[go: up one dir, main page]

RU226200U1 - Installation for contact fatigue testing - Google Patents

Installation for contact fatigue testing Download PDF

Info

Publication number
RU226200U1
RU226200U1 RU2023127665U RU2023127665U RU226200U1 RU 226200 U1 RU226200 U1 RU 226200U1 RU 2023127665 U RU2023127665 U RU 2023127665U RU 2023127665 U RU2023127665 U RU 2023127665U RU 226200 U1 RU226200 U1 RU 226200U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
force
electric motor
contact fatigue
sample
Prior art date
Application number
RU2023127665U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Потапов
Андрей Николаевич Петров
Иван Валерьевич Савватеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный педагогический университет" (ФГБОУ ВО "НГПУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный педагогический университет" (ФГБОУ ВО "НГПУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный педагогический университет" (ФГБОУ ВО "НГПУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU226200U1 publication Critical patent/RU226200U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для проведения исследовательских работ по материаловедению. Целью предложенного устройства является изучение контактно-усталостных явлений в металле при пульсирующем нагружении. Установка включает: электродвигатель; муфту; вал; шарикоподшипниковые опоры; эксцентрик; толкатель; опоры скольжения; задающий усилие стакан; индентор; исследуемый образец; рамку; динамометр; штоки; гайку; пружину; счетчик числа циклов нагружения. The utility model relates to equipment for conducting research work in materials science. The purpose of the proposed device is to study contact fatigue phenomena in metal under pulsating loading. The installation includes: electric motor; coupling; shaft; ball bearing supports; eccentric; pusher; sliding supports; force-setting glass; indenter; test sample; frame; dynamometer; rods; nut; spring; load cycle counter.

Description

Полезная модель предназначена для проведения исследовательских работ по изучению контактно-усталостных явлений.The utility model is intended for carrying out research work on the study of contact fatigue phenomena.

Разнообразие условий работы деталей машин, которые передают усилия другим деталям через непосредственный контакт поверхностей, очень велико. Прочность и износостойкость которых часто влияют на прочность и надежность узла или машины в целом.The variety of operating conditions for machine parts that transmit forces to other parts through direct contact of surfaces is very large. The strength and wear resistance of which often affect the strength and reliability of the unit or machine as a whole.

Необходимость экспериментального исследования прочности при пульсирующем контакте, кроме практической важности для ряда деталей, обусловлена удобным сочетанием условий циклического нагружения с определенным пространственным распределением напряжений и деформации.The need for an experimental study of strength under pulsating contact, in addition to its practical importance for a number of parts, is due to the convenient combination of cyclic loading conditions with a certain spatial distribution of stress and deformation.

Известна установка для исследования процесса усталости материала в зоне катящегося контакта (Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность: В 2 ч. / Н.А. Махутов. - Новосибирск: Наука, 2005. - Ч. 1: Критерии прочности и ресурса. - 494 с.).There is a known installation for studying the process of material fatigue in the rolling contact zone (Makhutov N.A. Structural strength, resource and technogenic safety: In 2 hours / N.A. Makhutov. - Novosibirsk: Nauka, 2005. - Part 1: Strength criteria and resource - 494 pp.).

В ней трение качения происходит на фоне циклического деформирования контактирующих тел, обеспечивая работу системы в условиях контактно-механической усталости. Однако такой способ проведения эксперимента отличается сложностью исследования процесса усталости материала вблизи зоны контакта.In it, rolling friction occurs against the background of cyclic deformation of the contacting bodies, ensuring the operation of the system under conditions of contact-mechanical fatigue. However, this method of conducting an experiment is characterized by the complexity of studying the process of material fatigue near the contact zone.

Также известна установка для испытания образцов материалов повторными ударами (патент RU 2374624). Установка для испытания образцов материалов повторными ударами содержит корпус, установленный на нем маятник в виде двухплечего рычага с грузом на одном его плече, приспособление для качания маятника, пассивный захват образца, закрепленный на другом плече рычага, активный захват образца, регулируемые упоры, размещенные по разные стороны от оси качания маятника и предназначенные для периодического взаимодействия с активным захватом. Недостатком данной установки является шум, затрудняющий ее использование и малая производительность, так как двухплечные рычаги при повышении частоты ударов начинают упруго деформироваться и передача нагрузки становится неравномерной.An installation for testing material samples with repeated impacts is also known (patent RU 2374624). An installation for testing material samples by repeated blows contains a housing, a pendulum mounted on it in the form of a two-armed lever with a load on one of its arms, a device for swinging the pendulum, a passive sample grip mounted on the other arm of the lever, an active sample grip, adjustable stops placed at different positions. sides from the swing axis of the pendulum and intended for periodic interaction with the active grip. The disadvantage of this installation is noise, which makes it difficult to use, and low productivity, since the double-arm levers, with an increase in the frequency of impacts, begin to elastically deform and the load transfer becomes uneven.

Задачей полезной модели является выявления влияния структуры стали после упрочнения на развитие в зоне контакта процессов накопления повреждений и составления схемы контактно-усталостного разрушения при пульсирующем контакте.The purpose of the useful model is to identify the influence of the steel structure after hardening on the development of damage accumulation processes in the contact zone and to draw up a diagram of contact-fatigue failure during pulsating contact.

Для этого разработано устройство, позволяющее проводить испытания на плоских образцах с размерами 100x18x2,5 мм. For this purpose, a device has been developed that allows testing on flat samples with dimensions of 100x18x2.5 mm.

Схема устройства приведена на фиг. 1, общий вид - на фиг. 2.The device diagram is shown in Fig. 1, general view - in Fig. 2.

Устройство выполнено на основании, к которому при помощи винтовых соединений закреплены электродвигатель, две опоры вала с узлами подшипников качения, два корпуса подшипников скольжения, направляющая рамка для крепления образца, тарированный динамометр и устройство счета циклов. Для передачи момента от электродвигателя к валу, установлена муфта. Вал, задающий движение эксцентрику, установлен в подшипниках качения, регулируемый эксцентрик посажен на шлицевое соединение между опорами вала. В эксцентрик упирается толкатель, закрепленный на штоке, который установлен в подшипниках скольжения. Шток заканчивается резьбой с навинченным стаканом, задающим усилие. Усилие создает нагружающая пружина расположенная внутри стакана, соединенная со штоком, который заканчивается шариковым индентором, упирающимся в испытуемый образец. Образец закреплен в рамке, которая фиксируется в направляющих. За направляющими установлен тарированный динамометр. Устройство счета циклов установлено на основании и взаимодействует с концом вала, противоположным муфте.The device is made on a base to which an electric motor, two shaft supports with rolling bearing units, two sliding bearing housings, a guide frame for attaching the sample, a calibrated dynamometer and a cycle counting device are attached using screw connections. To transmit torque from the electric motor to the shaft, a coupling is installed. The shaft that sets the movement of the eccentric is installed in rolling bearings, the adjustable eccentric is mounted on a splined connection between the shaft supports. A pusher mounted on a rod, which is installed in plain bearings, rests against the eccentric. The rod ends with a thread with a screwed-on glass that sets the force. The force is created by a loading spring located inside the glass, connected to a rod, which ends with a ball indenter resting on the test sample. The sample is fixed in a frame, which is fixed in the guides. A calibrated dynamometer is installed behind the guides. The cycle counting device is installed on the base and interacts with the end of the shaft opposite the coupling.

Устройство работает следующим образом. От электродвигателя 1 (фиг. 1) с числом оборотов n=3000 об/мин крутящий момент через муфту 2 передается на вал 3, установленный в двух опорах 4 с подшипниками качения. На валу 3 закреплен регулируемый эксцентрик 5, поступательное движение которого через толкатель 6 с частотой 50 Гц передается на шток 16, установленный в подшипнике скольжения 7 и заканчивающийся резьбой, на которую навинчивается задающий усилие Pm стакан 8. На штоке 13 установлена нагружающая пружина 15, сжатие которой регулируется стаканом 8 и гайкой 14. Усилие от пружины через индентор 9 передается на образец 10, закрепляемый в рамке 11. Рамка фиксируется в направляющих в шести различных положениях. Это позволяет испытывать каждый образец на шести уровнях напряжений. Индентором служит шарик из стали ШХ15 диаметром 3; 5 или 10 мм. Усилие пружины контролировалось тарированным динамометром 12. Количество циклов нагружения фиксируется счетным устройством 17.The device works as follows. From electric motor 1 (Fig. 1) with a speed of n=3000 rpm, torque is transmitted through coupling 2 to shaft 3 mounted in two supports 4 with rolling bearings. An adjustable eccentric 5 is fixed to the shaft 3, the translational movement of which through the pusher 6 with a frequency of 50 Hz is transmitted to the rod 16, installed in the sliding bearing 7 and ending with a thread onto which the glass 8, which sets the force Pm, is screwed. A loading spring 15 is installed on the rod 13, compression which is adjusted by a glass 8 and a nut 14. The force from the spring through the indenter 9 is transmitted to the sample 10, fixed in the frame 11. The frame is fixed in the guides in six different positions. This allows each sample to be tested at six voltage levels. The indenter is a ball made of steel ШХ15 with a diameter of 3; 5 or 10 mm. The spring force was controlled by a calibrated dynamometer 12. The number of loading cycles was recorded by a counting device 17.

Устройство реализует схему испытаний, представленную на фиг. 3, где а - схема нагружения: 7 - опора скольжения; 9 - индентор; 10 - образец; 11 - рамка для крепления образца, Pm - средняя нормальная нагрузка; Ра - амплитуда нормальной нагрузки цикла; 6 - цикл напряжений: σ - напряжение; Тц - период цикла.The device implements the test circuit shown in Fig. 3, where a - loading diagram: 7 - sliding support; 9 - indenter; 10 - sample; 11 - frame for fastening the sample, Pm - average normal load; Ra is the amplitude of the normal load of the cycle; 6 - stress cycle: σ - stress; Tc - cycle period.

За расчетное напряжение в зоне контакта выбрано максимальное нормальное напряжение σzmax:The maximum normal stress σ zmax was selected for the design stress in the contact zone:

где P - нагрузка (Pm, Ра);where P is load (Pm, Ra);

E - модуль упругости (для стали E=21,08⋅104 МПа); E - elastic modulus (for steel E=21.08⋅10 4 MPa);

R - радиус индентора.R is the indenter radius.

За критерий оценки контактно усталостного разрушения принималось образование питингов (ямок выкрашивания) по контуру пятна контакта.The formation of pittings (chipping pits) along the contour of the contact patch was taken as a criterion for assessing contact fatigue failure.

Для более точного определения числа циклов, при котором образуются ямки выкрашивания, в процессе испытания образца на каждом уровне напряжений строили зависимостьTo more accurately determine the number of cycles at which chipping pits are formed, during testing of the sample at each stress level, a dependence was constructed

Dn=ƒNц D n =ƒN c

где Nц - число циклов нагружения;where N c is the number of loading cycles;

Dn - диаметр пятна контакта, замеряемый на оптическом микроскопе (например, МИМ-7).D n is the diameter of the contact patch, measured on an optical microscope (for example, MIM-7).

В момент образования питингов происходит резкое увеличение пятна контакта. Это явление и принимается за критерий разрушения при заданном уровне напряжений цикла. После определения количества циклов нагружения, при которых происходит контактно-усталостное разрушение на различных уровнях напряжений, строятся графики контактной усталости в координатахAt the moment of pitting formation, a sharp increase in the contact patch occurs. This phenomenon is taken as a criterion for failure at a given level of cycle stress. After determining the number of loading cycles during which contact fatigue failure occurs at various stress levels, contact fatigue graphs are constructed in coordinates

σzmax=ƒNц σ zmax =ƒN c

Испытания проводятся на трех образцах для каждой обработки. Перед испытаниями рабочая поверхность образцов полируется.Tests are carried out on three samples for each treatment. Before testing, the working surface of the samples is polished.

Техническим результатом полезной модели является использование ее на исследовательских работах по материаловедению. За счет безударного нагружения работа устройства сопровождается низким уровнем шума.The technical result of the utility model is its use in research work in materials science. Due to shockless loading, the operation of the device is accompanied by a low noise level.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account during the examination:

1. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность: В 2 ч. / Н.А. Махутов. - Новосибирск: Наука, 2005. - Ч. 1: Критерии прочности и ресурса. - 494 с. 1. Makhutov N.A. Structural strength, resource and technogenic safety: In 2 hours / N.A. Makhutov. - Novosibirsk: Nauka, 2005. - Part 1: Criteria for strength and service life. - 494 p.

2. Патент RU 2374624.2. Patent RU 2374624.

Claims (1)

Устройство для проведения исследовательских работ по изучению контактно-усталостных явлений собрано на едином основании, к которому закреплены при помощи винтовых соединений электродвигатель с числом оборотов n=3000 об/мин, две опоры вала с узлами подшипников качения, корпуса подшипников скольжения, направляющая рамки для закрепления образца, тарированный динамометр, устройство счета циклов; электродвигатель выполнен с возможностью передачи крутящегося момента через муфту на вал, установленный в подшипниках качения, на валу закреплен регулируемый эксцентрик, выполненный с возможностью передачи поступательного движения толкателю, который выполнен с возможностью передачи его на шток, установленный в подшипниках скольжения и заканчивающийся резьбой, на которую навинчен задающий усилие стакан, на штоке установлена нагружающая пружина, сжатие которой регулируется стаканом и гайкой, усилие от пружины через индентор передается на образец, закрепляемый в рамке, количество циклов нагружения определяется с помощью устройства счета циклов.The device for carrying out research work on the study of contact fatigue phenomena is assembled on a single base, to which an electric motor with a speed of n=3000 rpm, two shaft supports with rolling bearing units, sliding bearing housings, and a guide frame for fastening are attached using screw connections sample, calibrated dynamometer, cycle counting device; the electric motor is configured to transmit torque through a coupling to a shaft mounted in rolling bearings; an adjustable eccentric is mounted on the shaft, configured to transmit translational motion to a pusher, which is configured to transmit it to a rod mounted in plain bearings and ending with a thread onto which a force-setting glass is screwed on, a loading spring is installed on the rod, the compression of which is regulated by the glass and a nut, the force from the spring is transmitted through the indenter to the sample fixed in the frame, the number of loading cycles is determined using a cycle counting device.
RU2023127665U 2023-10-25 Installation for contact fatigue testing RU226200U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU226200U1 true RU226200U1 (en) 2024-05-24

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU343190A1 (en) * В. С. ПорохоЕ INSTALLATION FOR TESTING ON CONTACT FATIGUE STRENGTH OF MATERIALS
RU2357230C1 (en) * 2008-02-13 2009-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) Device for testing of back-to-back endurance
RU162959U1 (en) * 2016-02-16 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук DEVICE FOR CONTACT-TIRED TESTS OF MATERIAL SAMPLES
CN210426971U (en) * 2019-07-05 2020-04-28 西南交通大学 Test bench for testing the fatigue life of rigid catenary gate supports

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU343190A1 (en) * В. С. ПорохоЕ INSTALLATION FOR TESTING ON CONTACT FATIGUE STRENGTH OF MATERIALS
RU2357230C1 (en) * 2008-02-13 2009-05-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) Device for testing of back-to-back endurance
RU162959U1 (en) * 2016-02-16 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук DEVICE FOR CONTACT-TIRED TESTS OF MATERIAL SAMPLES
CN210426971U (en) * 2019-07-05 2020-04-28 西南交通大学 Test bench for testing the fatigue life of rigid catenary gate supports

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107271306B (en) It is a kind of with draw, the friction-wear detecting apparatus of press mechanism and test method
CN102519867B (en) Direct-acting soft friction testing apparatus
CN110579418A (en) A lever-loaded friction and wear testing machine with a controllable magnetic field environment
CN103335898B (en) In-situ testing device for micro-mechanical properties of materials under tension-shear combined loading mode
CN102331370B (en) In-situ high-frequency fatigue material mechanical test platform under scanning electron microscope based on stretching/compressing mode
CN105891036B (en) A kind of sliding compound friction abrasion test device of punching and its method
CN106990007B (en) Method and device for testing relation between residual stress of material and surface hardness
CN111982727B (en) Double-upright-column double-beam portable press-in instrument suitable for laboratory and field test
CN103344553B (en) High-speed rolling contact fatigue testing machine
CN101551315B (en) Dual purpose friction testing device
CN101750259A (en) Small-displacement reciprocating rolling friction abrasion test device
CN106769452A (en) Tensile fatigue four-point bending fatigue in-situ mechanical test device and its method of testing
CN105092397B (en) Mechanical structure fatigue damage monitors experimental rig on-line
CN201689023U (en) Small-displacement reciprocated rolling friction-wear test device
CN104359671B (en) Testing device for ball eye flexural vibration fatigue characteristic in power transmission line
CN206300848U (en) Tensile torsion compound fretting fatigue test equipment
CN111487153A (en) Bidirectional variable-speed variable-load contact lubrication abrasion integrated tester
CN106644337A (en) Vibration experimental platform for thin-walled member fatigue test
CN106840927A (en) Tension-torsion is combined fretting fatigue testing equipment and test method
CN102426152B (en) Metal-timber friction test platform
CN109612864B (en) Sliding friction fatigue test device for rotary bending fatigue machine
CN110274547B (en) Bidirectional speed point contact photoelastic flow test bed
RU226200U1 (en) Installation for contact fatigue testing
CN108593473B (en) Constant temperature and humidity environment wear-resisting test box
CN203337481U (en) In-situ test device for micro mechanical properties of material in stretching-shearing composite loading mode