжения контртел по испытуемымматериалам.При проведении испытаний на контактную усталость по предлагаемомуспособу достигается большая степеньоднородности как свойств материаловобразца (однородность структуры, химического состава, техпроцесса обработки поверхности, технологическойшероховатости поверхности и т.п.),так и внешних факторов: характерприложения нагрузки, вид и сорт смазки, способ подвода, вязкость, температура степень очистки, Это даетвозможность проводить испытания материалов в максимально сходных условиях и свести к минимуму разброспоказаний контактной выносливостииспытуемого материала, а при проведении сравнительных испытаний - сопоставить контактную прочность материалов при циклическом нагружении.Применение в предлагаемом способеконтртел, состоящих иэ жестко скрепленных между собой конусов из различных материалов (или одного и того же, но с различной технологиейобработки поверхности), расширяет гра.ницы применения способа,Формула иэ обретенияСпособ испытания материалов наконтактную усталость, заключающийся в том, что образец с тороидальной рабочей поверхностью обкатывают биконическими контртелами, оси которых параллельны оси образца, так, что фрикционный контакт образца с каждым контртелом осуществляется по двум точкам, расположенным по разные стороны от диаметральной плоскости образца, и по изменению состояния поверхности образца судят о контактной усталости, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения моделирования различных схем нагружения, используют образец,состоящий иэ двух одинаковых и жестко соединенных по диаметральной плоскости частей, выполненных из различных материалов или одного материала, но с различной обработкой рабочих поверхностей, и варьируют усилиями сцепления между рабочими поверхностями контртел и образца. ветствующие коэффициенты трения скольжения нижней части образца по контртелу при данных условиях нагружения (считается известным); Й1 1с 1,и д, й - приводные диаметры и диаметры проскальзывания (на .фиг.З - нижняя часть образца 3) соответствующих контртел, В результате 49 приложения заданного числа циклов нагружения на одном образце формируется несколько дорожек качения, степень повреждения которых отражает влияние внешней касательной нагрузки 45 (действующей в направлении окружной скорости образца в точке действия на него нормального усилия М, на 1 фиг.З - верхняя часть образца 3) на контактную усталость исследуемого 50 материала образца, Данная схема позволяет проводить также сравнительные испытания на двух материалов, При проведении сравнительных испытаний объектом исследования являются обе части составного образца, поэтому па" раметры контртел рассчитываются с учетом различия коэффициентов трения1522075 аков тавител Редактор Н. Горват Техред А,Кравчук Корректор М. Шароаи ул, Гагарина, 101 ат "Патентф,ьский изводственно-из Заказ 6951/39 Тираж 789ВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, Ж-З Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССущская наб., д. 4/5