Установка для испытаний материалов на контактную выносливость

(51)5 С 01 М 3/56 ЕН ескии инси Инсти ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Хмельницкий технологичтитут бытового обслуживаниятут проблем прочности АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРФ 706744, кл. С 01 И 3/56, 1977,(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ НА КОНТАКТНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ(57) Изобретение относится.к устройствам для испытания прочностныхсвойств и износостойкости материаловпри контактных нагрузках. Цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей путем испытаний на кон -тактную прочность как при переменнойтак и при циклической нагрузке с раз,801536 личными коэффициентами асимметрии и большими частотами и повышение производительности. Установка для испытаний материалов на контактную выносливость содержит три параллельных вала, на которых крепятся контробразцы 5 и 6 и образец 7 материала, а опоры 8 и 9 крайних валов 3 и 4 выполнены: в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, входящими в зацепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 3, к одному концу которого прикреплен нульсатор 42, а к другому - нагрузочное устройство 37 с тормозом 39. При повороте опор 8 и 9 за счет эксцентриситета контробразцы 5 и 6 прижимаются к образцу 7 материала и создают давлений на контакте. Задавая валопроводу 13 различные формы движения, можно задавать различные условия нагружения. 2 з.п, ф-лы,.15 ил.ЯИзобретение относится к устройствам для исследования прочностныхсвойств и износостойкости материалов при контактных нагрузках и может быть использовано для испытаний материалов в условиях сложного. контактного нагружения.Целью изобретения является расширение функциональных фоэможностей пулем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами, и повышение производитель ности при исследованиях материалов на износостойкость и прочносгь.На фиг. 1 изображена кинематическая схема установки для испытания ма.териялов на контактную выносливость; на 20 фиг,2 - узел установки, состоящий из трех параллельных валов с эксцентричными опорами подшипников валов; на фиг.З - разрез А-я. на фиг 2; на " фиг,4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5-10 - 25 схемы нагружения испытуемого образца, которые можно реализовать на установке; на фиг.11 - 15, - графики режимов нагружения, которые могут быть реализованы на установке. 30Установка для испытаний на кон-. тактную выносливость содержит корпус 1, три параллельных Бала 2-4, на крайних укрепляются контробразцы 5 и 6, а на среднем - образец 7 материала, Опоры 8 и 9 выполнены в виде эксцентрично расположенных подшипников с зубчатыми венцами 10 и 11, которые Образуют защепление друг с другом и с шестерней 12 валопровода 13.40Параллельные Балы 3 и 4 через карданные шарниры 4 и 15 связаны с валами 16 и 17 раза очной коробки 18, Вал 19 раздаточно;коробки 18 муфтой 20 соедн н с элек р двигателе 45 Валы 16 и 17 кинематически связаны зубчатыми колесами 22-24 с валом 19, который с помощью карданного шарнира 25, соединнного с промежуточным валом 26, который пропущен в трубе 27 корпуса 1 ниже уровня плоскости рас положения параллельных валов 2-4, кинематически связаны с валом 2 посредством шестерен 28-30, Конец вала 2 муфтой 31 соединен с валом генерато 55ра 32.Валопровоц 13 через муфту 33 связан с допОлнительным валопроводом 34, который через муфту 35 связан с ведомым валом 36 нагрузочного устройства 37, выполненного в виде четырехступенчатого червячного редуктора сэлектродвигателем 38. На валу 36 установлен дисковый тормоз 39.Другой конец валопровода 13 припомощи муфты 40 соединен с ведомымвалом 41 пульсатора 42, который содержит ведущий вал 43, соединенныймуфтой 44 с электродвигателем 45, атакже кривошип 46 переменного радиу-.са, шатун 47 и коромысло 48, образующие шарнирный четырехзвенный механизм,Установка работает следующим образом.При включении электродвигателя 38ведомый вал 36 редуктора закручиваетвалопроводы 13 и 34 относительно ведомого вала 41 пульсатора 42. Электродвигатель 45 пульсатора 42 в этовремя выключен. При закручивании валопровода 13 поворачивается на некоторый угол шестерня 1.2, которая поворачивает зубчатый венец 10 опоры 9 исоответственно венец 11 опоры 8. Засчет эксцентриситета валы 3 и 4 вопорах 8 и 9 прижимают контробразцы 5н 6 к образцу материала 7 при повороте опор 8 и 9. Когда давление прижатия достигнет требуемого значения,электродвигатель Зо выключают и тормозом 39 Фиксируют ведомый вал 36.Так создается постоянная или переменная нагрузка на образецДля создания циклической составляющей усилия контактного давления на образец7 включают электродвигатель 45, который приводит в движение кривошип 46пульсатора 42, выходной вал 41 пульсатора 42 при этом совершает возвратно-вращательное движение, закручиваяили раскручивая валопровод 13, который через шестерню 12 задает возвратно-вращательное движение зубчатымвенцом 10 и 11, которые создают циклическую нагрузку на образец 7, Час"тоту нагрузки можно регулировать частотой вращения электродвигателя 45,а амплитуду - путем изменения ради"уса кривошипа 46.При включении электродвигателя 21приводится во вращение сменные шестерни 22-24 раздаточной коробки 18и соответственно валы 19, 16 и 17.Шестерни 22-24 подбирают в зависимости от того, какое соотношение скоростей вращения образца 7 и контробраз1536264 зоне контакта: цов 5 и 6 необходимо для испытаний.С валов 19, 16 и 17 вращательное движение передается через карданные шарниры 25, 15 и 14 валам 26, 3 и 4 соответственно. С вала 26 через шестерни 28-30 вращетельное движение передается валу 2 образца 7. Для обеспечения испытаний при переменном проскальзывании поверхности образца 7 относительно поверхности контробразцов5 и 6 в зоне контакта угловая скоростьобразца 7 должна быть переменной, этодостигается тем, что шестерни 28-30выполняются с эксцентричными зубчатыми венцами относительно осей вращенияс равным для всех осей эксцентриситетом и расположением эксцентриситетовв одной фазе.К шестерне 12 можно подсоединить 20еще один узел для испытания материала, аналогичный основному и работающему аналогичным образом.Установка позволяет реализоватьразличные схемы нагружения при испытаниях на контактную выносливость, втом числе и предусмотренные стандартной методикой испытаний.На фиг.5 -1 О обозначено; Р - усилие прижатия контртел к образцу; 30Ч Чг, Чз - окружные скорости образца и контртел соответственно; Ч Чг,Ч - угловые скорости образца и контр 3тел соответственно; Р - постояннаясоставляющая усилия прижатия; Р с,переменная составляющая усилия прижатия.Установка при таких схемах работает следующим образом.1. Испытание на контактную вынос Оливость при фракционном качении(фиг.5), При этом разъединяют валы16 и 17 раздаточной коробки с валамиконтртел 3 и 4 (фиг.1) и приводят вовращение образец 7 двигателем 21 череэ валы 19, 25, 26 и систему шестерен 28-30 (фиг.4) под действием силыприжатия контртел к образцу Р. Контртела 5 и 6 приводятся во вращение засчет фрикционных сил в зонах контак Ота, а ЧЪ Чг и ЧЧ,2. Испытание при чистом качении(фиг.6), когда от раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что Ч, = Чг = Чз.3; Испытание при качении с постоянным скольжением (фиг.7) когда от 6раздаточной коробки вращение передается на валы образца и контртел, а сменные зубчатые колеса 22-24 раздаточной коробки подобраны таким образом, что обеспечивается требуемое соотношение окружных скоростей испытуемого образца и контртел, при котором имеет место постоянное скольжение в Ч - Ч Ч ЧЛ=Чг- сопзй Заменой шестерни достигаются различные значения скольжения М. 4. Испытания при качении с переменным скольжением осуществпяют аналогично схеме (фиг.7), однако при этом шестерни 28-30 (фиг.4) выполня 1 от эксцентричными по отношению к их осям вращения с расположением эксцентрисистентной в одной фазе.5. Испытания при качении с тяговым моментом (фиг.8). При такой схеме испытаний от раздаточной коробки 18 приводится во вращение только контр- тела 5 и 6 с равными угловыми скоростями, а вал 2, на котором посажен испытуемый образец 7 (фиг.1), отсоеди - няется от вала 19 раздаточной коробки. Вместо генератора 32 устанавливается электродвигатель переменного тока, который приводит во вращение образец 7,6. Испытания при качении с тормозным моментом (фиг.9). От раздаточной коробки 18 приводятся в движение контртела 5 и 6, а к валу 2 образца 7 прикладывается тормозной момент, создаваемый генератором 32 (фиг,1). Изменяя нагрузку на г".ераторе, устанавливают требуем:,: в , по условиям испытания тормозной момент М7. Испытания при пульсирующем контакте (фиг10) достигаются за счет того, что при невращающихся образце 7 и контртелах 5 и 6 и работе пульсатора 42 за счет периодического возвратно-вращательного движения зубчатых венцов 1 О и 1 (Фиг,1) осуществляется периодическое прижатие контактирующих тел по гармоническому закону. При этом циклическая составляющая силы прижатия Р может быть изменена путем изменения радиуса кривошипа 46 и она накладывается на постоянную составляющую нагрузки Р, При невращающихся образце и контртелах и действии сжимающей пульсирующей нагруз1536264 ке в зоне контакта имеет место деформация образца и контртел, в результате чего имеют место относительныемикроперемещения контактирующих тели создаются таким образом условия для5фреттинга. Таким образом, установкапозволяет проводить исггытания такжена фреттинг-усталость в условиях контактного нагружения,10Рассмотренные схемы испытаний мо".гут быть реализованы как при стационарном режиме нагружения, так и принестационарном режиме. Схемы испыта,ний фиг.5-9) могут быть осуществле 15,ны на предлагаемой установке как при,стационарном режиме изменения кон"тактных напряжений (фиг.11, в этомслучае редуктором 37 (фиг.1) создается только постоянная нагрузка), таки при нестационарном режиме (фиг.12),когда нагрузка, задаваемая редуктором37 изменяется по какому-то закону засчет изменения скорости вращения валаэлектродвигателя 38, Возможно осуществить на предлагаемой установке ре,жим нагружения при всех рассмотренных схемах испытаний, когда постоянная нагрузка, создаваемая редуктором37, модулируется периодическими колебаниями за счет пульсатора 42. Приэтом импульсы контактных напряжений(фиг.13) оказываются модулированными по амплитуде, Возможно также осуществить и их частотнук 1 модуляцию за35счет управления частотой вращенияэлектродвигателей 21 и 45.Схема испытаний прн пульсирующемконтакте фиг,10 может быть осуще-.ствлена как при стационарном режименагружения, когда=: сопят и Ь2. ис оп з с ( фиг . 1 4 ) ; , " к и при не стационар ном режиме , ко гда Ь:Ф с опз с= Ьс ) представляет собой нестацио ".нарный случайный процесс с н акладыв аемой на и его регулярной периодическойсоставляющей А , Такой режим нагр у 7жения чаще всего встречается на практике, Для его реализации необходимо в систему управления электродвигате-. лем ввести микропроцессор, который осуществлял бы управление электродвигателем по заданной случайной функ- ции.Формула изобретения1, Установка для испытаний материалов на контактную выносливость, содержащая корпус, установленные в нем на опорах в одной плоскости три параллельных вала, средний из которых предназначен для размещения образца материала, .а два крайних - для нажимных контробразцов, привод вращения валов и нагружающее устройство, отличающаяся тем;что, с целью расширения функциональных возможностей путем испытаний на контактную прочность как при переменной, так и при циклической нагрузке с различными коэффициентами асимметрии и большими частотами и повышения производительности, она снабжена пуль". сатором, выполненным в виде четырехзвенного шарнирно-рычажного механизма с переменггым радиусом кривошипа, и валопроводом с шестерней, соединен" ным одним концом с ведомым валом пуль" сатора, а другим - с нагружающим устройством, а опоры крайних валов выполнены в виде эксцентрично расположенньгх подшипников с зубчатыми венцами, входящими в зацепление друг с другом на оси среднего зала и с шестерней на валопроводе.2. Установка по п.1, о т л и ч а .- ю щ а я с я тем, что она снабжена тормозом, связанным с нагружающим устройством;.3, Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что она снабжена установленными в корпусе аналогично основным тремя дополнительными валами с опорами, выполненными и установленными аналогично основным.1536264 Фиг, ю Составитель Н.ЕлисеевРедактор Т.Лаэоренко Техред М.Ходанич Корректор О.Ципл 11 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 103НИИПИ Государственно11303 Гираж 496 По комитета по изобретениям и Москва, Ж, Рауаская наб. исноекрытиям при ГКНТ ССС