Устройство для испытания на трение и изнашивание сопряжений типа вал - втулка

 

Изобретение относится к области испытания цилиндрических образцов из конструкционных материалов сопряжения типа вал - втулка на трение и изнашивание при фреттинг-коррозии в процессе возвратно-вращательного движения. Предложенное устройство для испытания на трение и изнашивание сопряжений типа вал - втулка содержит основание, боковину, горизонтальную плиту, фиксирующее устройство, устройство нагружения, три вилки, трубчатую тягу, систему компенсаторов, включающую в себя кронштейн с цанговым зажимом для фиксации контробразца - втулки, тросовую растяжку и сферический подпятник, внутри контробразца - втулки установлен подвижный образец - палец, закрепленный в первой вилке с помощью фиксирующего устройства. Первая и вторая вилки ввернуты в трубчатую тягу, на которой установлены четыре силоизмерительных элемента, во второй и третьей вилках на пальцах установлены соответственно первый и второй несущие барабаны, в пазы которых уложена тросовая растяжка, третья вилка расположена в боковине в правой части основания и прикреплена к сферическому подпятнику. Данное изобретение позволяет повысить достоверность результатов испытаний за счет конструктивного устранения перекосов элементов испытуемого узла. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний цилиндрических образцов из конструкционных материалов сопряжения типа вал - втулка на трение и изнашивание при фреттинг-коррозии при возвратно-вращательном движении и установления влияния фреттинг-коррозии на сопротивляемость деталей к усталостному разрушению.

Известно устройство для испытания на трение и изнашивание сопряжений типа вал-втулка [а. с. СССР N 1698698, МПК⁴ G 01 N 3/56, 1991], содержащее станину, предназначенную для установки на ней с помощью двух опор испытуемого сопряжения вал-втулка, обойму, предназначенную для размещения в ней втулки испытуемого сопряжения, узел нагружения сопряжения, выполненный в виде силового механизма и промежуточного элемента, привод возвратно- вращательного перемещения вала, узел измерения момента трения, выполненный в виде консольно закрепленной на станине тензобалки и закрепленного на обойме упора, и узел измерения износа, при этом оно снабжено вторым упором, закрепленным на обойме по другую сторону тензобалки относительно первого упора, закрепленной на станине направляющей, размещенной в ней с возможностью поступательного перемещения цапфой с кронштейном, коромыслом, установленным на кронштейне с возможностью поворота в плоскости, проходящую через продольную ось опор вала, механизмом передачи перемещения от обоймы к узлу измерения момента трения, выполненным в виде радиального подшипника качения, установленного с помощью двух дополнительных опор в обойме и взаимодействующего с поверхностью одного из плеч коромысла, механизм передачи перемещения от обоймы к узлу измерения износа, выполненный в виде установленного на втором плече коромысла стяжного элемента и консольно закрепленной на кронштейне второй тензобалки, взаимодействующей свободным концом со стяжным элементом, поверхность первого плеча выполнена по радиусу R = L + r, где L - расстояние между осями опор вала и радиального подшипника качения, г - радиус внешнего кольца этого подшипника, промежуточный элемент выполнен самоустанавливающимся, а упоры - в виде стержней с наконечниками, предназначенными для взаимодействия с первой тензобалкой.

Наиболее близким аналогом является устройство для испытания материалов на контактную коррозию трения [а.с. СССР N 349932, МПК⁴ G 01 N 17/00, G 01 N 3/56, 1972] , содержащее узел для закрепления испытуемого образца, механизм возвратно- вращательного движения образца и нагружающее устройство, при этом устройство для закрепления испытуемого образца выполнено в виде динамометрической втулки, предназначенной для консольной установки образца и жестко связанной с механизмом возвратно-вращательного движения, а нагружающее устройство выполнено в виде установленных на амортизированном основании нагружающего винта и силоизмерителя, взаимодействующего с контробразцом.

Общим недостатком этих конструкций является отсутствие самоустановки образцов относительно друг друга в процессе нагружения и работы, что ведет к снижению достоверности получаемых результатов.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности результатов испытаний за счет устранения перекосов элементов узла испытания путем упрощения конструкции установки и использования системы компенсаторов.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство для испытания на трение и изнашивание сопряжений типа вал-втулка, содержащее основание, боковину, горизонтальную плиту, фиксирующее устройство, отличается от прототипа тем, что снабжено тремя вилками, трубчатой тягой, системой компенсаторов, включающей в себя кронштейн с цанговым зажимом для фиксации контробразца - втулки, тросовую растяжку и сферический подпятник, при этом в левой части основания установлен кронштейн с цанговым зажимом и контробразцом - втулкой, внутри которой установлен подвижный образец - палец, закрепленный в первой вилке с помощью фиксирующего устройства, при этом первая и вторая вилка ввернуты в трубчатую тягу, на которой установлены четыре силоизмерительных элемента, во второй и третьей вилке на пальцах установлены соответственно первый и второй несущие барабаны, в пазы которых уложена тросовая растяжка, третья вилка расположена в боковине и прикреплена к сферическому подпятнику.

Существо устройства поясняется чертежом, где изображена установка для испытаний на изнашивание при фреттинг-коррозии пары образцов типа палец - втулка.

Общая схема предлагаемой установки для испытаний на изнашивание при фреттинг-коррозии образцов типа вал - втулка также показана на чертеже.

Все элементы конструкции смонтированы на основании 1, в левой части которого к горизонтальной плите 2 болтами 3 и 4 крепится кронштейн 5. При отпущенных болтах возможны повороты кронштейна вокруг оси "О" на 5^o. Он служит для фиксации гайкой 6 и болтом 7 неподвижного контробразца - втулки 8 в цанговом зажиме "Ц". Во втулке располагается подвижный образец - палец 9, который фиксируется в первой вилке 10 с помощью фиксирующего устройства 11. Первая и вторая вилки, соответственно 10 и 12, ввернуты в трубчатую тягу 13 и закрепляются в ней затяжными болтами 14. Во второй и третьей вилках, соответственно 12 и 15, на пальцах 16 установлены несущие барабаны 17 и 18, в пазы которых уложена тросовая растяжка 19. Вилка 15 расположена в боковине 20 и через сферический подпятник 21, 22 закреплена гайкой 23, которая создает осевое усилие. Для контроля осевой нагрузки на трубчатой тяге 13 установлены четыре силоизмерительных элемента, тензодатчика 25.

Подготовка устройства к работе осуществляется следующим образом. При ослабленных болтах 3, 4, 7 и гайки 23 в цанговый зажим "Ц" кронштейна 5 устанавливается и фиксируется образец - втулка 8. Во втулку вставляется образец - палец 9, который неподвижно фиксируется в первой вилке 10 устройством 11. После этого во избежание проворота втулки во время работы затягивается болт 7. Далее затягиванием гайки 23 создается небольшое начальное осевое усилие. В это время происходит самоустановка и необходимая плотность прилегания поверхностей контакта образцов, которая достигается благодаря описанной выше системе компенсаторов.

После того, как необходимая плотность прилегания образцов обеспечена, производится затяжка болтов 3 и 4. Заданное осевое усилие создается гайкой 23, после чего производится ее законтривание. Установка готова к испытаниям.

Устройство работает следующим образом. При включении вибростенда и задании некоторой начальной частоты, стол стенда 24 со всей закрепленной на нем системой начинает осуществлять колебательное движение в вертикальной плоскости. Резонансная частота колебаний упругого элемента системы подбирается путем регулирования частоты колебаний стола на пульте управления вибростендом. При достижении резонанса, возникшие вертикальные колебания тросовой растяжки 19 через барабан 17 и вилку 12 передаются на тягу 13. Тяга 13, связанная вилкой 10 с пальцем 9, осуществляет колебания вокруг оси "Б-Б", в результате чего возникает требуемое реверсивное возвратно-вращательное движение пальца относительно неподвижной втулки 8.

Размах колебаний тяги регулируется путем изменения с пульта управления стендом силы тока. Контроль величины размаха тяги осуществляется визуально с помощью оптического прибора - катетометра. По известному размаху с помощью несложных геометрических преобразований определяется угол поворота пальца относительно втулки и действительная амплитуда микроперемещений. Осевое усилие в процессе работы контролируется измерением сигнала, снимаемого с тензодатчиков 25.

Достоинствами описанной схемы устройства для испытания на фреттинг и фреттинг-коррозию являются - возможность использования образцов, изготовленных по реальным технологиям и качествам поверхности, соответствующим аналогичным изделиям, которые выпускаются серийно; - относительная простота конструкции; - простота переналаживания по основным усилиям, амплитудам относительного движения, частотам; - возможность осуществлять контроль осевого усилия в процессе испытания; - самонастраиваемость установки, что исключает возникновение неравномерности удельного давления и осуществляет максимально плотное прилегание поверхностей.

Это обеспечивается использованием особых устройств - компенсаторов: рычага - кронштейна и тросовой развязки.

По рассмотренной конструкции (см. чертеж) была изготовлена опытная установка с приводом от вибростенда ВЭДС-1500, проведена ее метрологическая аттестация. Результаты проведенной серии испытаний показали наличие на испытуемых пальцах и втулках характерные для фреттинг-коррозии следы износа. Равномерность пятна контакта показывает, что система компенсации обеспечивает необходимую равномерность распределения контактного давления по поверхности образцов. Установлено, что осевое усилие, создаваемое системой натяжения, и частота резонансных колебаний остаются стабильными и постоянными в течение всех циклов испытаний.

Формула изобретения

Устройство для испытания на трение и изнашивание сопряжений типа вал - втулка, содержащее основание, боковину, горизонтальную плиту, фиксирующее устройство, устройство нагружения, отличающееся тем, что снабжено тремя вилками, трубчатой тягой, системой компенсаторов, включающей в себя кронштейн с цанговым зажимом для фиксации контробразца - втулки, тросовую растяжку и сферический подпятник, при этом в левой части основания установлен кронштейн с цанговым зажимом и контробразцом - втулкой, внутри которой установлен подвижный образец - палец, закрепленный в первой вилке с помощью фиксирующего устройства, при этом первая и вторая вилки ввернуты в трубчатую тягу, на которой установлены четыре силоизмерительных элемента, во второй и третьей вилках на пальцах установлены соответственно первый и второй несущие барабаны, в пазы которых уложена тросовая растяжка, третья вилка расположена в боковине в правой части основания и прикреплена к сферическому подпятнику.

РИСУНКИ

Рисунок 1