RU226200U1 - Installation for contact fatigue testing - Google Patents
Installation for contact fatigue testing Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 title 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
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)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU226200U1 true RU226200U1 (en) | 2024-05-24 |
Family
ID=
Citations (4)
| 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)
| 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 |