Способ контроля прочности соединений и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) й1 ЦЦф,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОЧНОСТИ СОЕДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ хниГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ А 8 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к теке неразрушающего контроля изделий 1) 4 В 23 Р 19/02, С 01 В 5/30 машиностроения, а именно к контролюпрочности соединений с натягом илисоединений, осуществленных способомнакрутки, и может быть использованона машиностроительных предприятиях ив научных исследованиях Цель изобретения - исключение повреждения деталей соединения и повышение точности контроля. Соединение (С), состоящее из деталей 6 и 7, нагружают через промежуточные нажимные элементы8 винтом 5 уменьшенной по сравнениюс расчетной испытательной силой. Ве1.388253 личину микросмещения деталей С определяют по графической зависимости.Затем на С воздействуют тепловым импульсом, создаваемым индуктором 11,уменьшая кратковременно прочность С.При этом изменяется величина относительного микросмещения деталей 6 и 7.Изменение величины микросмещениядеталей 6 и 7 при воздействии уменьшенной испытательной силы и тепловоИзобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий машиностроения, а именно к контролю прочности соединений с" натягом или соединений, осуществленных способом 5 накрутки, и может быть использовано на машиностроительных предприятиях и в научных исследованиях.Цель изобретения - исключение при контроле повреждения деталей соединений и повышение точности контроля.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - при мер записи импульса тока амплитудой 1 и длительностью Г в индукторе уст. ройств; на фиг. 3 - характер изменения натяга о в соединении при его нагреве индуктором за время Г; 20 на фиг. 4 - конструкция соединения с натягом, состоящая из вала диаметром с 1 и длиной Н, собранного с втулкой диаметром Й, и толщиной Ь,; на фиг. 5 - электрическая схема ком мутатора, собранного на тиристорах Ч, и Ч, управляемая по цепям "а" и "в" от реле-задатчика времени нагрева; на фиг. 6 - конструкция чувствительного элемента датчика для измерения микросмещений деталей испытуемых соединений, состоящая из упругой пластины с размерами Ь, М, С, С и отверстиями для крепления, а также тензочувствительного элемента К, установленного (нриклейкой) на упругой пластине, Регулировка исходной нагруз. ки на чувствительный элемент датчика микросмещений обеспечивается винтом,го импульса обратно пропорционально .прочности зоны сопряжения испытуемого С. Прочность зоны сопряжения деталей С оценивается по приведеннойграфической зависимости. Устройствосодержит узел нагружения С, индикаторнагрузки, датчик микросмещения деталей С, усилитель, индукционный нагреватель с реле времени и коммутатор. 2 с,п. ф-лы, 9 ил. установленным на упругой пластине; на фиг. 7 - электрическая схема для подключения тензочувствительного элемента датчика для измерения микросме-. щений деталей испытуемого соединения, резисторы К 1, К 2, КЗ, К 4, входящие в ее состав, необходимы для включения тензочувствительного элемента в мостовую схему, усиление сигнала разбаланса с измерительного моста осуществляется усилителем, собранным на операционном усилителе Д 1 и элементах К 5, К 6, С 1; на фиг. 8 - графическая зависимость, полученная при калибровке датчика микросмещений испытуемых соединений, В процессе калибровки измерялась величина разбаланса измерительного моста БмВ при заданном (эталонном) микроперемещении 1 мкм чувствительного элемента датчика; на фиг. 9 - графическая зависимость изменения величины относительного микросмещения 1 деталей испытуемых соединений с различными натягами о после калиброванного нагрева втулки и нагружения соединений уменьшенной испытательной силой Рисп. минСпособ контроля прочности соединений осуществляют с помощью устройства (фиг. 1), которое содержит узел нагружения испытуемых соединений (пресс), состоящий из опорной плиты 1, направляющих стоек 2 с пазами для шариков качения 3, удерживаемых сепаратором 4. От винта 5 усилие Р (испытательная сила Р,) воздействует на испытуемое соединение деталей - вал 6 и втулка 7 всборе через промежуточные нажимныеэлементы 8 с встроенным индикатором9 величины испытательной силы и шарик 10.5Нагрев одной из деталей соединения .(втулки) осуществляют с помощью индук,ционного нагревателя 11, установленного на изоляционной подставке 12,размещенной на опорной плите 1 пресса. Испытуемое соединение, состоящееиз деталей 6 и 7 (вал, втулка), устанавливают на подставке 13, в составкоторой дополнительно входит датчик14 для измерения относительного микросмещения деталей 6, 7 испытуемогосоединения. Сигнал с датчика поступает на вход усилителя 15, выход которого подключен к регистрирующемуприбору. Подключение индуктора 11 к 20сети переменного тока обеспечивается коммутатором 16, работой которогоуправляет реле - датчик времени нагрева 17.Устройство для осуществления способа контроля прочности соединенийработает следующим образом.Контролируемое соединение, состоящее из деталей 6, 7 (вал, втулка),устанавливают на подставке 13, которая расположена на опорной плите 1узла нагружения испытуемых соединений. Затем по оси испытуемого соединения (на вал 6) через шарик 10,который прижимается к торцу вала ис 35пытуемого соединения промежуточныминажимными элементами 8 с помощью винта 5, оператором устройства прикладывается контрольная нагрузка РИСП, МинПрименение шарика 10, а также направляющих стоек 2 с пазами для шариков качения 3, удерживаемых сепаратором 4, обеспечивает приложение контрольной нагрузки строго по оси испытуемого соединения (детали б, 7 всборе).Перемещая промежуточные нажимныеэлементы 8 с помощью винта 5, оператор нагружает испытуемое соединениеуменьшенной испытательной силой50Рис. Величина Уменьшенной испытательной силы Рис , задаетсязаранее по условиям испытаний соединений и может достигать значения Рс. м ин ф Рс. Мии - минимально допустимая величиьа испытуемого соединения.55В процессе нагружения испытуемого соединения сдвигающей силойР, на выходе усилителя 15 спомощью регистрирующего прибора регистрируется величина разбаланса измерительного моста, пропорционального величине микросмещения вала 6 относительно втулки 7 с учетом объемной деформации материалов деталей соединения и подставки 13. Величина микросмещения 1 оценивается06 Цоператором устройства по графической зависимости, приведенной на фиг. 8 и полученной при калибровке датчика микросмещения деталей соединений. При этом общее микросмещение чувствительного элемента датчика, контактирующего с торцом вала в соединении, представлено следующим выражением: 1 =1+1 +1 +1 Обц,с т т Монстрраспределение температуры по сечению втулки;распределение активной мощности вихревых токов по сечению втулки;удельная теплоемкость материала втулки;плотность материала втулки время нагрева. где Тг где 1 - величина взаимного относительного микросмещения деталей испытуемых соединенийпод воздействием уменьшеннойконтрольной нагрузки Рнсп. мин1, - величина объемного деформирования материала втулки подвоздействием уменьшеннойконтрольной нагрузки;1 с - величина объемного деформирования материала вала под воздействием уменьшенной контрольной нагрузки Р1- величина объемного деформирования .опорного элемента(подставки 13) под воздействием уменьшенной контрольнойНа 1 РУЗКИ РиСп минЗатем оператор с помощью реле-задатчика времени нагрева 17 коммутатора 16, индукционного нагревателя 11 обеспечивает калиброванное тепло". вое воздействие Я на испытуемое соединение.При этом нагревается только периферия втулки 7 с осесимметричным распределением температуры, представленным следующим выражением:Т =Ср1388253 с( - + - ) С С Е, Ег 10 Ь Рс =й: Бм ЬРн 8 н РнРн)06 Ц06 Ц.0 Ь 1=1 -1. 5Таким образом, после калиброванного нагрева соединения (втулки) прочность соединения Р кратковременносуменьшится на величину ЬРс Прочность .контролируемого соединения после калиброванного теплового воздействия Рс определяется по формуле причем для обеспечения целостности 20,контролируемых соединений величинакалиброванного теплового воздействиявыбирается из условия обеспечения прииспытаниях целостности соединений сминимально допустимой прочностью 25Р, т.е. при нагружении и нагреве испытуемого соединения должно выполняться условие При изменении (уменьшении) прочности испытуемого соединения до значения Рс за счет нагрева втулки величина относительного микросмещения деталей соединения при воздействии уменьшенной контрольной нагрузки Р, ц,ц, также изменится (увеличится).1 Измейение величины относительно го микросмещения деталей испытуемого соединения после нагрева втулки соединения приводит к дополнительному разбалансу измерительного моста.Измененную величину раэбаланса измерительного моста после нагрева втулки соединения оператор повторно регистрирует с помощью регистрирующего прибора, подключенного на выход усилителя 15. Повторно используя калибровочную графическую зависи 50 мость, полученную для датчика микро- перемещений деталей соединений, оператор оценивает величину изменения (увеличения) относительного микросмещения деталей испытуемых соединений под воздействием уменьшенной контрольной нагрузки Р,при калиброванном нагреве втулки соединения. Таким образом, общее микросмещение чувствительного элемента датчика микросмещения 1, , после нагружения соединения сдвигающей силой Рси нагрева тепловым импульсомопределяется выражением где 1 - величина относительного микросмещения деталей испытуемого соединения под воздействием контрольной нагрузки Р,и калиброванного теплового воздействия Я на втулку соединения.Изменение (увеличение) величины .относительного микросмещения деталей испытуемого соединения Ь 1 при воздействии уменьшенной контрольной нагрузки и калиброванного нагрева втулки соединения будет обратно пропорционально прочности зоны сопряжения испытуемых соединений и определяется выражением После подстановок значений и упрощеннй получим следующее выражение: Анализ полученного выражения показывает, что на результаты таких измерений не оказывает влияния объемное деформирование материалов деталей соединения и подставки, что существенно повышает точность контроля.Оператор устройства, используя эталонную графическую зависимость, полученную для однотипных соединений (фиг. 9), по значению дополнительного микросмещения Ь 1 оценивает прочность зоны сопряжения деталей соединений с натягом, т,е. прочность испытуемого соединения.П р и м е р. Способ и устройство для контроля прочности соединений были опробованы при контроле прочности соединений типа вал-втулка (фиг. 4) с размерами с 1, =250 мм, Й=150 мм, Н=150 мм, Ь,=5, мм, материал деталей соединения - сталь 45.Калиброванное тепловое воздействие с длительностью=10 с импульса тока в индукторе 11 задавалось оператором устройства с помощью реле 1388253 10, задатчика времени нагрева 17 (в качестве реле-задатчика времени нагре=ва использовали реле времени типаВЛУХЛ 4, управляющее по цепям а","в" коммутатором, который выполненс применением тиристоров типа Т 160,цепи "Й", с коммутатора подключались на вход индукционного нагревателя). 1 ОВ качестве чувствительного элемента датчика микросмещений деталей испытуемых соединений при измеренияхиспользовали полупроводниковый тензорезистор типа КТДА, который устанавливали.(приклейкой) на упругойпластине с размерами 5=1 мм, М=100 мм,С, =10 мм, С =5 мм (фиг. 6). В качестве регистрирующего прибора, подключаемого при измерениях к выходу усилителя 15, использовали осциллографтипа НОЗОА.При контроле прочности соединенийв испытуемой партии соединений выявились соединения с недостаточной 25прочностью (соединения с недостаточным натягом или дефектами в зоне сопряжения деталей, которые уменьшаютпрочность зоны сопряжения деталейсоединения ниже минимально допустимого значения Р, , ).При расчете минимально допустимойпрочности соединения Рбыл прис, мичнят натяг о =0,2 мм.Расчетная прочность Р мн длятаких соединений составляла Р=52666 кГ.Значение уменьшенной испытательной силы Рисп,мин было принято1500 кГ,40Затем с учетом значения расчетнойпрочности соединения (Р , ==52666 кГ) и значения Р, ц определяли необходимое кратковременноеуменьшение прочности соединения принагреве втулки соединения с учетом45ранее приведенного выраженияР сР -Рисп мин с. мин с 1Нагрев соединений (втулки) осуществляли индукционным нагревателем, при длительности нагрева 12 с и активной мощности нагревателя 65 кВт.Анализ поверхностей деталей сое. динений с натягом после проведения 55 измерений по предлагаемому техническому решению показал, что на поверхностях деталей соединений в месте приложения уменьшенных контрольных нагрузок Р, , отсутствуют повреждения.Кроме этого, снижение не менее чем в 20-30 раз величины механических нагрузок, действующих на детали соединения при испытаниях, исключило изгиб и трещины деталей соединений при приложении контрольных нагрузок.Формула изобретения1. Способ контроля прочности соединений, включающий нагружение соединений расчетной силой и измерение взаимного относительного микросмещения деталей соединения, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения повреждения деталей соединений и повышения точности контроля, первоначально соединение нагружают уменьшенной по отношению к расчетной испытательной силой, измеряют при этом начальное взаимное относительное микросмещение деталей соединения, затем на соединение воздействуют энергией теплового импульса, повторно измеряют взаимное относительное микросмещение деталей соединения, а прочность соединения определяют по разности между повторным и исходным относительным микросмещением деталей контролируемого соединения.2. Устройство для контроля прочности соединений, содержащее узел нагружения соединения, индикатор нагрузки, датчик взаимного относительного микросмещения деталей соединения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено усилителем, выход которого подключен к регистрирующему прибору, а вход соединен с датчиком взаимного относительного микросмеще ния деталей соединения, а также индукционным нагревателем, реле-задатчиком времени нагрева и коммутатором, причем индукционный нагреватель соединен с выходом коммутатора, вход которого подключен к сети переменного тока, а цепи управления коммутатора соединены с реле-задатчиком времени нагрева.388253 И,мд 5 Ю,м Составитель Э, Копаевктор В. Ковтун Техред И,Ходаиич Корректор В. Бутяг Тираж 921 Подписное каз 151 4/ б,а оизводственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проек ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Иосква, Ж, Рауш