УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ИЗНОС ПРИ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ
DEVICE FOR TESTING MATERIALS FOR WEAR AT FINE MOVEMENTS

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытанию материалов на износ при малых перемещениях.
Известен стенд для испытания шлицевых соединений на износостойкость, содержащий основание, держатели образца и контробразца, узел нагружения и привод держателя образца (авторское свидетельство СССР № 947701, кл. G01N 3/56, 1982). Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для испытания на износ конкретного узла - шлицевого соединения с имитацией реальных условий его работы и не позволяет проводить сравнительные испытания отдельных образцов материалов.
Наиболее близким к изобретению является устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях, содержащее механизм относительного перемещения образцов и контробразца, выполненный в виде пары зубчатых колес, к одному из которых крепится контробразец, выполненный в виде шлицевой втулки, а держатель образцов выполнен в виде соединенного с приводом шлицевого вала, входящего в отверстие шлицевой втулки зубчатого колеса, при этом образцы крепятся к боковым поверхностям шлицевого вала, причем внешние боковые поверхности каждого образца, контактирующие с контробразцом, выполнены под углом относительно оси шлицевого вала, находящегося в пределах 0-0° 17′ (патент на изобретение № 2255324, кл. G01N 3/56, 2003 (прототип)).
Недостатком этого устройства является то, что перекос осей шлицевого вала с образцами и зубчатого колеса с контробразцом, имеющий место при работе устройства, вызывает перекос в зацеплении зубчатых колес, концентрацию нагрузки на краю зуба и, как следствие, снижение надежности устройства.
Задача изобретения - повышение надежности устройства для испытания материалов на износ при малых перемещениях.
Достигается это тем, что механизм относительного перемещения образцов и контробразца выполнен в виде трех находящихся в зацеплении эвольвентных зубчатых колес, причем одно из зубчатых колес, к которому крепится контробразец в виде шлицевой втулки и в шлицевое отверстие которой входит шлицевой вал с прикрепленными к нему образцами, является промежуточным, а между внешними боковыми гранями образцов шлицевого вала и боковыми поверхностями пазов шлицевого отверстия шлицевой втулки имеется боковой зазор, причем величина этого зазора находится в пределах 0-0,2 мм, а между наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями шлицев шлицевого вала и шлицевого отверстия шлицевой втулки имеются радиальные зазоры, величина которых превышает боковой зазор из условия, чтобы цилиндрические поверхности шлицев шлицевого вала и шлицевого отверстия шлицевой втулки не препятствовали контакту внешних боковых граней образцов и боковых поверхностей пазов шлицевого отверстия шлицевой втулки при смещении промежуточного зубчатого колеса относительно шлицевого вала в процессе работы устройства.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что механизм относительного перемещения образцов и контробразца выполнен в виде трех находящихся в зацеплении эвольвентных зубчатых колес, причем одно из зубчатых колес, к которому крепится контробразец в виде шлицевой втулки и в шлицевое отверстие которой входит шлицевой вал с образцами, является промежуточным, а между внешними боковыми гранями образцов шлицевого вала и боковыми поверхностями пазов шлицевого отверстия шлицевой втулки имеется боковой зазор, причем величина этого зазора находится в пределах 0-0,2 мм, а между наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями шлицев вала и шлицевого отверстия шлицевой втулки имеются радиальные зазоры, величина которых превышает боковой зазор из условия, чтобы цилиндрические поверхности шлицев шлицевого вала и шлицевого отверстия шлицевой втулки не препятствовали контакту внешних боковых граней образцов и боковых поверхностей пазов шлицевого отверстия шлицевой втулки при смещении промежуточного зубчатого колеса относительно шлицевого вала в процессе работы устройства. Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию «НОВИЗНА».
Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что известно устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях, содержащее механизм относительного перемещения образцов и контробразца, выполненный в виде пары зубчатых колес, к одному из которых крепится контробразец, выполненный в виде шлицевой втулки, а держатель образцов выполнен в виде соединенного с приводом шлицевого вала, входящего в отверстие шлицевой втулки зубчатого колеса, при этом образцы крепятся к боковым поверхностям шлицев шлицевого вала, причем внешние боковые поверхности каждого образца, контактирующие с контробразцом, выполнены под углом относительно оси шлицевого вала, находящегося в пределах 0-0° 17′. Однако имеющий место при работе такого устройства перекос осей шлицевого вала с образцами и зубчатого колеса с контробразцом вызывает перекос в зацеплении зубчатых колес, концентрацию нагрузки на краю зуба, и, как следствие, снижение надежности устройства. Заявленное устройство обеспечивает новое свойство - повышенную надежность по сравнению с прототипом. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».
На фиг.1 изображен общий вид устройства для испытания материалов на износ при малых перемещениях; на фиг.2 - промежуточное зубчатое колесо с прикрепленным к нему контробразцом и шлицевой вал с прикрепленными к нему образцами; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - схема зубчатой передачи с промежуточным зубчатым колесом; на фиг.5 - схема, поясняющая механизм скольжения контактирующих поверхностей образцов и контробразца.
Устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях содержит основание 1, механизм 2 относительного перемещения образцов и контробразца, выполненный в виде трех находящихся в зацеплении зубчатых колес 3, 4 и 5, из которых зубчатое колесо 4 является промежуточным, вал 6 с закрепленным на нем зубчатым колесом 3, соединенный с приводом 7, и узел нагружения 8, выполненный, например, в виде тормоза. Промежуточное зубчатое колесо 4 содержит прикрепленный к нему контробразец, выполненный в виде шлицевой втулки 9. На шлицевом валу 10, на котором расположено промежуточное зубчатое колесо 4, выполнены шлицы 11, равномерно расположенные по окружности, которые входят в соответствующие пазы 12 шлицевой втулки 9. К боковым поверхностям шлицев 11 прикреплены образцы 13 посредством винтов 14. Внешние боковые грани 15 образцов 13 параллельны оси шлицевого вала 10. Для того чтобы при работе устройства промежуточное зубчатое колесо 4 могло перемещаться относительно шлицевого вала 10, между внешними боковыми гранями 15 образцов 13 шлицевого вала 10 и боковыми поверхностями пазов 12 шлицевого отверстия шлицевой втулки 9 имеется боковой зазор Δ, причем величина этого зазора находится в пределах 0-0,2 мм, а между наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями шлицев 11 шлицевого вала 10 и шлицевого отверстия шлицевой втулки 9 имеются радиальные зазоры ρ, величина которых превышает боковой зазор Δ из условия, чтобы цилиндрические поверхности шлицев 11 шлицевого вала 10 и шлицевого отверстия шлицевой втулки 9 не препятствовали контакту внешних боковых граней 15 образцов 13 и боковых поверхностей пазов 12 шлицевого отверстия шлицевой втулки 9 при смещении промежуточного зубчатого колеса 4 относительно шлицевого вала 10 в процессе работы устройства.
Устройство работает следующим образом.
рад
n
рад
С помощью узла нагружения 8 создается необходимая нагрузка на внешние боковые грани 15 образцов 13. Вращение зубчатых колес 3, 4 и 5 осуществляется посредством привода 7 через вал 6, на котором закреплено зубчатое колесо 3. Промежуточное зубчатое колесо 4 не передает крутящий момент и нагружено только радиальной силой F, которая зависит от усилий в зацеплении зубчатых колес F. Из-за наличия боковых Δ и радиальных ρ зазоров возникает смещение у оси промежуточного зубчатого колеса 4 относительно оси шлицевого вала 10 в направлении линии действия радиальной силы F до соприкосновения внешних боковых граней 15 образцов 13 и боковых поверхностей пазов 12 шлицевого отверстия шлицевой втулки 9. Смещение осей вызывает при вращении соединения относительное перемещение (скольжение) контактирующих поверхностей образцов 13 и контробразца (шлицевой втулки 9) и, как следствие, износ образцов. Скольжение носит возвратно-поступательный характер, величина его зависит от зазора Δ, и полный цикл скольжения происходит за один оборот промежуточного зубчатого колеса 4. Изменяя величину бокового зазора Δ в пределах 0-0,2 мм, можно изменять интенсивность изнашивания образцов. Принятая величина бокового зазора в указанных пределах и связанная с этим величина относительных перемещений (скольжения) образцов относительно контробразца соответствует реальным величинам малых относительных перемещений рабочих поверхностей во многих узлах машин, в частности шлицевых, шпоночных и профильных соединениях, некоторых типах муфт и других узлах.
Физическая картина относительного перемещения (скольжения) рабочих поверхностей шлицевого соединения вала с промежуточным зубчатым колесом рассмотрена в работе (Скундин Г.И., Никитин В.Н. Шлицевые соединения. - М.: Машиностроение, 1981. - 128 с., стр.79-82, рис.54 и 55.). Поскольку роль рабочих поверхностей шлицев вала в заявляемом устройстве выполняют внешние боковые грани 15 образцов 13, при работе устройства будут иметь место малые относительные перемещения рабочих поверхностей образцов и контробразца и износ образцов, по величине которого можно судить об износостойкости материалов образцов.
В предлагаемом устройстве внешние боковые грани образцов параллельны оси шлицевого вала, что исключает перекос промежуточного зубчатого колеса и тем самым повышает надежность устройства по сравнению с прототипом.