RU1797008C - Способ износоусталостных испытаний материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области износоусталостных испытаний материалов в машиностроении и может быть использовано дл  оценки работоспособности элементов узла трени  типа шток-подшипник скольжени  поршневых машин. Этот способ позвол ет приблизить услови  испытани  к эксплуатационным ввиду реализации трени  скольжени  при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагружением образца циклической силой. Способ реализуют следующим образом. Образец например цилиндрический или призматический , нагружают осевой циклической силой Р заданной величины с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша силами Q, равными по величине и противоположными по направлению , Вкладыши монтируют в корпусе подшипника таким образом, что создаетс  разъемный подшипник скольх ени . Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают возвратно-поступательное движение со скоростью V относительно срединной точки, расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом , при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетвор ть условию недопущени  потери устойчивости при испытани х. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к области изно- соусталостных испытаний материалов и может быть использовано дл  оценки работоспособности элементов узла трени  типа шток-подшипник скольжени  поршневых машин.

Известен способ износоусталостных ис- пытаний материалов, заключающийс  в том, что цилиндрический образец привод т во вращение, нагружают изгибающей силой , а к рабочей его зоне с противополож ных сторон прижимают два вкладыша, при этом нагрузку на вкладыши.создают с помощью присоединенных к ним инерцион- .ных масс, которым сообщают

дополнительное вращение относительно оси образца. ,

Недостаток этого способа состоит в том, что реализуетс  трение скольжени  при вращательном движении элементов узла трени , что не позвол ет имитировать процессы трени  скольжени  при возвратно-поступательном движении, т.е. применительно к таким издели м, как шток-сальник поршневых машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ износоусталостных испытаний материалов (испытани  на фреттинг-усталость), заключающийс  в том, что цилиндрический

V О х| О О 00

образец, на котором с двух противоположных сторон выполнены плоские лыски, нагружают осевой циклической силой, а к его лыскам прижимают мостики фреттинга.

Недостаток этого способа состоит в том, что мостики фреттинга/испытывают лишь микроперемещени  относительно продольной оси образца, обусловленные величиной его осевой деформации, т.е. процесс трени  скольжени  при достаточно большой длине хода не реализуетс .

Кроме того, мостики фреттинга контактируют по полоске малой прот женности, а поэтому не имитируют конструктивных особенностей подшипникового узла.

Целью изобретени   вл етс  приближение условий испытани  к эксплуатационным при работе узлов шток-сальник (шток-подшипник скольжени ).

Поставленна  цель достигаетс  тем, что длинномерный образец материала нагружают осевой циклической силой Г, к его рабочей поверхности с противоположных сторон прижимают два. вкладыша и создают на них нормальные нагрузки Q, равные по. величине и противоположные по .направлению, при этом определ ют коэффициент трени  f пары образец-вкладыш, рассто ние Х0 точки первоначального контакта вкладышей с образцом от одного из концов образца, и сообщают вкладышам возвратно-поступательное движение относительно точки пер- воначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещени  вкладышей должна удовлетвор ть условию

Способ реализуют следующим образом. Образец 1, например, цилиндрический (фиг.2) или призматический (фиг.З), нагружают осевой циклической силой Р заданной

величины (фиг.1) с требуемым коэффициентом асимметрии цикла. С противоположных сторон к образцу прижимают два вкладыша 2 силами Q, равными по величине и проти- воположными по направлению. Вкладыши

Монтируют в корпусе подшипника (на фиг. не показан) таким образом, что создаетс  разъемный подшипник скольжени . Этому подшипнику, содержащему вкладыши, сообщают Ёозвратно-поступательное движениё со скоростью V (см, фиг. 1) относительно срединной точки с координатой Х0. расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, при этом амплитуда А перемещений вкладыша должна удовлетвор ть условию (1).

Пример. Способ реализуют при испытании циклических образцов диаметром d 10 мм 0,01 м, изготовленных из стали, дл  которой Е 2 10 Н/м . Вкладыши - чурун , при этом среднее контактное давление q 100 105 Н/м2 и f 0,1. Наибольша 

гж

сжимающа  сила при испытани х Рмакс 20 кН. Образец в испытательной машине имеет один защемленный конец, а другой - шарнирно опертый. Тогда, согласно формуле (1), имеем

35

Е

х0+А

Pmakc

-t-qf , 3,14 0.0025

п

риж I make

+ qf

(1)

еж

.где Рмакс1 - максимальное значение сжимающей силы;

Е - модуль нормальной упругости материала образца;

F и i-площадь его поперечного сечени  и радиуса инерции;

q - среднее давление вкладыша на по- верхность образца;

qf-удельна  сила трени .

Указанное условие  вл етс  необходимыми достаточным дл  того, чтобы испытуемый образец не потер л устойчивости при действии Рмакссж и qf.

На фиг.1 представлена схема испытани ; на фиг.2 и 3 - разрез А-А на фиг.1. На фиг. 1-3 обозначено: 1 - образец, 2 - вкла- дйшй пбдшйпника скольжени .

0,179м

П(Г ,пй

32 4

d/4 0,01/4

l ( л d ) /32 - радиус инерции;

10 4м -площадь

Fo { n d2)/4 OJ8 поперечного сечени  образца.

Это означает, что приведенна  длина образца должна быть (при указанном выше закреплений концов). .

1 - 0,088 м

Если прин ть Х0 I/2 0,044 м, то А 0,044 м, Таким образом, потер  устойчивости образца не наступит, если при координате XQ 0,044 м амплитуда перемещений вкладышей не превысит 0,044 м, обща  рабоча  длина образца должна быть при этом 1 0,088 м.

В результате испытаний изучают вли ние величины нормальных напр жений от циклической осевой силы Р и контактных напр жений от контактной нагрузки Q при заданной скорости V скольжени  на надежность элементов узла трени  по критери м сопротивлени  усталости и износостойкоФормула изобретени  Способ износоусталостных испытаний материалов, заключающийс  в том, что испытывают на усталость длинномерный образец путем нагружени  его осевой циклической силой, одновременно прижимают к его рабочей поверхности с противоположных сторон два вкладыша и прикладывают к вкладышам нормальные нагрузки, равные по величине и противоположные по направлению, отличающий- с   тем, что, с целью приближени  условий испытаний к реальным услови м эксплуатации пары шток-сальник, сообщают вкладышамвозвратно-поступательное перемещение относительно срединной точки , расположенной на линии первоначального контакта вкладыша с образцом, а амплитуду А этого перемещени , выбирают из услови :

0

5

сти. Процесс трени  может быть реализован как со смазочным материалом, так и без него. Информативность испытаний расшир етс , если варьировать и скорость скольжени , измен ть материал вкладыша и образца.

Таким образом, предложенный способ позвол ет приблизить услови  испытани  к эксплуатационным дл  р да изделий, например , узлов шток-подшипник скольжени  (шток-сальник), ввиду реализации трени  скольжени  при возвратно-поступательном движении в сочетании с осевым нагруж ением образца циклической силой.

Х0+А

щ

Pmakc

+ qf

где Х0 - рассто ние от срединной точки до одного из концов образца;

F - площадь поперечного сечени  образца;

I - радиус инерции образца;

Е - модуль нормальной упругости материала образца;

Рмакссж - максимальное значение сжимающей осевой силы;

q - среднее давление вкладыша на поверхности образца;

f - коэффициент трени  пары образец- вкладыш.

А-А

ы

Фиг2

Фиг.З