CZ34196U1 - Zkušební zařízení pro testy odolnosti stykových ploch - Google Patents

Description

Zkušební zařízení pro testy odolnosti stykových ploch

Oblast techniky

Technické řešení se týká zkušebního zařízení pro testy odolnosti stykových ploch, které obsahuje rám, na kterém jsou pevně uloženy dva zatěžovací uzly, jimž je přiřazen třetí zatěžovací uzel, který je uložen na jednom rameni dvouramenné páky, a mezi těmito třemi zatěžovacími uzly je prostor pro zkoušený vzorek, přičemž každý ze zatěžovacích uzlů obsahuje kontaktní těleso uzpůsobené pro styk s povrchem zkušebního vzorku v prostoru pro zkoušený vzorek, a dvouramenná páka je výkyvné uložena na rámu zařízení aje svým druhým ramenem spřažena se zdrojem přítlačné síly.

Dosavadní stav techniky

Odolnost stykových ploch proti kontaktnímu poškození, tj. proti tzv. pittingu, je důležitým faktorem pro správné dlouhodobé fungování celé řady strojů a zařízení. Zejména je toto důležitým faktorem vačkových mechanismů, kde k samotnému styku vačky a zvedáku dochází v kontaktní oblasti, která je v rámci pracovního cyklu namáhána cyklickým zatěžováním, včetně skluzu těles v kontaktu, čímž je realizován přenos normálových i tangenciálních sil. Tyto jevy způsobují deformaci obou těles ve styku a vyvolají v nich kontaktní napjatost, kdy při překročení jisté meze této napjatosti může dojít v provozu vačkových mechanismů k únavovému poškození stykových ploch vačky a zvedáku. V mnoha technických aplikacích je s výhodou použit vačkový mechanismus, kdy jeho obecná kinematická dvojice je tvořena stykem vačky a plochého zvedáku, případně zvedáku s kulovou hlavou nebo zvedáku s hrotem.

Nevýhodou všech vačkových mechanismů, u kterých dochází ke smýkání stykové plochy zvedáku po vačce, je výskyt zvýšeného opotřebení činných ploch vačky a zvedáku třením, které mnohdy nastává v důsledku nedostatečného mazání místa styku. To je příčinou vytváření vůlí a nárůstu odchylek pohybu pracovního členu vzhledem k požadované zdvihové závislosti vačkového mechanismu tohoto typu. Tyto skutečnosti mají za následek vznik rázů a tím zvýšení hlučnosti celého stroje, jehož součástí je vačkový mechanismus, jehož zvedák se v rámci pracovního cyklu smýká po vačce. Z těchto důvodů jsou tyto vačkové mechanismy výhodné pouze u středo otáčkových strojních zařízení. Na základě uvedeného je nutné stykové plochy vačky a zvedáku patřičným způsobem technologicky zušlechtit v kombinaci s vhodnou volbou typu maziva, případně otěruvzdomého povlaku ke zlepšení výkonových parametrů strojů a zvýšení kvality jejich produkce se zmiňovaným typem vačkového mechanismu. Povlaky prodlužují životnost kluzných a valivých povrchů a pomáhají snižovat nutný příkon pň současném zvyšování výkonu. Tím dochází ke snižování použití maziv a umožnění použití nových materiálových kombinací při realizaci příslušného strojního zařízení.

Jsou známa zařízení pro testování odolnosti stykových ploch, např. podle CZ UV 33438, CZ UV 33049, CZ UV 33175 a dalších, u kterých je testovací vzorek, který má válcový tvar, uložen mezi trojicí zatěžovacích uzlů, každý s kontaktním tělesem tvořeným otočným kotoučem. Kotouče jsou přitom uspořádány v trojúhelníkovém rozestavení, přičemž dva kotouče jsou pouze otočné s neměnnou polohou své osy otáčení a třetí kotouč je přítlačný, tj. je otočně kolem své osy uložen na jednom rameni dvouramenné páky, která je výkyvné uložena v rámu zařízení, a jejíž druhé rameno je spřaženo se zdrojem přítlačné síly, kterým se nastavuje zatížení zkušebního vzorku působením přítlaku třetím kotoučem. Alespoň jeden z kotoučů je dále spřažen s pohonnou jednotkou jeho otáčení.

Nevýhodou takového uspořádání je pouze omezená možnost zkoušení odolnosti stykových ploch proti opotřebení třením, případně nastavení parametrů zkoušení odolnosti stykových ploch proti opotřebení třením.

- 1 CZ 34196 U1

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň zmírnit nevýhody dosavadního stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo zkušebním zařízením pro testy odolnosti stykových ploch, jehož podstata spočívá v tom, že kontaktní tělesa jsou opatřena stacionární stykovou plochou a zařízení je opatřeno pohonem otáčení zkoušeného vzorku.

Ve výhodném provedení je alespoň jedno kontaktní těleso uloženo v zatěžovacím uzlu přestavitelně v tangenciálním směru vůči prostoru pro zkoušený vzorek.

Ve výhodném provedení je kontaktní těleso uloženo v zatěžovacím uzlu uloženo na pohybovém šroubu spřaženém s pohonem svého otáčení.

Pro snadnou a rychlou změnu nastavení zařízení a podmínek zkoušení je výhodné, jestliže je alespoň jedno kontaktní těleso v zatěžovacím uzlu uloženo vyměnitelně.

Pro zlepšení podmínek zkoušení, zejména tangenciálního pohybu kontaktních těles a tuhosti sestavy je výhodné, jestliže je alespoň jedno kontaktní těleso v zatěžovacím uzlu uloženo ve vedení.

S ohledem na obvyklé provedení skutečných stykových ploch skutečných mechanismů je výhodné, jestliže je styková plocha kontaktního tělesa tvořena rovinnou plochou nebo kulovou plochou nebo hrotem.

Objasnění výkresů

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno uspořádání zařízení podle technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Zkušební zařízení pro testy odolnosti stykových ploch obsahuje rám 0, na kterém jsou pevně uloženy dva zatěžovací uzly 1, 3. Této dvojici pevně uložených zatěžovacích uzlů 1 a 3 je přiřazen třetí zatěžovací uzel 4, který je uložen na jednom rameni 51 dvouramenné páky 5. Všechny tři zatěžovací uzly 1, 3, 4 jsou vzájemně uspořádány v trojúhelníkovém uspořádání kolem prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60 válcového tvaru. Znázorněným uspořádáním zatěžovacích uzlů 1, 3, 4 do tvaru rovnoramenného trojúhelníku je vzorek 60 zatěžován stejnými silami periodického charakteru.

Každý ze zatěžovacích uzlů 1, 3, 4 je na straně přilehlé k prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60 opatřen kontaktním tělesem 2, které je stacionární, tj. neotočné, a které je opatřeno znázorněnou rovinnou stykovou plochou 20 (stykovou deskou) nebo neznázoměnou kulovou plochou (kulová hlava) nebo neznázoměným hrotem, takže i tyto stykové plochy 20 jsou oproti stavu techniky s otočnými kladkami stacionární, tj. neotáčejí se. Stacionární rovinné stykové plochy 20 nebo stacionární kulové stykové plochy nebo stacionární hrot tak během zkoušení simulují působení zvedáku s rovinnou stykovou plochou 20, kulovou hlavou nebo hrotem na povrch zkoušeného vzorku 60 v prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60, kde konkrétní tvar stykové plochy 20 je určen podle požadovaného způsobu testování povrchu vzorku 60.

-2CZ 34196 U1

Ve znázorněném příkladu provedení jsou všechna kontaktní tělesa 2 uložena přestavitelně v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60, tj. s možností přestavitelnosti tangenciálně vůči zkoušenému prvku 60. V ne znázorněném příkladu provedení je přestavitelně v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60 uloženo pouze jedno z kontaktních těles 2, přičemž v dalším neznázoměném příkladu provedení jsou přestavitelně v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60 uložena dvě kontaktní tělesa 2 z trojice kontaktních tělesa 2. V dalším neznázoměném příkladu provedení jsou kontaktní tělesa 2 uložena bez možnosti přestavení v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60.

Ve znázorněném příkladu provedení je přestavitelně uložení kontaktních těles 2 v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60 realizováno tak, že kontaktní tělesa 2 jsou v zatěžovacích uzlech 1, 3, 4 pevně nebo vyměnitelně uložena na matici lc, 3c, 4c pohybového šroubu lb. 3b, 4b který je otočně uložen v tělese příslušného zatěžovacího uzlu 1, 3, 4. Matice lc, 3c, 4c je tak na pohybovém šroubu lb. 3b, 4b posuvná v tangenciálním směru vůči prostoru 6 pro zkoušený vzorek 60, tedy i vůči zkoušenému válcovému vzorku 60.

Pohybové šrouby kb, 3b, 4b jsou pro změnu tangenciální polohy kontaktních těles 2 v zatěžovacích uzlech 1, 3, 4 spojeny s pohonem svého otáčení, např. přímým pohonem vhodným motorem nebo přes vhodné převody či rozvody nebo jsou pohybové šrouby lb, 3b, 4b jsou spojeny s manuálním pohonem svého otáčení pro mění změnu tangenciální polohy kontaktních těles 2 v zatěžovacích uzlech j_, 3, 4. Pro zlepšení pohybu matic lc, 3c, 4c v zatěžovacích segmentech 1, 3, 4 a pro zvýšení tuhosti sestavy během zkoušení je výhodné, jestliže jsou matice lc. 3c, 4c nebo kontaktní tělesa 2 uložena v zatěžovacích uzlech j_, 3, 4 ve vhodném vedení, např. rybinovém vedení, lineárním plochém vedení nebo vedení s T drážkou atd.

Výše uvedená dvouramenná páka 5 je výkyvné uložena na rámu 0 zařízení a je svým druhým ramenem 52 spřažena se zdrojem přítlačné síly F, kterým se nastavuje velikost zatížení stykové plochy vzorku 60 každým kontaktním tělesem 2.

Pro zajištění rotačního pohybu vzorku 60 v prostoru 6 mezi kontaktními tělesy 2, tj. zatěžovacími uzly 1, 3, 4. je zařízení opatřeno vhodným neznázoměným pohonem opatřeným prostředky, resp. uzpůsobeným pro připojení zkoušeného vzorku 60, takže povrch vzorku 60 je během otáčení vzorku 60 kolem jeho podélné osy cyklicky zatěžován stykovými plochami 20 kontaktních těles 2 zatěžovacích uzlů 1, 3, 4, tj. během jedné otáčky je povrch vzorku 60 zatěžován třemi zátěžovými cykly. Pokud se během zkoušení vzorku 60 přidá k otáčení vzorku 60 kolem jeho podélné osy ještě tangenciální pohyb stykové plochy 20 alespoň jednoho kontaktního tělesa 2 simuluje se tím současně i skluz stykové plochy.

V neznázoměném provedení je zařízení pro zkoušení podle tohoto technického řešení opatřeno řídicím a vyhodnocovacím systémem se snímači uzpůsobeným pro řízení chodu zařízení, velikosti a případně i časovém průběhu přítlačné síly F, pro záznam počtu zkušebních cyklů do porušení vzorku 60 a/nebo alespoň jednoho kontaktního tělesa 2 atd., např. i s ohledem na materiálové zpracování vzorku 60, použitém ochranném povlaku nebo mazání atd.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zkušební zařízení pro testy odolnosti stykových ploch, které obsahuje rám (0), na kterém jsou pevně uloženy dva zatěžovací uzly (1, 3), jimž je přiřazen třetí zatěžovací uzel (4), který je uložen na jednom rameni (51) dvouramenné páky (5) a mezi těmito třemi zatěžovacími uzly (1, 3, 4) je prostor (6) pro zkoušený vzorek (60), přičemž každý ze zatěžovacích uzlů (1, 3, 4) obsahuje kontaktní těleso (2) uzpůsobené pro styk s povrchem zkušebního vzorku (60) v prostoru (6) pro zkoušený vzorek (60) a dvouramenná páka (5) je výkyvné uložena na rámu (0) zařízení aje svým druhým ramenem (52) spřažena se zdrojem přítlačné síly, vyznačující se tím, že

   -3 CZ 34196 U1 kontaktní tělesa (2) jsou opatřena stacionární stykovou plochou (20) a zařízení je opatřeno pohonem otáčení zkoušeného vzorku (60).
2. 2. Zkušební zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedno kontaktní těleso (2) je v zatěžovacím uzlu (1, 3, 4) uloženo přestavitelně v tangenciálním směru vůči prostoru (6) pro zkoušený vzorek (60).
3. 3. Zkušební zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že alespoň jedno kontaktní těleso (2) je v zatěžovacím uzlu (1, 3, 4) uloženo na pohybovém šroubu (1b, 3b, 4b) spřaženém s pohonem svého otáčení.
4. 4. Zkušební zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že alespoň jedno kontaktní těleso (2) je v zatěžovacím uzlu (1, 3, 4) uloženo vyměnitelně.
5. 5. Zkušební zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že alespoň jedno kontaktní těleso (2) je v zatěžovacím uzlu (1, 3, 4) uloženo ve vedení.
6. 6. Zkušební zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že styková plocha (20) kontaktního tělesa (2) je tvořena rovinnou plochou nebo kulovou plochou nebo hrotem.