CZ20632U1

CZ20632U1 - Device for testing and investigating material failure due to fatigue

Info

Publication number: CZ20632U1
Application number: CZ200921306U
Authority: CZ
Inventors: Linhart@Václav; Janoušek@Zdenek; Osvald@Otto
Original assignee: SVÚM a.s.
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-03-15

Description

Přípravek pro zkoušení a výzkum únavového porušování materiáluTool for testing and research of fatigue failure of material

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká přípravku pro zkoušení a výzkum únavového porušování materiálu, zejména strojních součástí a zařízení, které je ovlivněno spolupůsobením vibračních třecích účinků.The technical solution relates to a device for testing and research of fatigue failure of material, especially machine parts and equipment, which is influenced by the interaction of vibration friction effects.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Únavové porušování částí strojů a zařízení za spolupůsobení vibračních třecích účinků je častou příčinou výrazného snížení jejich životnosti. Projevuje se nepříznivě na životnosti některých částí dopravních prostředků a motorových vozidel, U drážních prostředků, například u lokomotiv a vagonů, drážkových hřídelů, ložiskových Částí nebo ojnic. V letectví pak u nýtovaných spojů potahů vysoce dynamicky namáhaných částí jako jsou křídla nebo části trupu letadel. Experimentální výzkum tohoto druhu únavového porušování na konkrétních částech strojů a konstrukcí je složitý a značně nákladný. Jednodušší cestou pro získání základních podkladů pro navrhování takto namáhaných Částí je modelový výzkum na jednoduchých zkušebních vzorcích, zatěžovais ných únavově na standardních únavových strojích, s definovanými zkušebními podmínkami. To umožňuje zabývat se například detailněji zhodnocením vlivu konstrukčních materiálů a jejich zpracování v těchto podmínkách, včetně účinků párování různých materiálů v místě kontaktu a rovněž vlivem mazání, úrovně přítlačných silových účinků, účinků relativního prokluzu ve styku částí a podobně,Fatigue failure of machine and equipment parts due to vibration friction effects is a frequent cause of a significant reduction in their service life. It has an adverse effect on the service life of certain parts of vehicles and motor vehicles. For railway vehicles, for example locomotives and wagons, splined shafts, bearing parts or connecting rods. In aviation, the rivet joints cover the highly dynamically stressed parts such as wings or fuselage parts. Experimental research on this type of fatigue failure on specific parts of machines and structures is complex and costly. A simpler way to obtain the basic data for designing such stressed parts is model research on simple fatigue loaded test specimens on standard fatigue machines with defined test conditions. This makes it possible, for example, to assess in more detail the effect of construction materials and their processing under these conditions, including the effects of pairing of different materials at the point of contact, as well as the effects of lubrication, level of thrusts, relative slip effects

Účelem technického řešení je proto vytvořit jednodušší instrumentovaný přípravek, který by umožnil uskutečnit výzkum těchto problémů na jednoduchých únavových zkušebních tyčích při definovaných a reprodukovatelných podmínkách, na stávajících únavových strojích v únavových laboratořích.The purpose of the technical solution is therefore to create a simpler instrumented device which would enable research into these problems on simple fatigue test rods under defined and reproducible conditions, on existing fatigue machines in fatigue laboratories.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Dosavadní nedostatky odstraňuje a uvedené požadavky zkoušení a výzkumu únavového porušování materiálu ovlivněného spolupůsobením vibračních třecích účinků splňuje zkušební přípravek podle předmětného technického řešení, který je uložen na výškově přestavitelné podpěře fixované na zkušebním únavovém stroji. Podstata technického řešení spočívá v tom, že přípravek sestává z dvojice protilehlých spojovacích ramen opatřených tenzometry a ve své homí a dolníThe existing deficiencies are eliminated and the requirements for testing and investigating fatigue failure of a material affected by the interaction of vibrational frictional effects are met by the test fixture according to the present invention, which is mounted on a height adjustable support fixed on a test fatigue machine. The essence of the technical solution consists in that the jig consists of a pair of opposite connecting arms provided with strain gauges and in its upper and lower

Části vzájemně spojených zatěžovacfm třmenem a opěrným třmenem. Středem zatěžovacího třmenu je veden zátěžný Šroub, jehož dolní konec prostřednictvím prvého kulového tělesa dosedá přítlačné těleso vytvořené ve tvaru obráceného písmene U, které je opatřeno tvarovanou vložkou s dvojicí palcových výstupků s válcovou dotykovou plochou. Palcové výstupky dosedají na horní přítlačnou plochu zkušebního tělesa. Na spodní plochu zkušebního tělesa dosedají pro35 střednictvím dvou palcových výstupků zrcadlově umístěné tvarované vložky přítlačného tělesa dosedající prostřednictvím druhého kulového tělesa do vybrání opěrného třmene.Parts connected to each other by a load bracket and a support bracket. A load bolt is guided through the center of the load yoke, the lower end of which is supported by a first spherical body with an inverted U-shaped thrust body having a shaped insert with a pair of thumb protrusions with a cylindrical contact surface. The thumb protrusions abut the upper pressure face of the specimen. Mirror-shaped shaped inserts of the thrust body abut against the recess of the thrust bracket are supported on the lower surface of the test body by means of two inch projections.

Přípravek podle předmětného technického řešení umožňuje výzkum únavového poškozování za spolupůsobení vibračního tření na jednoduchých únavových zkušebních tělech a na standardních laboratorních únavových strojích při definovaných a reprodukovatelných podmínkách. Silové poměry působící v kontaktním styku těles se vyvozují zátěžným šroubem prostřednictvím dynamometrického členu ve tvaru třmenu vybaveného tenzometry s kompenzačním účinkem při vzniku plastické deformace otlačením ve styku. Velikost prokluzu ve stykovém místě se měří pomocí elektronického systému s čidlem upevněným na přípravku a snímačem umístěným na únavové zkušební tyči. Registrace přítlačné síly, skluzových podmínek a teploty v závislosti na počtu cyk45 lů namáhání je zajištěna pomocí počítače se speciálně orientovaným programovým vybavením nebo liniovými zapisovači.The formulation according to the present invention enables the study of fatigue damage under the influence of vibrational friction on simple fatigue test bodies and on standard laboratory fatigue machines under defined and reproducible conditions. The force conditions acting in contact of the bodies are generated by a load-bearing screw by means of a dynamometric yoke-shaped member equipped with strain gauges with compensating effect in the case of plastic deformation due to compression in contact. The slip point at the contact point is measured using an electronic system with a sensor mounted on the jig and a sensor mounted on the fatigue test bar. The registration of pressure, slip conditions and temperature depending on the number of cycles of stress is ensured by means of a computer with specially oriented software or line recorders.

-1CZ 20632 Ul-1GB 20632 Ul

Přípravek plně splňuje podmínky kladené pro výzkum životnosti při působení vibrační třecí únavy a umožňuje zkoušky pří silovém kontaktu strojních částí jednoduchého tvaru s podílem skluzu ve stykové ploše. Současně umožňuje měření přítlačné síly ve styku těles, která je důležitým parametrem při porušování tohoto typu. Ta by se neměla v průběhu zkoušek, i přes jejich dlouhodobý charakter, významně měnit. Zařízení proto vyžaduje pouze minimální úpravu, která by umožnila minimalizovat případné změny přítlačné síly způsobené při dlouhodobé zkoušce plastickou deformací, otlačením, včetně měření případných změn v silových podmínkách vzniklých v průběhu zkoušek a jejich registraci a měření velikosti prokluzu v místě styku zkušebních těles jednoduchým způsobem.The fixture fully meets the conditions for the study of durability under the influence of vibrational frictional fatigue and enables testing in the case of force contact of simple machine parts with the slip rate in the contact area. At the same time it allows to measure the contact force of the bodies, which is an important parameter in the failure of this type. This should not change significantly during the tests despite their long-term character. Therefore, the device requires only a minimal adjustment that would allow minimizing any changes in the contact force caused by the long-term plastic deformation, crushing test, including measuring any changes in the force conditions occurring during the tests and registering them and measuring the slip at the point of contact.

Další významnou výhodou daného technického řešení je zajištění průběžného měření teploty ve styku zkoušených těles a její registrace.Another significant advantage of the technical solution is to ensure continuous measurement of temperature in contact of test specimens and its registration.

Montáž přípravku na zkušební únavový stroj, výměna vzorků, provedení změn tvaru přítlačných těles i demontáž přípravku je velmi jednoduchá a Časově i odborně nenáročná.Assembly of the fixture on the fatigue test machine, sample replacement, changes in the shape of the thrust bodies and dismantling of the fixture are very simple and time-consuming.

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Přípravek podle tohoto technického řešení je schematicky zobrazen na připojených vyobrazeních, a to na obr. 1 v čelním pohledu v částečném řezu a na obr. 2 v bokoryse.The device according to the invention is schematically shown in the attached figures, in FIG. 1 in a front view in partial section and in FIG. 2 in a side view.

Příklad provedeni technického řešeníExample of technical solution

Přípravek pro zkoušení a výzkum únavového porušování materiálu nápravy železničního vozidla (Obr. 1 a 2) je uložen na základně s valivým uložením na výškově přestavitelné podpěře odní20 matelně připojené ke zkušebnímu stroji. Přípravek sestává z dvojice protilehlých spojovacích ramen i opatřených tenzometry 2 a vzájemně spojených ve své homí a dolní části dvojicí třmenů - zatěžovacím třmenem 2 a opěrným třmenem 9. Středem zatěžovacího třmenu 3 je veden zátěžný šroub 4 s maticí. Dolní konec zátěžného šroubu 4 dosedá prostřednictvím prvního kulového tělesa 5 na přítlačné těleso 6. Přítlačné těleso 6 má tvar obráceného písmene U” s lícovanou tvarovanou vložkou opatřenou dvojicí palcových výstupků 7 opatřených válcovou dotykovou plochou. Válcové výstupky 7 dosedají na plochu plochého tyčového zkušebního tělesa 8. Protilehlá plocha zkušebního tělesa 8 dosedá na dva palcové výstupky 2 zrcadlově umístěné a tvarované vložky přítlačného tělesa 6, na které přenáší sílu druhé kulové těleso 5 umístěné ve vybrání opěrného třmenu 9.The tool for testing and researching the fatigue failure of the axle material of the railway vehicle (Figs. 1 and 2) is mounted on a rolling bearing base on a height-adjustable support removably connected to the test machine. The jig consists of a pair of opposing connecting arms 1 equipped with strain gauges 2 and connected to each other in their upper and lower part by a pair of yokes - load yoke 2 and support yoke 9. The load bolt 4 with nut is guided through the center of the load yoke 3. The lower end of the load screw 4 abuts the thrust body 6 by means of the first spherical body 5. The thrust body 6 has an inverted U 'shape with a fitting shaped insert provided with a pair of thumb protrusions 7 provided with a cylindrical contact surface. The cylindrical protrusions 7 abut on the surface of the flat bar test body 8. The opposite surface of the specimen 8 abuts on the two inch protrusions 2 of the mirror-shaped and shaped inserts of the pressure body 6, to which the second ball body 5 located in the recess 9 is supported.

Zkoušení materiálu probíhá tak, že na únavové zkušební těleso 8 z porovnávaného konstrukčního materiálu ojnice motorového vozidla jsou přitlačovány z obou stran přes tloušťku zkušebního tělesa 8 dva palcové výstupky 7 s válcovou dotykovou plochou, které jsou součástí přítlačného tělesa 6 vytvořeného ve tvaru obráceného písmene U. Na přítlačné těleso 6 působí přítlačná síla vyvozená zátěžným šroubem 4, který působí na přítlačné těleso 6 přes první kulové těleso 5.The material testing is carried out by pressing the two inch protrusions 7 with cylindrical contact surface 7 on the fatigue test body 8 of the connecting rod construction material of the motor vehicle on both sides over the thickness of the test body 8, which are part of the inverted U-shaped pressure body 6. The thrust body 6 is exerted by the thrust force exerted by the load screw 4 which acts on the thrust body 6 via the first spherical body 5.

Toto umožňuje definované působení síly. Deformační elasticita obou spojovacích ramen 1 má vyrovnávací funkci a uplatní se zejména v případech, kdy v průběhu únavové zkoušky dojde k částečné plastické deformaci ve styku přítlačných těles $ a povrchu tyčového zkušebního tělesa 8. Na obě přítlačná tělesa 6 s palcovými výstupky 7, uložená na protilehlých stranách zkušebního tělesa 8 po jeho tloušťce, působí stejná přítlačná síla.This allows a defined action of force. The deformation elasticity of the two connecting arms 1 has a compensating function and is particularly useful in cases where during the fatigue test a partial plastic deformation occurs at the contact of the pressing bodies 8 and the surface of the rod test body 8. On both pressing bodies 6 with thumb protrusions 7 opposite sides of the test body 8 along its thickness, the same pressing force is applied.

Síla od zátěžného šroubu 4 působí přes část, která tvoří spojovací ramena 1 přípravku. Spojovací ramena i opatřená tenzometry 2 slouží jako dynamometrický člen. Při působení reakce od přítlačné síly dochází k jejich tahovému namáhání.The force from the loading bolt 4 acts through the part that forms the connecting arms 1 of the jig. The connecting arms 1 provided with strain gauges 2 serve as a dynamometric element. They are subjected to a tensile stress under the action of the contact force.

Kalibrace tohoto tenzometrického členu se provádí na trhacím stroji tak, že tahová síla působí na zátěžný Šroub 4, přičemž pomocný šroub na druhé straně opěrného třmenu 9, je uchycen do druhé čelisti trhacího stroj e.Calibration of this strain gauge member is carried out on the tear-off machine so that the tensile force acts on the load bolt 4, the auxiliary screw on the other side of the support yoke 9 being fixed in the second jaw of the tear-off machine.

Deformační účinky se při únavové zkoušce měří tenzometry 2 pomocí tenzometrické aparatury. K registraci přítlačné síly při únavové zkoušce slouží počítač nebo liniový zapisovač.Strain effects are measured in the fatigue test by strain gauges 2 using a strain gauge apparatus. A computer or a line recorder is used to register the contact force during the fatigue test.

-2CZ 20632 Ul-2EN 20632 Ul

Celý přípravek je na únavovém stroji uložen tak, aby jeho váha nevytvářela přídavné zatížení v místě kontaktu. Přípravek je umístěn na základně s valivým uložením na výškově přestavitelné podpěře fixované na zkušebním stroji.The whole fixture is mounted on the fatigue machine so that its weight does not create an additional load at the point of contact. The fixture is placed on a base with a rolling bearing on a height adjustable support fixed on a test machine.

V místě kontaktu vzniká prokluz, který je vyvolán rozdílnými deformacemi přítlačných těles 6 s 5 palcovými výstupky 7 a zkušebního tělesa 8, v daném případě zkušební tyče. K měření prokluzu v místě kontaktu slouží speciální přídavné elektronické zařízení s čidlem upevněným na přípravku. V daném provedení byl použit elektronický systém pracující na principu měření změn vířivých proudů. Nezakreslené čidlo, upevněné na jednom palcovém výstupku 7 přítlačného tělesa 6, snímá relativní pohyb v místě kontaktu pomocí praporku pevně přichyceném na zkušebním io tělese 8. Signál se registruje během zkoušky průběžně pomocí počítače.A slip occurs at the point of contact, which is caused by different deformations of the 5-inch lugs 7 and the test body 8, in this case the test rods. A special additional electronic device with a sensor mounted on the jig is used to measure slip at the contact point. In the embodiment, an electronic system operating on the principle of measuring eddy current changes was used. A sensor (not shown), mounted on one inch projection 7 of the pressure body 6, senses the relative movement at the point of contact by means of a flag fixed to the test body and the body 8. The signal is continuously recorded during the test by means of a computer.

Teplota zkušebního tělesa 8 se měří poblíž stykového místa pomocí termočlánku, který je k němu připevněn. Registrace teplotních změn se provádí pomocí počítače, případně pomocí liniového zapisovače.The temperature of the test body 8 is measured near the contact point by means of a thermocouple attached thereto. Temperature changes are registered using a computer or a line recorder.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

15 1. Tool for testing and researching fatigue failure of material, in particular machine parts and equipment, affected by the action of vibration friction effects, which is mounted on a removable height adjustable support attached to a fatigue test machine, characterized in that it consists of a pair of opposing the connecting arms (1) provided tenzo- ^£ meters (2) and interconnected at their upper and lower parts of clamp load (3) and the bearing *

20, a load bolt (4) is guided through the center of the load bracket (3), the lower end of which is supported by a first spherical body (5) against an inverted U-shaped pressure body (6) which is provided with a shaped insert a pair of inch protrusions (7) with a cylindrical contact surface abutting the contact surface of the test body (8), the lower surface of the test body (8) being abutted by two inch projections (7) of a mirror-shaped shaped insert of the pressing body (6) a second spherical body (5) into the recess of the support bracket (9).