устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях

Формула изобретения

Устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях, содержащее основание, держатели образцов и контробразца, узел нагружения и привод держателя образца, отличающееся тем, что устройство снабжено механизмом относительного перемещения образцов и контробразца, выполненным 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 вала, равномерно расположенных по окружности, причем внешние боковые грани каждого образца, контактирующие с контробразцом, выполнены под углом относительно оси шлицевого вала, находящимся в пределах 0°-0°17’.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытанию материалов на износ при малых перемещениях.

Известна установка для испытания материалов на износ при возвратно-поступательном движении образца относительно контробразца [1], которая содержит регулируемый привод, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом, и установленный на направляющих ползун, на котором закреплен контробразец, взаимодействующий с подпружиненным образцом.

Такая установка не позволяет проводить испытания в условиях малых относительных перемещений образца и контробразца.

Наиболее близким к изобретению является стенд для испытания шлицевых соединений на износостойкость, содержащий основание, держатели образца и контробразца, узел нагружения и привод держателя образца [2].

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.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем проведения испытаний отдельных образцов материалов на износ при малых перемещениях.

Достигается это тем, что устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях снабжено механизмом относительного перемещения образцов и контробразца, выполненным 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 вала, равномерно расположенных по окружности, причем внешние боковые грани каждого образца, контактирующие с контробразцом, выполнены под углом относительно оси шлицевого вала, находящегося в пределах 0°-0°17’.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что оно снабжено механизмом относительного перемещения образцов и контробразца, выполненным 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 вала, равномерно расположенных по окружности, причем внешние боковые грани каждого образца, контактирующие с контробразцом, выполнены под углом относительно оси шлицевого вала, находящегося в пределах 0°-0°17’. Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критерию "НОВИЗНА".

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что известно устройство для испытания шлицевых соединений на износ, содержащее основание, держатели образца и контробразца, узел нагружения и привод держателя образца [2]. Однако такое устройство предназначено для испытания на износ конкретного узла - шлицевого соединения с имитацией реальных условий его работы, тогда как заявляемое устройство обеспечивает новое свойство - проведение испытаний отдельных образцов материалов на износ при малых перемещениях, т.е. расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

На фиг.1 изображен общий вид устройства для испытания материалов на износ; на фиг.2 - 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 - положение зубчатого колеса относительно шлицевого вала при работе устройства.

Устройство для испытания материалов на износ при малых перемещениях содержит основание 1, механизм 2 относительного перемещения образцов и контробразца, выполненный в виде пары зубчатых колес 3 и 4, шлицевой вал 5, соединенный с приводом 6, и узел нагружения 7, выполненный, например, в виде тормоза. Зубчатое колесо 3 содержит прикрепленный к нему контробразец 8, выполненный в виде шлицевой втулки. На шлицевом валу 5 выполнены шлицы 9, равномерно расположенные по окружности, которые входят в соответствующие пазы 10 шлицевой втулки 8. К боковым поверхностям шлицев 9 прикреплены образцы 11 посредством винтов 12. Внешние боковые грани 13 образцов 11, контактирующие при работе с контробразцом 8, выполнены под углом относительно оси 0-0 шлицевого вала 5, причем величина этого угла находится в пределах 0°-0°17’, что соответствует непараллельности боковых граней 13 образцов 11 относительно оси О-О шлицевого вала 5 от 0 до 0.5 мм на длине 100 мм образца 11. Для того, чтобы при работе устройства зубчатое колесо 3 могло самоустанавливаться относительно внешних боковых граней 13 образцов 11, между цилиндрическими поверхностями пазов 10 шлицевого отверстия втулки 8 и шлицев 9 шлицевого вала 5 имеются радиальные зазоры , а между боковыми поверхностями пазов 10 шлицевого отверстия втулки 8 и шлицев 9 с прикрепленными к ним образцами 11 шлицевого вала 5 имеются боковые зазоры , причем величины радиальных и боковых зазоров превышают величину непараллельности внешних боковых граней 13 образцов 11 относительно оси О-О шлицевого вала 5 на длине образца 11.

Устройство для испытания материалов на износ работает следующим образом.

С помощью узла нагружения 7 создается необходимая нагрузка на внешние боковые грани 13 образцов 11. Вращение зубчатых колес 3 и 4 осуществляется посредством привода 6 через шлицевой вал 5. При этом внешние грани 13 образцов 11 шлицевого вала 5 приходят в контакт с боковыми поверхностями 14 пазов 10 шлицевого отверстия втулки 8 зубчатого колеса 3, в результате чего зубчатое колесо 3 перекашивается относительно шлицевого вала 5, причем угол перекоса оси В-В зубчатого колеса 3 и оси О-О вала 5 равен углу наклона внешней боковой грани 13 образца 11 относительно оси О-О шлицевого вала 5. Перекос осей шлицевого вала 5 и зубчатого колеса 3 вызывает при вращении соединения относительное перемещение (скольжение) рабочих поверхностей образцов 11 и контробразца 8 и как следствие износ образцов. Скольжение носит возвратно-поступательный характер, полный цикл скольжения происходит за один оборот соединения зубчатого колеса 3 и шлицевого вала 5, а максимальная величина относительных перемещений (скольжения) рабочих поверхностей образцов 11 и контробразца 8 равна удвоенной величине непараллельности внешних боковых граней 13 образцов 11 относительно оси О-О шлицевого вала 5 на длине образца 11. Изменяя угол наклона внешней боковой грани 13 образца 11 в пределах 0°-0°17’, можно изменять интенсивность изнашивания образцов. Дальнейшее увеличение угла приводит к существенному увеличению перекоса в зацеплении зубчатых колес 3 и 4 и концентрации нагрузки по длине их зубьев, что может снизить надежность устройства. В этом случае требуются дополнительные конструктивные меры для предотвращения вышеуказанного явления.

Физическая картина относительного перемещения (скольжения) рабочих поверхностей шлицевого соединения зубчатого колеса с валом, связанного с перекосом осей вала и зубчатого колеса при непараллельности боковых поверхностей шлицев вала относительно его оси и влияние величины указанной непараллельности на износ шлицев, показано в работе [3]. Поскольку роль рабочих боковых поверхностей шлицев вала в заявляемом устройстве выполняют внешние боковые грани 13 образцов 11 и они наклонены под углом относительно оси О-О шлицевого вала 5, находящегося в пределах 0°-0°17’, при работе устройства будут иметь место малые относительные перемещения рабочих поверхностей образцов и контробразца и износ образцов, по величине которого можно судить об износостойкости материала образцов.

Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности путем проведения испытаний отдельных образцов материалов на износ при малых перемещениях.

Источники информации

1. Крагельский И.В Трение и износ. - М: Машиностроение, 1968. – 480 с. Стр.390, рис.214.

2. Авторское свидетельство СССР №947701, кл. G 01 N 3/56, 1982 (прототип).

3. Скундин Г.И., Никитин В.Н. Шлицевые соединения. - М.: Машиностроение, 1981. – 128 с. стр.22-24, рис.12 и 13; стр.32-33, рис.32; стр.37, рис.24.