RU2797661C1 - Способ неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников с шейкой оси колесной пары и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников с шейкой оси колесной пары и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2797661C1
RU2797661C1 RU2022130420A RU2022130420A RU2797661C1 RU 2797661 C1 RU2797661 C1 RU 2797661C1 RU 2022130420 A RU2022130420 A RU 2022130420A RU 2022130420 A RU2022130420 A RU 2022130420A RU 2797661 C1 RU2797661 C1 RU 2797661C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strength
ring
bearing
rings
destructive testing
Prior art date
Application number
RU2022130420A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Алексеевич Бехер
Михаил Александрович Гуляев
Артём Антонович Попков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС)
Application granted granted Critical
Publication of RU2797661C1 publication Critical patent/RU2797661C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области неразрушающего контроля узлов, деталей и материалов и может быть использовано для проверки прочности неподвижных разъемных соединений с натягом внутренних колец буксовых подшипников на шейки осей колесных пар железнодорожных вагонов. При реализации способа на поверхности контактирующих тел размещают чувствительный элемент, воздействуют на указанную поверхность механической нагрузкой, которую создают с помощью винтовой передачи, подаваемой с торцов по наружным поверхностям контролируемых колец подшипников. При этом воздействуют на них монотонно возрастающей механической силой, не превышающей 5-10% прочности соединения, определяют с помощью чувствительного элемента логарифмический декремент уменьшения деформаций кольца в направлении действия силы и по значению логарифмического декремента определяют натяг кольца подшипника на ось, причем прочность кольца подшипника считают достаточной, если значение натяга составляет нормативное значение. Технический результат заключается в упрощении технологии контроля, реализации мобильного способа неразрушающего контроля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля узлов, деталей и материалов и может быть использовано для проверки прочности неподвижный разъемных соединений с натягом внутренних колец буксовых подшипников на шейки осей колесных пар железнодорожных вагонов и локомотивов, машин и механизмов при плановых видах ремонта, не требующих обязательного демонтажа колец подшипников.
Известен способ (см. авторское свидетельство №1632724, МПК В23Р 11/02) контроля прочности соединения с натягом, при котором соединение нагружают испытательной нагрузкой и о заданной прочности судят по неподвижности соединения, по время приложения испытательной нагрузки программируемо снижают прочность соединения путем уменьшения натяга в соединении, а испытательную нагрузку устанавливают из следующего соотношения: PQ=PC min-ΔPC, где PQ - испытательная нагрузка; PC min - минимально допустимая прочность соединения с натягом; ΔРC - программируемое снижение прочности соединения с натягом за счет программируемого уменьшения натяга.
Недостатком способа является использование дополнительной операции - программируемого уменьшение натяга в соединении, которое сложно в реализации и предполагает применение технологичного оборудования.
Известен способ и устройство неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, при котором на поверхности одного из контактирующих тел размещают чувствительный цилиндрический элемент, воздействуют на указанную поверхность механической нагрузкой со стороны другого тела, определяют механические напряжения и по уровню напряженно-деформированного состояния чувствительного элемента судят о прочности посадки, отличающийся тем, что при измерении напряженно-деформированного состояния цилиндрического чувствительного элемента осуществляют гидрораспор в зоне контакта посадочных поверхностей кольца подшипника и шейки оси для создания механической нагрузки на упомянутый элемент от гидростатического давления рабочей жидкости, подаваемой с торца каждого из двух сформированных соединений с натягом.
Известное устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, содержит элемент, обеспечивающий подвод рабочей жидкости под давлением в зону контакта поверхностей подшипников и шейки оси, и выполненные с возможностью коаксиальной установки и закрепления на кольцах контролируемых подшипников чувствительные измерительные элементы с установленными на них тензорезисторами, при этом полая толстостенная камера высокого давления, снабженная кольцевыми уплотнениями в виде конусных тонкостенных втулок с двух своих открытых торцов по наружным поверхностям контролируемых колец подшипников, закреплена неподвижно и герметично в средней части по длине двух рядом стоящих напрессованных на шейку оси колец подшипников, а с двух противоположных сторон к торцам упомянутой камеры примыкают чувствительные элементы, каждый из которых выполнен в виде клеммового соединения и фиксирует расположение средней части камеры высокого давления относительно плоскости контакта торцов напрессованных на шейку оси двух колец подшипников (см. патент РФ №2329478, МПК G01L 1/22, опубл. 20.07.2008, Бюл. №20).
Указанные способ и устройство контроля не позволяют осуществить в ремонтной практике оценку прочности напрессовки колец подшипников на шейках осей колесных пар грузовых и пассажирских вагонов. Это обусловливает возникновение в роликовых буксовых узлах колесных пар вагонов таких неисправностей, как проворот кольца подшипника на шейке оси при малой величине фактического натяга в соединении по сравнению с нормативным значением, трещинообразование и отколы частиц металла из-за больших напряжений во внутреннем кольце подшипника при завышенных натягах посадок, разрыв внутреннего кольца роликового подшипника при напряжениях в нем, превышающих предел прочности материала при больших значениях фактического натяга в сопряжении.
Известен способ контроля прочности на сдвиг колец подшипников на шейке оси, при котором одно из напрессованных на шейку оси колесной пары колец соединяют с тензометрическим чувствительным элементом, воздействуют на указанное кольцо внешней механической нагрузкой, передаваемой на упомянутый чувствительный элемент, и по замеряемому уровню напряженно-деформированного состояния последнего оценивают прочность посадки, причем при измерении напряженного состояния используемого чувствительного цилиндрического элемента с тензорезисторами, наклеенными на его наружной поверхности, последний размещают соосно между напрессованным контролируемым кольцом подшипника и корпусом рабочего гидроцилиндра концентрично относительно последнего, при этом указанный гидроцилиндр неподвижно скрепляют соосно с шейкой оси и соединяют с контролируемым кольцом продольными жесткими связями для осуществления сжатия чувствительного элемента между последним и корпусом рабочего гидроцилиндра от продольного сдвигающего усилия, создаваемого в этом гидроцилиндре давлением нагнетаемого в него масла.
Устройство для контроля прочности на сдвиг подшипников на шейке оси, содержит чувствительный тензометрический элемент для определения величины аксиального сдвигающего усилия, воздействующего на проверяемое соединение с гарантированным натягом колесной пары, и элементы для механического нагружения напрессованного контролируемого кольца, при этом чувствительный элемент выполнен в виде месдозы и вмонтирован в стаканообразный ступенчатый корпус рабочего гидроцилиндра и размещен во внутренней полости меньшей его ступени, а внутри полости большей ступени размещены два свободно устанавливающихся расходящихся поршня,, при этом поршень, расположенный со стороны открытого торца корпуса гидроцилиндра, выполнен с внутренней резьбовой частью для соосного закрепления последнего на торце шейки оси колесной пары, а второй внутренний поршень передает аксиальное усилие, создаваемое давлением нагнетаемого в гидроцилиндр масла во внутреннюю его полость между упомянутыми расходящимися поршнями, на торец месдозы через центрирующую шариковую опору, при этом второй торец месдозы упирается в донную часть меньшей ступени стаканообразного корпуса рабочего гидроцилиндра, который при осуществлении контроля жесткости скрепляют с кольцом наружного или внутреннего буксовых подшипников при помощи продольных тяг и зажимных элементов (см. патент РФ №2476839, МПК G01L 1/22, опубл. 27.02.2013, Бюл. №6).
Недостатком способа, принятого за прототип, является возможность его применения только в стационарных установках, оснащенных гидроцилиндрами, обеспечивающими нагрузку на кольцо подшипника больше минимального сдвигающего усилия.
Основной задачей изобретения является реализация мобильного способа неразрушающего контроля прессовых соединений колец подшипников за счет исключения технологических операций, требующих сложного стационарного оборудования.
Технический результат решения поставленной задачи достигается за счет того, что в способе неразрушающего контроля прочности прессового соединения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары, при котором на поверхности контактирующих тел размещают чувствительный элемент, воздействуют механической нагрузкой и по уровню напряженно-деформированного состояния чувствительного элемента судят о прочности посадки, определяют максимальную прочность прессового соединения, механическую нагрузку прикладывают к торцам контролируемых колец подшипников, воздействуют на них монотонно возрастающей механической силой, не превышающей 5-10% прочности соединения, измеряют напряженно-деформированное состояние чувствительного элемента, определяют логарифмический декремент уменьшения деформаций кольца
Figure 00000001
, м-1 в направлении действия силы по формуле:
Figure 00000002
; где U1 - деформация тензорезистора ближайшего к точке действия силы, отн. ед., U2 - деформация тензорезистора дальнего от точки действия силы, отн. ед.,
Figure 00000003
- база чувствительного элемента (расстояние между центрами тензорезисторов), м, затем рассчитывают натяги передних и задних колец подшипников по формуле:
Figure 00000004
; где
Figure 00000005
- коэффициент пропорциональности;
Figure 00000006
- значение логарифмического декремента уменьшения деформаций, м-1, полученного в ходе предварительных испытаний на образцах с известным натягом, при этом прочность прессового соединения считают достаточной, если значение натяга составляет нормативное значение.
Устройство для неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников на шейку оси колесной пары, содержащее закрепленные на кольцах контролируемого подшипника чувствительные элементы для определения упругих деформаций, воздействующих на проверяемое соединение с гарантированным натягом и приспособление для нагружения напрессованного контролируемого кольца, каждый чувствительный элемент представляют собой основание с наклеенными на него двумя тензорезисторами, подключенными к тензометрической системе, а приспособление для механического нагружения выполнено в виде микрометрической винтовой передачи с ручным приводом, снабженное скобой, взаимодействующей с кольцами подшипника, при этом один конец скобы воздействует на свободный торец заднего кольца, а другой - закреплен на подвижной опоре ходового винта, взаимодействующей с торцом переднего кольца для передачи нагрузки от заднего кольца к переднему, причем винтовую передачу закрепляют соосно оси подшипника.
На фиг. 1 приведена общая схема способа, на фиг. 2 - схема контроля прочности прессовых соединений колец подшипников с шейками осей колесных пар, на фиг. 3 - схема чувствительного элемента для измерения градиента деформаций кольца подшипника.
Устройство для реализации способа содержит чувствительные тензометрические элементы для определения упругих деформаций 1, 2, воздействующих на проверяемое соединение с гарантированным натягом колесной пары, и измерения градиента деформаций в точках 3 на базе
Figure 00000007
, и приспособление для механического нагружения 4, напрессованных контролируемых переднего 5 и заднего 6 колец подшипника, каждый чувствительный элемент представляют собой основание 7, с наклеенными на него двумя тензорезисторами 8, 9, подключенными к тензометрической системе 10 через соединительные провода 11, 12, а приспособление для механического нагружения 4 выполнено съемным и представляет собой винтовую передачу 13 с подвижной опорой 14, смонтированную соосно с шейкой оси 15, посредством скобы 16, один конец которой упирается в торец заднего кольца подшипника 6, а другой через подвижную опору 14 - в передний торец переднего кольца 5, обеспечивающей передачу нагрузки от заднего кольца к переднему.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Первоначально на поверхности колец 6 и 5 подшипника размещают чувствительные элементы 1 и 2, на каждом из которых установлены тензорезисторы 8 и 9, которые через соединительные провода подключают к тензометрической системе 10. Соосно с шейкой оси устанавливают нагружающее устройство 4, посредством скобы 13, один конец которой упирается в торец заднего кольца подшипника 6, а другой через подвижную опору 14 - в торец переднего кольца 5. Затем определяют максимальную прочность прессового соединения при испытаниях на сдвиг для каждого кольца по допускаемому в нормативной документации натягу Δ:
Figure 00000008
где μ=0,09 - коэффициент трения, определенный при испытаниях, отн. ед.; Е - модуль упругости стали, 2,1⋅1011 Па, R1 и R2 - внутренний и наружный радиусы кольца, м; L - длина кольца, м; Δ - натяг, м, π - математическая константа, 3,1415. После этого на торцы переднего 5 и заднего 6 кольца подшипника одновременно с помощью микрометрической винтовой передачи 13 локально воздействуют монотонно возрастающей механической силой, не превышающей 5 - 10% максимальной прочности соединения F. Тензометрической системой 10 в процессе нагружения измеряют деформации U1 и U2 тензорезисторов 8, 9 и определяют логарифмический декремент уменьшения деформаций
Figure 00000009
, м-1 в направлении действия силы в точках 3 на базе
Figure 00000010
по формуле:
Figure 00000011
где U1 - деформация тензорезистора ближайшего к точке действия силы, отн.ед., U2 - деформация тензорезистора дальнего от точки действия силы, отн.ед.,
Figure 00000012
- база чувствительного элемента (расстояние между центрами тензорезисторов), м.
Затем с использованием значения логарифмического декремента уменьшения деформаций
Figure 00000013
, полученного в ходе предварительных испытаний на образцах с известным натягом, рассчитывают натяги передних и задних колец подшипников по формуле:
Figure 00000014
где
Figure 00000015
- коэффициент пропорциональности;
Figure 00000016
, м-1 - значение логарифмического декремента уменьшения деформаций для кольца с известным натягом 50 мкм.
Прочность кольца подшипника считают достаточной, если полученное значение натяга Δ попадает в интервал, установленный в нормативной документации, в противном случае - прессовое соединение бракуется.
Пример реализации.
Выполнялся неразрушающий контроль шести колесных пар с напрессованными внутренними кольцами буксовых подшипников на шейках осей, колесных пар типа РУ1-Ш-950 с демонтированными буксовыми узлами и напрессованными на шейку оси лабиринтными кольцами, внутренними кольцами подшипников: передним типа 36-232726Е2М и задним типа 36-42726Е2М.
Нормативные допускаемые значения натяга (разность диаметра шейки оси и внутреннего диаметра кольца в свободном состоянии) составляют от 45 до 110 мкм (см. Руководящий документ по ремонту и техническому обслуживанию колесных пар с буксовыми узлами грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524) мм, РД ВНИИЖТ 27.05.01-2017, утв. Советом по железнодорожному транспорту государств - Участников Содружества, протокол от 19-20 октября 2017 г. №67).
Первоначально на переднее и заднее кольцо подшипника устанавливали чувствительные элементы с базой
Figure 00000017
=0,04 м основания, с наклеенными на него двумя тензорезисторами типа ФКП-5-200 с длиной решетки 5 мм и номинальным сопротивление 200 Ом. Тензорезисторы через соединительные провода подключали к тензометрической системе, в качестве которой использовалась быстродействующая тензометрическая система «Динамика-3», зарегистрированная в Государственном реестре средств измерений 08.05.2018 под №66938-17.
Перед нагружением выполняли балансировку мостовой схемы с помощью встроенной функции быстродействующей тензометрической системы «Динамика-3». При таком способе измерения сигнал тензосистемы равен относительным деформациям тензорезисторов.
Нагружающее устройство устанавливали вдоль продольной оси подшипника так, чтобы одновременно воздействовать механической силой на передний торец переднего кольца и задний торец заднего кольца.
Рассчитанные по формуле 1 значения максимальной прочности прессового соединения внутреннего кольца подшипника типа 36-232726Е2М с шейкой оси для натягов в диапазоне от 45 до 110 мкм составляли от 44 и 109 кН.
В процессе воздействия механической силой по показаниям тензосистемы определяли логарифмический декремент уменьшения деформаций по формуле 2. Значение логарифмического декремента уменьшения деформаций, полученного в ходе предварительных испытаний на образцах с известным натягом 50 мкм, составило
Figure 00000018
. По значениям логарифмического декремента по формуле 3 рассчитывали значение натяга. Данные проведенного контроля шести колесных пар для левой и правой сторон колесной пары приведены в табл. 1
Figure 00000019
Как видно из таблицы, всего было обнаружено два кольца с натягом менее 45 мкм:
- заднее кольцо с левой стороны колесной пары №566356;
- переднее кольцо с левой стороны колесной пары №21496335.
Следовательно, прочность выявленных прессовых соединений является недостаточной, прессовое соединение было забраковано.
По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение за счет локальности воздействия не требует создания значительных внешних нагрузок, превышающих минимальное допускаемое усилие сдвига кольца, и дополнительных операций таких, как гидравлический распор кольца подшипника. Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в том, что в процессе контроля необходимы механические нагрузки существенно меньшие, прочностных характеристик соединения кольца с осью. В примере реализации механическая нагрузка не превышает 4% прочности соединения. Следствием этого преимущества является возможность реализации предлагаемого способа с помощью переносного устройства с малыми массой и габаритными размерами. Предлагаемый способ не требует дополнительных операций, например, нагрева или охлаждения объекта контроля.

Claims (12)

1. Способ неразрушающего контроля прочности прессового соединения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары, при котором на поверхности контактирующих тел размещают чувствительный элемент, воздействуют механической нагрузкой и по уровню напряженно-деформированного состояния чувствительного элемента судят о прочности посадки, отличающийся тем, что определяют максимальную прочность прессового соединения, механическую нагрузку прикладывают к торцам контролируемых колец подшипников, воздействуют на них монотонно возрастающей механической силой, не превышающей 5-10% прочности соединения, измеряют напряженно-деформированное состояние чувствительного элемента, определяют логарифмический декремент уменьшения деформаций кольца
Figure 00000020
, м-1 в направлении действия силы по формуле:
Figure 00000021
; где
U1 - деформация тензорезистора ближайшего к точке действия силы, отн.ед.;
U2 - деформация тензорезистора дальнего от точки действия силы, отн.ед.;
Figure 00000022
- база чувствительного элемента (расстояние между центрами тензорезисторов), м,
затем рассчитывают натяги передних и задних колец подшипников по формуле:
Figure 00000023
, где
Figure 00000024
- коэффициент пропорциональности;
Figure 00000025
- значение логарифмического декремента уменьшения деформаций, м-1, полученного в ходе предварительных испытаний на образцах с известным натягом,
причем прочность прессового соединения считают достаточной, если значение натяга составляет нормативное значение.
2. Устройство для неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников на шейку оси колесной пары, содержащее закрепленные на кольцах контролируемого подшипника чувствительные элементы для определения упругих деформаций, воздействующих на проверяемое соединение с гарантированным натягом и приспособление для нагружения напрессованного контролируемого кольца, отличающееся тем, что каждый чувствительный элемент представляют собой основание с наклеенными на него двумя тензорезисторами, подключенными к тензометрической системе, а приспособление для механического нагружения выполнено в виде микрометрической винтовой передачи с ручным приводом, снабженное скобой, взаимодействующей с кольцами подшипника, при этом один конец скобы воздействует на свободный торец заднего кольца, а другой - закреплен на подвижной опоре ходового винта, взаимодействующей с торцом переднего кольца для передачи нагрузки от заднего кольца к переднему.
3. Устройство неразрушающего контроля прочности прессового соединения по п. 2, отличающееся тем, что винтовую передачу закрепляют соосно оси подшипника.
RU2022130420A 2022-11-23 Способ неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников с шейкой оси колесной пары и устройство для его осуществления RU2797661C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797661C1 true RU2797661C1 (ru) 2023-06-07

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2329478C1 (ru) * 2006-10-02 2008-07-20 Учреждение образования "Белорусский государственный университет транспорта" Способ неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления
RU2476839C1 (ru) * 2011-07-25 2013-02-27 Учреждение образования "Белорусский государственный университет транспорта" Способ контроля прочности на сдвиг колец подшипников на шейке оси и устройство для его осуществления

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2329478C1 (ru) * 2006-10-02 2008-07-20 Учреждение образования "Белорусский государственный университет транспорта" Способ неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления
RU2476839C1 (ru) * 2011-07-25 2013-02-27 Учреждение образования "Белорусский государственный университет транспорта" Способ контроля прочности на сдвиг колец подшипников на шейке оси и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9304057B2 (en) Device and method for testing rigidity and non-linear relationship of coupling interface for cylindrical fitting
Kapoor et al. Surface roughness and plastic flow in rail wheel contact
Esslinger et al. The railway accident of Eschede–technical background
CN104912873A (zh) 一种模拟工况的液压缸侧向力加载装置
Traupe et al. Experimental validation of inspection intervals for railway axles accompanying the engineering process
Kurčík et al. Innovative solution for test equipment for the experimental investigation of friction properties of brake components of brake systems
RU2797661C1 (ru) Способ неразрушающего контроля прочности прессового соединения колец подшипников с шейкой оси колесной пары и устройство для его осуществления
CN107179060A (zh) 一种螺栓结合面真实接触面积测量装置及方法
Kopfer et al. Friction characteristics in light weight design focusing bolted joints
CN105806617A (zh) 高速动车组轮轴疲劳试验台
Sawa et al. The contact stress in a bolted joint with a threaded bolt
RU2329478C1 (ru) Способ неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления
RU2476839C1 (ru) Способ контроля прочности на сдвиг колец подшипников на шейке оси и устройство для его осуществления
CN113188415B (zh) 一种直升机用自润滑关节轴承间隙试验装置及方法
Choi et al. Fretting fatigue behavior in railway axle materials
Mosley The stressing for test purposes of materials in tubular form using elastomeric inserts—experimental and theoretical development
Alam et al. Fatigue failure analysis of diesel engine connecting rod
US20210156729A1 (en) Onboard load sensor for use in freight railcar applications
RU2279647C2 (ru) Устройство для измерения прочности сопряжения кольца подшипника с шейкой оси колесной пары
CN104467305A (zh) 1000mw发电机定子运输接口部件装配方法
Pams et al. Optimized Vibration-Based Health Metrics for Freight Rail Bearings
Bracciali et al. Design of an innovative test bench to calibrate instrumented wheelsets
Findley et al. Fatigue of Autofrettaged Thick Tubes: Closed and Open Ended; As-Received and Honed
RU2371673C1 (ru) Способ автоматического контроля технологических остаточных напряжений при поверхностном пластическом деформировании
RU217230U1 (ru) Приспособление для контроля соосности и радиального биения вкладышей моторно-осевых подшипников тяговых электродвигателей