МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА ФРИКЦИОННО-МЕХАНИЧЕСКУЮ УСТАЛОСТЬ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию и, в частности, к машинам для испытаний на фрикционно-механическую усталость образцов из различных материалов.
В качестве аналога известен патент №2396541 машина для испытания образцов на трение и износ, авторов Морозов Ю.С., Смушкович Б.Л., состоящая из станины, на которой установлен электродвигатель, посредством механических передач связанный с нижним образцом через вращающийся датчик момента трения и с верхним образцом, закрепленным на выходном валу откидной каретки, которая установлена на подвижном в осевом направлении суппорте, механизм радиального нагружения образцов и системы измерения параметров испытания, отличающиеся тем, что она дополнительно снабжена устройством для осевого нагружения образцов, а вал верхнего образца выполнен подвижным в осевом направлении и связан с устройством осевого нагружения образцов через шарнир, ось вращения которого совпадает с осью вращения вала.
Недостатком данной машины является отсутствие возможности проведения испытания влияния совместного действия трения и механической усталости на долговечность образцов, из-за отсутствия механизма усталостного нагружения, которое позволяло бы проводить испытание на механическую усталость.
Также аналогом является машина для испытания образцов на фрикционно-механическую усталость патент №2140066. Машина для испытаний на фрикционно-механическую усталость преимущественно плоских образцов при чистом изгибе в одной плоскости, состоящая из рычагов динамометра, один из которых закреплен на станине с помощью шарнира, а второй рычаг с помощью подшипника присоединен к ползуну, совершающему возвратно-поступательное движение, при этом машина дополнительно содержит систему фрикционного нагружения поверхности образцов, которая состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно связанных со станиной, один из которых расположен над испытуемым образцом, а другой ниже испытуемого образца, двух контробразцов, закрепленных на горизонтальных рычагах с возможностью поворота вокруг осей, которые находятся в плоскости движения рычагов динамометра, подвесов и грузов, расположенных на краях горизонтальных рычагов.
Недостатком данной машины является то, что она рассчитана на малоцикловую усталость, что значительно увеличивает время испытания, и позволяет изучать совместное действие только трения скольжения и усталостной нагрузки, хотя ряд деталей работают на трение качение, а также дороговизна и сложность изготовления и тарировки.
В качестве прототипа взята машина МУИ-6000 [Авдеев Б.А. Техника определения механических свойств материалов. - М.: Машиностроение, 1965. С. 316. Рис. 189]. Машина МУИ-6000 предназначена для испытания цилиндрических образцов на многоцикловую усталость чистым изгибом при вращении, и состоит из смонтированных на станине механизм нагружения, узла измерения, содержащего левую шпиндельную бабку и правую шпиндельную бабку, при этом левая шпиндельная бабка опирается на стойку станины через неподвижные подшипники, а правая шпиндельная бабка через подвижные подшипники, в корпусе каждой шпиндельной бабки размещен шпиндель с конусной цангой, в которой зажимают испытуемый образец, и привод, состоящий из электродвигателя, шкива, ремня и шкив-вала, сообщенного со счетчиком оборотов и шпинделем левой бабки при помощи гибкой муфты, при этом на корпусе каждой шпиндельной бабки расположены цапфы, через которые с помощью серег узел измерения связан с механизмом нагружения, состоящим из маховика нагружения, соединенного через винт с грузовым рычагом, связанным с грузом, перемещающимся по нему при помощи маховика, и со шкалой нагрузки по средством червячной пары.
Недостатком данной машины является отсутствие возможности проведения испытаний образцов на долговечность при совместном действии трения и механической усталости.
Задачей полезной модели является усовершенствование машины для испытания образцов на фрикционно-механическую усталость, позволяющее исследовать совместное действие механической усталости и трения на долговечность образца.
Техническим результатом является обеспечение возможности одновременного испытания образца на действие механической усталости и трения.
Технический результат достигается тем, что машина для испытания образцов на фрикционно-механическую усталость содержит смонтированные на станине механизм нагружения, узел измерения, содержащий левую шпиндельную бабку и правую шпиндельную бабку, при этом левая шпиндельная бабка опирается на стойку станины через неподвижный подшипники, а правая шпиндельная бабка через подвижные подшипники, причем в корпусе каждой шпиндельной бабки размещен шпиндель с конусной цангой, в которой зажимают испытуемый образец, и привод, состоящий из электродвигателя, шкива, ремня и шкив-вала, сообщенного со счетчиком оборотов и шпинделем левой бабки при помощи гибкой муфты, при этом на корпусе каждой шпиндельной бабки расположены цапфы, через которые с помощью серег узел измерения связан с механизмом нагружения, состоящим из маховика нагружения, соединенного через винт с грузовым рычагом, связанным с грузом, перемещающимся по нему при помощи маховика, и со шкалой нагрузки по средством червячной пары, при этом между левой шпиндельной бабкой и правой шпиндельной бабкой перпендикулярно оси вращения образца дополнительно установлен механизм трения, размещенный на стойке, в которую вмонтированы четыре направляющих стержня, с установленными на них неподвижным упором, и выполненными с возможностью перемещения по ним, двумя подвижными упорами, в каждый из которых вмонтирован шток, на каждом из подвижных упоров размещено контртело, связанное через пружину со стаканом, при чем один из которых вкручен в стойку, а другой в неподвижный упор.
При этом в качестве контртела используют платины или ролики.
Для более точного анализа работоспособности и долговечности тех или иных материалов, используемых для изготовления деталей, не достаточно изучения этих характеристик при действии одного типа нагрузки (трения или механической усталости) необходимо проводить испытание на совместное действие трения и механической усталости, так называемое фрикционно-механическую усталость. Тем самым максимально приближая испытания к условиям эксплуатации данных материалов, что позволит проводить более детальный анализ и делать более точные выводы и предсказания эксплуатационных характеристик исследуемых материалов и как следствие изготавливаемых из них деталей.
В результате, во время работы машины образец, деформированный изгибающими силами, которые создает механизм нагружения, вращается, тем самым обеспечивая многоцикловое усталостное испытание, и одновременно к образцу прижимаются два контртела механизма трения, в результате чего в месте контакта возникает трение, приводящее к изнашиванию образца. Таким образом, возможно изучение влияния совместного действия усталости и износа на долговечность образца.
На фиг. 1 и на фиг. 2 изображена машина для испытания образцов на фрикционно-механическую усталость, которая состоит из смонтированных на станине 1 механизма нагружения, узла измерения, содержащего левую шпиндельную бабку 2 и правую шпиндельную бабку 3, при этом левая шпиндельная бабка 2 опирается на стойку 4 станины 1 через неподвижные подшипники 5, а правая шпиндельная бабка 3 через подвижные подшипники 6, в корпусе шпиндельной бабки 2 и 3 размещен шпиндель с конусной цангой 7, в которой зажимают испытуемый образец 8, и привод, состоящий из электродвигателя 9, шкива 10, ремня 11 и шкив-вала 12, сообщенного с счетчиком оборотов 13 и шпинделем левой шпиндельной бабки 2 при помощи гибкой муфты 14, при этом на корпусе шпиндельной бабки 2 и 3 расположены цапфы 15, через которые с помощью серег 16 узел измерения связан с механизмом нагружения, состоящим из маховика нагружения 17, связанного через винт 18 с грузовым рычагом 19, который посредством червячной пары 20, связан со шкалой нагрузки 21, и на нем размещен груз 22, который перемещается по грузовому рычагу 19 при помощи маховика 23, и механизма трения, установленного перпендикулярно оси вращения испытуемого образца 8, между левой шпиндельной бабкой 2 и правой шпиндельной бабкой 3 при помощи стойки 24, в которую вмонтированы четыре направляющих стержня 25, с установленными на них неподвижным упором 26, и выполненными с возможностью перемещения по направляющим стержням 25, двумя подвижными упорами 27. В подвижные упоры 27 вмонтированы два штока 28, по рискам которых задают усилие к испытуемому образцу 8. На каждом из подвижных упоров 27 также размешено контртело 29, связанное через пружину 30 со стаканом 31, при чем один из которых вкручен в стойку 24, а другой в неподвижный упор 26.
При этом, в качестве контртела для создания в месте контакта трения скольжения могут использовать пластины или ролики для создания трения качения.
Машина для испытания образцов на фрикционно-механическую усталость работает следующим образом: на станину 1, перпендикулярно оси вращения испытуемого образца 8, между шпиндельными бабками 2 и 3, при помощи стойки 24 устанавливают механизм трения. Для этого в стойку 24 монтируют четыре направляющих стержня 25, два подвижных упора 27 и один неподвижный упор 26, на каждый из подвижных упоров 27 устанавливают контртело 29 и шток 28. Испытуемый образец 8 размещают между контртелами 29 и закрепляют в шпиндели с конусной цангой 7, расположенные в левой шпиндельной бабке 2 и правой шпиндельной бабке 3, которые установлены на стойке 4 станины 1. При этом левую шпиндельную бабку 2 опирают на стойку 4 при помощи неподвижных подшипников 5, а правую шпиндельную бабку 3 опирают на стойку 4 при помощи подвижных подшипников 6, после чего вкручивают стаканы 31 с пружинами 30 в неподвижный упор 26 и стойку 24.
Запускают электродвигатель 9, который через шкив 10 и ремень 11 вращает шкив-вал 12 счетчика оборотов 13, который фиксирует количество оборотов, и который через гибкую муфту 14 вращает шпиндель с конусной цангой 7, расположенные в левой шпиндельной бабке 2. Посредством механизма нагружения, задают нагрузку, перемещая груз 22 по грузовому рычагу 19, путем вращения маховика 23. Определяют значение нагружения по шкале нагрузки 21, сообщенной через червячную пару 20 с грузовым рычагом 19. Нагружают на изгиб испытуемый образец 8, вращая маховик нагружения 17 и передавая усилия на цапфы 15 левой шпиндельной бабки 2 и правой шпиндельной бабки 3 при помощи серег 16, связанных с маховиком нагружения 17 через винт 18 и грузовой рычаг 19.
Усилие прижатия контртел 29 к испытуемому образцу 8 определяют по рискам, нанесенным на шток 28.
Таким образом, испытуемый образец 8, нагруженный на изгиб, по средством механизма нагружения, вращается вместе со шпинделями с конусной цангой 7, расположенными в левой шпиндельной бабке 2 и правой шпиндельной бабке 3, и тем самым, испытывая знакопеременное циклическое нагружение, работает на механическую усталость и одновременно, истираясь о контртела 29 механизма трения, работает на износ трением.