Способ исследования рассеяния упругой энергии и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических РеспублнкОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ п 859875(22) Заявлено 13. 12. 79 (21) 2853878/18-25с присоединением заявки Нов(51)М. Кл. 6 01 й 11/16 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71) Заявитель Куйбышевский политехнический институт им. В;В.Куйбышева(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ УПРУГОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 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 затухающих или вынужденных колебаниях твердых тел или механических, систем 1 ти 21 .Эти способы не позволяют оценИЧь 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 возмущакхаей силы возбуждают индектором заданной массы реэонан. сные колебания стыка, образованного рабочими поверхнс.стями иидентора и контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора наконтртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка и определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой 37.Известный способ осуществляетсяустройством для исследования рассеяния упругой энергии, содеожашим рамч,сейсмически изолированный стол, контртело, индентор с электродинамическимвибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной де 15 формации стыка, образованного поверхностным слоем контртела и поверхностью индентора,Укаэанный способ позволяет определить логарифмический декремент ко 20 лебания только для одного значенияудельного номинального давления ичастоты воэмущакедей силы, определяемых массой индентора и жесткостьюстыка, образованного рабочими поверхностями индентора и контртела,Известный способ не позволяет получить указанную зависимость логарифмического деттремента колебания стусловий эксплуатации стыка величиныЗО удельного номинального давления ичастоты возмущающей силы), поэтому он не пригоден для исследования диссипативных свойств смазочных материалов,Цель изобретения - оценка диссипативных свойств смазочных материалов.Укаэанная 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 интервал 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 вынужденныхколебаниях не должен превышать 60 дБ,поскольку при больших возмущениях в стыке возникают существенно нелинейные колебания и для этого случая неизвестен способ определения логарифмическогодекремента колебания. Величина минимального уровня возмущающего виброускорения, равная 40 дБ, выбрана исходя из технических возможностей современной виброакустической аппаратуры.Указанные операции позволяют оценить диссипативные своиства смазочныхматериалов и их зависимость от вели Ячины удельного номинального давленияи частоты возмущающей силы.Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством новой конструкции для исследования рассеяния упругой энергии, содержащем раму, сейсмически изолированный стол, контр- тело, индентор с электродинамическимвибратором 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 настоле и соединенным с последним упругими связями, при этом узел нормального нагружения соединен с инденто- щ ром, верхняя часть которого выполненав виде динамометрического устройства, а нижняя часть содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на испытательном столе. Масса инденторав 100-150 раз меньше массы стола,ажесткость упругой связи узла нормального нагружения в 10-15 раз меньшежесткости стыка индентор - контртело. Выбор и оптимизация укаэанных выше динамических и конструктивных параметров устройства выполнены путемчисленного анализа модели, идентифицирующей предлагаемое устройствокак двухмассовую систему с помощьюЭВМ ЕС "1022". Установлено, что масса индентора устройства должна бытьв 100-150 раз меньше массы его стола, а жесткость упругой связи узланормального нагружения в 10-15 разменьше жесткости стыка индентора иконтртела. Экспериментально подтверждено, что при указанных соотношениях масс и жесткостей систематическая ошибка определения логарифмического декремента колебания, вносимаядинамической системой устройства, непревышает 5.На фиг.1 изображено устройстводля осуществленияспособа; на фиг,2и 3 - результаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных маселУстройство содержит испытательный стол 1, сейсмически изолированный и подвешенный к рамной конструкциис помощью канатов 3. Положениестола в пространстве регулируется спомощью винтовых пар 4,На столе 1 жестко закреплено контртело 5 и расположен узел 6 нормального нагружения, крепящийся к немус помощью упругих связей 7. Узелнормального нагружения с помощью шарнира 8 соединен с индентором 9, верхняя часть которого выполнена в видединамометрического устройства 10, анижняя часть 9 содержит рабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленным на испытательном столе, Упругие связи 7 служат для динамической развязки индентора 9 от узла 6 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 ГЗчерезусилитель 15 типа СУПВ,1 вибростенда ВЭДСН. Частоту вынужденныхколебаний регистрируют с помощьючастотомера-хрономера 16 типа Ф,питаемого от звукового генератора 14через усилитель 17 типа ТУ.Амплитуду колебаний измеряют с помощью акселерометра. 18 типа Д 14,сигнал скоторого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВпоступает на осциллограф 20 типа С 1-19 Б.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 иэ 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 частотомера- хронометра 16, питаемого от звукового генератора через усилитель 17.Амплитуду колебаний измеряют с помощьюакселерометра 13 типа Д 14, сигнал с которого через виброизмерительный усилитель 19 типа ИШВпоступает на осциллограф 20 типа С 1-19 Б.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 станков, На устройстве (фиг.1) исследуют диссипативные свойства трех товарных индустриальных масел: ИНСп (СССР), Чвсйга, (Фирма 4 ИоЫ 1), Топпа(фирма сЬЬе 11) 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),прикаждой нагрузке возбуждались реэонансные колебания индентора при уровне ви. броускорения 1=60 дБ. Номинальная площадь стыка составляла 30 см, удельное номинальное давление в стыке изменялось от 0,03 до 3,3 МПа.Контртело выполнеио в виде плоского диска с наружным диаметром 100 мм, кольцевой выточкой диаметром 78,6 мм, внутренним отверстием 25 мм и толщиной 16 мм. Контртело и индентор изготовлены иэ чугуна СЧ 21- 40, при обработке рабочих поверхностей .по 9 классу шероховатости(ГОСТ 2789-73), Масса стола составляет 1000 кг.Перед нанесением образца смазочного материала рабочие поверхностииндентора и контртела тщательно промываются по методике ВНИИНП и просу Формула изобретения 1. Способ исследования рассеянияупругой энергии, заключающийся в том,что при постоянном значении амплитудывозмущающей силы воэбужцают реэонан 65 шиваются в вакуумной камере при степени вакуума 10Па и температуре100 оС.После введения в стык образца испытываемого смазочного материала иприложения соответствующей статической нагрузки на индентор накладываются колебания, нормальные к рабочимповерхностям стыка, и в диапазонечастот от 20 до 2000 Гц и снимаетсяамплитудно-частотная характеристикаколебаний индентора.По известной методике определяется логарифмический декремент колебания Д- Ег: Уо15 где частота при максимальной амплитуде резонанса, Гц;и Г - частоты, отсекаемыена амплитудно-частот ной характеристикена уровне 0,7 АпРезультаты сравнительных испытаний диссипативных свойств индустриальных масел. приведены на Фиг.2 и 3.На фиг.2 на кривых 1-5 показаны зависимости логарифмического декрементаколебания от величины удельного номинального давления в стыке беэ смазки и при введении в него четырехобразцов индустриальных масел. Нафиг.3 на кривых 1-5 показаны зависимости логарифмического декремента колебания от частоты возмущающей силыв стыке без смазки и при введении внего четырех образцов индустриальныхмасел. Кривые 1-4 на Фиг.2 и 3 относятся соответственно к маслам:1-ИНСП; 2 - опытное масло; 3Топпа; 4 - Чвсйга - 4,Кривые 5на Фиг.2 и 3 относятся к несмаэанно му стыку. 0 диссипативных свойствахмасел судят по отличию значений логарифмического декремента колебаниядо и после смазки стыка.Статистический анализ результатов 4 испытаний показывает, что предлагаемый способ позволяет определять логарифмический декремент колебания сосредней квадратичной ошибкой отдельного измерения 0,05.Предлагаемая принципиальная схемаосуществления способа оценки диссипативных свойств смазочных материалов,осуществляемого устройством для этихцелей, доказывает, что новый способосуществим в диапазоне звуковых час- Ю тот удельных номинальных давлений,возникающих в стыках в реальных условиях эксплуатации машин.сные колебания стыка, образонанного рабочими поверхностями индентора н контртела, измеряют контактную деформацию от воздействия индентора на контртело, получают амплитудно-частотную характеристику колебаний стыка, определяют логарифмический декремент колебания по ширине резонансной кривой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью оценки диссипативных свойстн смазочных материалон, 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 и 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, контр- тело, индентор с электродинамическим вибратором переменной частоты и датчиком для измерения контактной деформации стыка, образованного рабочимиповерхностями индентора и контртела,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтоустройство снабжена узлом нормального нагружения, устансрленным сооснаиндентору и контртелу на столе с помощью упругих связей, при этом узелнормального нагружения соединен синдентором, верхняя часть котороговыполнена в виде динамометрическогоустройства, а нижняя часть содержитрабочую поверхность, взаимодействующую с контртелом, жестко закрепленнымна столе.15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 345415,кл.С 01 й 11/16, 1969.2. Авторское свидетельство СССР20 9 377672, кл.С 01 й 11/00, 1969.3. Авторское свидетельстно СССРМ 608083, кл.С 01 Ч 11/16, 1977859875 фМ 1 к 1 О гО ЗО дюяьия нснцнаввве дИленци, нГс/сиРис. хО ОО ЮО ИО фцс. 3 Составитель В.Але едактор Ю.Середа Техред А. Савкаев Коррект аказ 7536/64 Тираж 907 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 1 13035 р Москва, Ж, Раилиал ППП рПатентррр г.ужгород, Ул.Проектная,Я,О ф ф1 Е Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д.4/5