Способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСфцивлистическикреспублик 996855(63) Дополнительное к авт, свид-ву(22 Заявлено 19, 08, 81 (21) 3332266/25-28 РЦМ Кз с присоединением заявки Ио -8 01 В 5/30 Государственный комитет СССР по деяам изобретений н открытий(23 ПриоритетОпубликовано 1502.83. Ьоллетень йо 6 331 УДК 531. 781. ,2(088,8) Дата опубликования описания 15,02,83(,54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЬЦЕВЫХ ДЕТАЛЯХ ключающийся в том, что деталь разрезают в радиальном направлении, закрепляют образовавшиеся после рази . резания концы детали, удаляют с детали поверхностный слой, измеряют толщину этого слоя, освобождают концыдетали, измеряют диаметр детали дои после удаления поверхностного слоя,1 О повторяют укаэанные операции и пополученным данным судят об остаточных напряжениях 2.Недостатком данного способа является сравнительно низкая точность.определения остаточных напряженийдля кольцевых деталей произвольногопоперечного сечения, связанная с не.возможностью учета перемещения образовавшихся при разрезанииторцовых,поверхностей детали вне ее плоскости,а также с тем, что расчетные формулысправедливы только начиная с определенной ширины колец,Цель изобретения - повьипение точности определения остаточнык напряжений в кольцевых деталях с произвольным поперечным сечением.укаэанная цель достигается тем,что согласно способу определения ос-таточных напряжений в кольцевых деталях, заключающемуся в том, что деИзобретение относится к измери-. тельной технике, а именно к способам определения остаточных напряжений в кольцевых деталях.Известен способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заключающийся в том, что деталь разрезают в радиальном направления, последовательно удаляют с нее поверхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя и по полученным данным судят об остаточных напряженияхГ 1 ЪНедостатком данного способа является сравнительно невысокая точность измерения деформации, связанная с искажением формы детали в процессе изменения диаметрального размера кольцевой детали произвольного сечения, а также с невозможностью учета. изменения характера деформации дета" ли произвольного сечения по сравнению с кольцевой деталью, сиюетричной относительно срединной плоскос-, ти сеченки.:Наиболее близким к изобретейию по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, заКуйбышевский ордена Трудового Красного Знаменыполитехнический институт им. В. В. Куйбышеваи Рыбинский авиационный технологический институт996855 таль разрезают в радиальном направлении, последовательно удаляют с нееповерхностные слои, измеряют их толщину и диаметр детали до и после удаления каждого слоя и по полученнымданным судят об остаточных напряжениях, одновременно с измерением ди 5аметра детали измеряют и относительное перемещение образовавшихся приразрезании торцовых поверхностейдетали.На фиг, 1 показано устройстводля измерения деформации кольцевойдетали, находящейся в исходном (неразрезанном) состоянии, перед удалением поверхностных слоев на фиг. 2 Р 1то же, деталь в процессе удаленияповерхностных слоев; на фиг, 3кольцевая деталь с удлинителями,вид сбоку, на фиг. 4 - расчетнаясхема; на фиг. 5 - кривые деформациидля кольца подшипника 4-576205 Е;на фиг. б - кривые распределения ос-.таточных напряжений в кольцах подшипников 4-576205 Е и 36205.Устройство для реализации способа оПределения остаточных напряжений содержит установочные элементы1 и 2, закрепляемые на торцовых поверхностях детали, 3 и измерители 4и 5 деформации, например индикаторы,Для повыаения чувствительности на 3торцовые поверхности б и 7 разрезанной детали 3 устанавливают удлинители 8 и 9.Учитывая характер обработки кольцевых деталей, можно считать, что З 5остаточные напряжения в тонком поверхностном слое 10 детали 3 (фиг,4)являются осесимметричными и вдольрассматриваемого участка контура поперечного сечения кольца постоянны. 40Так как толщина слоя мала, изменением остаточных напряжений после разрезки детали можно пренебречь. Научастке контура поперечного сечениядетали удаляется слой 10 малой толщины (фиг, 4). Удаление слоя 10 при. водит к взаимным перемещениям торцовых поверхностей б и 7, которыев силу осевой симметрии в распределении остаточных напряжений сводятся к изменению диаметра кольца д 0и взаимному повороту образовавшихсяпосле разрезания кольцевой детали 3торцовых поверхностей б и 7 на уголЮ.Эти перемещения определяются спомощью интеграла Мора55ТГ 4 Учитывая зависимостиМцМХ с 05 сС+ М 5 и сСИ - И 5 Ос(,+ Мсо, (2)и их выражения в частном случаеМу О М у -Й 51 ОМ51 ПЧ1 е 1Мц щ ИУ 1 пр( -й 5 Ос(. 51 п Ч (3)МЧМус 0 ФСЙ С 050 С 51 п фРисходя из выражения (1) можно получить формулы для изменения диаметра 56 -х (.В сов Ыи Ч)+ дхЧ(",Й 1 п 0 51 П Ч) + Е 51 ОРЗ ЙОг 22 й (дх со 0+ дхЧ 1 пеО - Й 3, (4) О Учитывая выраженияМх"51 ОМ Му - 0 йО,1 1мц мхсо 5 еС -со,е 1,5 О Ч (5)М = -М)(51 ПОС дф + 51 пс 1 1 пРЧможно получить формулу для углов по-. ворота торцовых поверхностей 4 и 5 кольцевой детали 3 ЬЧЪ- - (ДХ 01 ОО 5и Ч - Д ХЧс 00(, 5иохйд М -2 Й(дх,1 и Ы - дхчсо 00, (6) после подстановки в формулы (4) и (6) известных выражений для ах, дхч и с .и дифференцирования полученных выражений по а можно получить выражения для определения остаточных напряжений(8) 2 Й(уМ 5 О К+ у - С 0 Ы ) ч и а-бО где щения кривизны и от" носительное удлинение разрезанной деталиот остаточных напряжений; б 5 д= - (,дх,и, + д х И+ Е 11) йд Ч (1), огде хц, хч 6 - соответственно прир й , М М,- усилие и моменты относительно главныхцентральных осей 0и ч от единичныхнагрузок, соответствующих искомым перемещениям ( о(. - уголповорота этих осейотносительно вспомогательных координат.ных осей ,х и у),соответственно. Е д(л О) 5 ч 505 да 2 й й(у- со 5 0(.- апо 1) ч оЕ, Эч, Зц - плошаДь и моментыинерции поперечного сечения кольцевой детали 3 относительно главных осей, соответственно,:.5, 5 , 5 ц - длина и статическиемоменты линии АВ относительно главныхосей, соответственно; Е, и - модуль упругости икоэффициент Пуассонаматериала кольцевойдетали 3, соответственно;К - радиус кольцевой детали 3, 10При указанной схеме удаления поверхностных слоев (Фиг. 3) угол М равен взаимному повороту поверхностей 6 и 7 разрезанной кольцевой детали 3, а вместо изменения диаметра 15 д О удобнее измерять изменение расстояния У между указанными поверхностями,При этом, учитывая малость пере" мещений согласно фиг. 1 и фиг, 2, 0 дА гдА д К ЬО хКг (10) 5где ьА, ьА 2 - показания измерителей4 и 5 деформации,Н - база измерения;ЯК3 +- коэффициент усилениядеформации,В случае необходимости (с цельюповышения точности измерения малыхперемещений) измерители 4 и 5 деФорма ции могут бить укреплены на удлинителях 8 и 9 (Фиг. 3); в этом случае выражейия (9) и (10) не изменяются, нов последнем из них коэффициент К необходимо определять по Формуле. 40К =Э+ф (1+-),0(11) ЗО где Р - длина удлинителей.Выражение (7) целесообразно приме нять при определении остаточных напряжений в таких кольцевых деталях, у которых при удалении слоев преобладают диаметральные деформации разрезанной детали 3, а выражение (8) - в тех случаях, когда изменение диаметра кольца в процессе снятия слоев (на пример, травления) намного меньше относительных углов поворота, наблюдаемых в процессе удаления слоев. Наличие в слое касательных остаточных напряжений на конечном результа- те не сказывается, т.е. выражения (7) и (8) не изменяются,Способ определения остаточных напряжений осуществляется следующим ф образом.Исследуют остаточные напряжения по дорожке качения внутреннего кольца радиально-упорного подаипника .4-576205 Е и внутреннего кольца под шипника 36205 с симметричным поперечным сечением. Исследуемую кольцевуюдеталь 3 разрезают в радиальном направлении, затем последовательно.осу-ществляют снятие слоев с одновременным измерением диаметра кольца 3 иугловых деформаций торцовых поверхностей 6 и 7 двумя измерителями 4,и 5 например, индикаторами часовоготипа с ценой деления 1 мкм, установленными на удлинителях), Снятие сло-,ев осуществляют путем электрополирования. Полученные данные представляют в координатах время злектрополирования (толщина снятого электрополированием слоя) - деформация кольцевойдетали 3 (фиг. 5). Кривую 10 получают по показаниям измерителя 4 деформации, кривую 11 - по показаниямизмерителя 5 деформации, кривую 12по усредненной деформации, определенной по формуле (10) с учетом выражения (11). Графическим дифференцированием кривой 12 определяют отношениед(ЬО)в нескольких точках, после чедаго полученные значения представляютв Формулу (7) (для случая измеренияугла подставляют значенияд(д 11 )дав Формулу (8), и определяют остаточные напряжения в исследуемых точках,по которым строят график изменениянапряжений по сечению кольца 3; нафиг, 6 показано такое распределениедля кольца подшипника 4-576205 Е (кривая 13) и для кольца подшипнйка 36205(кривая 14),Использование изобретения позволяет повысить точность определения остаточных напряжений в кольцевых дета-лях произвольного сечения путем измерения перемещений торцовых поверхностей разрезанной детали.формула изобретенияСпособ определения остаточных напряжений в кольцевых деталях, эаключа"ющийся в том, что деталь разрезаютв радиальном направлении, последовательно удаляют с нее поверхностныеслои, измеряют нх толщину и диаметрдетали до и после удаления каждогослоя, и по полученным данным, судятоб остаточных напряжениях, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповиаения точиостк определения остаточных напряжений в кольцевых деталях с произвольным поперечным сечением, одновременно с измерением диаметра детали измеряют и относительное перемещение образовавшихся при раз.резании торцовых поверхностей детали.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Биргер И. А. Остаточные напря-жения, М., Машгиз, 1963, с. 105-116.2. Авторское свидетельство СССР9599156,кл. С 01 В 5/30,1976 прототип).996855 Тйю ВНИИПИ Заказ 917/ Тираж 600 Подпис илиал ППП "П ,Ужгород,ул. матф,фктная,лее ива, Ики Фп х