Устройство для испытания материалов на контактную выносливость

Полезная модель относится к устройствам для испытаний материалов на прочность, в частности на контактную выносливость для получения контактно-усталостных характеристик материалов и может быть использовано в испытательной технике в авиационной промышленности, машиностроении, судостроении и других областях. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, обеспечение равномерной передачи нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта, сокращение элементов принудительного вращения образца. Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания материалов на контактную выносливость включающем опору с установленным на ней держателем образца, держатель контробразцов с приводом вращения, узел статического нагружения пары качения образец-контробразец и контрольно-измерительное устройство, держатель контробразцов имеет, по меньшей мере, три радиальных вала, направленных под равными углами к общему центру на оси вращения держателя, на каждом из которых установлен с возможностью вращения контробразец, а держатель образца выполнен в виде обоймы, находящейся в кардановом подвесе, передающей момент сопротивления вращению через упорный подшипник на контрольно-измерительное устройство, причем контробразец является телом качения и выполнен в виде роликовой детали. Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональных возможности устройства, обеспечить равномерную передачу нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта и сократить количество элементов принудительного вращения образца.

Полезная модель относится к устройствам для испытаний материалов на прочность, в частности на контактную выносливость для получения контактно- усталостных характеристик материалов и может быть использовано в испытательной технике в авиационной промышленности, машиностроении, судостроении и других областях.

Конструкция установок для испытаний материалов на контактную выносливость ориентирована на длительное использование в условиях повышенных нагрузок и скорости вращения и состоит из нескольких узлов:

- узел привода вращения;

- узел нагружения, обеспечивающий требуемую нагрузку в зоне качения;

- узел смазывания, обеспечивающий подачу смазывающего материала непосредственно в зону контакта испытываемого образца и контробразца;

- узел контроля контактно-усталостных характеристик.

Известна роликовая машина для испытания материалов на контактную усталость для зубчатых колес (Г.К.Трубин «Контактная усталость материалов для зубчатых колес», Москва, Машиностроение, 1962 г., стр.331), где один из роликов связан с приводом вращения, а другой (нажимной) - с системой нагружения и вращается силами трения в контакте (фрикционное качение), причем ролики могут быть выполнены с различными диаметрами. Для имитирования работы соответственно прямозубых и косозубых зацеплений, рабочая поверхность роликов выполнена цилиндрической или конической. Конструктивно предусмотрено, что количество нажимных роликов в зоне качения может быть больше одного.

Недостатком этого устройства является отсутствие элементов самоустановки, обеспечивающих равномерность передачи нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта.

Также известно устройство для испытаний материалов на контактную выносливость, описанное в Ав.св-ве 1733967, G01N 3\56, опубл. 15.05.1992 г., где устройство представляет собой трехконтактный стенд, содержащий узел привода вращения, где вращение от приводного ролика через образец передается на остальные ролики, а требуемая рабочая нагрузка осуществляется посредством рычага, нагруженного пружиной с демпфером. На рычаге расположены датчики усилия статического нагружения.

Недостатком этого устройства является также отсутствие элементов самоустановки в зоне контактирования цилиндрических поверхностей испытываемого образца и нажимных роликов, а, следовательно, передача нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта неравномерна.

Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является испытательная установка (Ю.С.Елисеев, В.В.Крымов, И.П.Нежурин, B.C.Новиков, Н.М.Рыжов, «Производство зубчатых колес газотурбинных двигателей», Москва, Высшая школа, 2001 г., стр.461-465), включающая узел привода вращения испытываемых образцов, с которыми по образующей контактируют нажимные ролики; требуемая рабочая нагрузка в узле нагружения передается на ролики через корпусные детали подшипниковых узлов с использованием рычажного нагружающего механизма; узел циркуляционного смазывания состоит из картера для сбора смазочного масла и закрыт кожухом, а в узле контроля контактно-усталостных характеристик при испытаниях производится контроль частоты вращения и числа циклов контактного взаимодействия до разрушения образцов с использованием счетчика импульсов.

Все узлы монтируются на массивной раме, а установка помещена в испытательном боксе с выводом органов управления и контроля параметров на пульт.

Недостатком данного устройства является отсутствие элементов самоустановки, обеспечивающих равномерность передачи нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта. Необходимость циркуляционного смазывания образцов, и как следствие, смазочного насоса и системы подачи масла.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, обеспечение равномерной передачи нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта, сокращение элементов принудительного вращения образца.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания материалов на контактную выносливость включающем опору с установленным на ней держателем образца, держатель контробразцов с приводом вращения, узел статического нагружения пары качения образец-контробразец и контрольно-измерительное устройство, держатель контробразцов имеет, по меньшей мере, три радиальных вала, направленных под равными углами к общему центру на оси вращения держателя, на каждом из которых установлен с возможностью вращения контробразец, а держатель образца выполнен в виде обоймы, находящейся в кардановом подвесе, передающей момент сопротивления вращению через упорный подшипник на контрольно-измерительное устройство, причем контробразец является телом качения и выполнен в виде роликовой детали.

Держатель контробразцов выполнен в виде, по меньшей мере, трех радиальных валов, направленных под равными углами к общему центру на оси вращения держателя. На каждом из валов установлен с возможностью вращения контробразец, который может быть выполнен в виде роликовой детали. Данная конструкция позволяет обеспечить равномерность передачи нагрузки на тела качения в зоне контакта, создаваемой нагружающим узлом.

Держатель образца выполнен в виде обоймы, находящейся в кардановом подвесе, передающем момент вращения через упорный подшипник на контрольно-измерительное устройство, что обеспечивает

равномерность передачи нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта и является элементом самоустановки, позволяя сократить количество элементов принудительного вращения образца.

Техническое решение поясняется следующими фигурами:

Фиг.1 - изображено устройство для испытаний материалов на контактную выносливость, общий вид;

Фиг.2 - изображен разрез А-А на фиг.1;

Фиг.3 - изображен узел контроля контактно-усталостных характеристик, вид по стрелке Б на фиг.1.

Устройство (фиг.1) содержит держатель 1 роликовых деталей 2, установленных с возможностью вращения на радиальных валах 3, расположенных друг относительно друга под углом в 120° и направленных к общему центру на оси вращения держателя 1. Каждый радиальный вал 3 закреплен в держателе 1 с помощью резьбового соединения. Роликовые детали 2 контактируют с плоской поверхностью образца 4, который с помощью шпонки 5 базируется в смазочной чашке 6. Чашка 6 закрыта крышкой 7, которая крепится к ней с помощью винтов 8. Чашка 6 с помощью оси 9, установленной в отверстии кольца 10 и в отверстии основания чашки 6, связана кинематически с промежуточным кольцом 11, которое посредством полуосей 12, установленных в подшипниковых узлах 13, связана со стаканом 14, базирующемся на подшипнике 15, установленном в кольцевой проточке фланца 16. Полуоси 12 ввинчены в кольцо 11 соосно и базируются перпендикулярно оси 9. Выступающие края полуосей 12 установлены во внутреннем кольце шарикоподшипников 13, установленных в гнездах стакана 14. Ось 9, полуось 12, кольцо 10 и промежуточное кольцо 11 представляют собой карданов подвес, передающий момент сопротивления вращению через упорный подшипник 15 на узел контроля контактно-усталостных характеристик. Фланец 16 крепится к плите 17 посредством болтов 18. На стакане 14 с помощью гайки 19 зафиксирован поводок 20, контактирующий наконечником с измерительной тензобалкой 21 с наклеенными тензодатчиками 22. Ролики 23, установленные между стаканом и фланцем, обеспечивают центрирование стакана по оси вращения держателя. Центрирование обеспечивается при сборке.

Устройство работает следующим образом:

В смазочную чашку 5 заливается доза смазочного масла. Наличие в устройстве смазочной чаши 6 позволяет моделировать работу материалов в условиях влияния смазочной среды на контактную выносливость. Держатель 1 роликовых деталей 2 приводится во вращение электрическим или иным приводом со статическим нагружением. Нагрузка выбирается с учетом физико-механических свойств материала испытуемого образца 4. Роликовые детали 2 расположенные на трех радиальных валах 3, направленных под углами в 120° к общему центру на оси вращения держателя 1 начинают обкатывать торцевую поверхность образца 4 по общей кольцевой дорожке, обеспечивая циклическое контактное нагружение поверхностных слоев материала образца 4. Нормальная нагрузка распределяется по 1\3 N на каждую роликовую деталь 2. При этом за один поворот держателя 1 происходит три контактных нагружения под

нагрузкой 1\3 N. При вращении роликовых деталей 2 по торцевой поверхности образца 4 происходит принудительный поворот стакана 14 расположенного на подшипниковой опоре 15 посредством карданового подвеса. При этом поводок 20 удерживаемый гайкой 19 нагружает тензобалку 21 и по показаниям датчиков 22 судит о величине момента сопротивления вращению. При наступлении контактного разрушения поверхности образца 4 за счет увеличения момента сопротивления вращению увеличивается угол поворота стакана 14, что свидетельствует об окончании испытаний. Контрольно-измерительное устройство может быть выполнено любым подобным образом. Число циклов контактного взаимодействия до разрушения рассчитывается за измеренный промежуток времени от пуска двигателя до его остановки, с учетом частоты вращения и количества роликовых деталей.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональных возможности устройства, обеспечить равномерную передачу нормальной нагрузки на тела качения в зоне контакта, сократить элементы принудительного вращения образца.

1. Устройство для испытания материалов на контактную выносливость, включающее опору с установленным на ней держателем образца, держатель контробразцов с приводом вращения, узел статического нагружения пары качения образец - контробразец и контрольно-измерительное устройство, отличающееся тем, что держатель контробразцов имеет, по меньшей мере, три радиальных вала, направленных под равными углами к общему центру на оси вращения держателя, на каждом из которых установлен с возможностью вращения контробразец, а держатель образца выполнен в виде обоймы, находящейся в кардановом подвесе, передающей момент сопротивления вращению через упорный подшипник на контрольно-измерительное устройство.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контробразец является телом качения и выполнен в виде роликовой детали.