Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

испытаний для трех углеродистых сталей с различным содержа­

нием углерода.

В настоящее время кривые предела выносливости наиболее часто строят в полулогарифмических координатах (Ошах — ор­ динаты и lgiV — абсциссы) и двойных логарифмических. Испытание стали и чугуна обычно производят при N —

=ІО7 циклов, а цветных металлов при N = 2 -ІО7 циклов. Методика испытания металлов на усталостную прочность

приведена в ГОСТе 2860—65. В практике применяют машины для испытания на усталость при переменном нагружении на изгиб, кручение, растяжение, сжатие и сложное напряженное

состояние.

Машина У-200 — резонансного типа, конструкции ЦНИИТМАШа, предназначена для испытания на усталость при круговом изгибе по симметричному циклу валов диаметром до 200 мм. На сварной пространственной раме смонтированы

тельная система состоит из образца и двух закрепленных по его концам грузов, установленных ’ на восьми винтовых пружинах.

Вынужденные колебания системы возбуждаются инерцион­ ным вибратором, установленным на нижнем грузе. В неподвиж­ ном образце возникают напряжения кругового изгиба, так как плоскость действия изгибающего момента вращается со ско­ ростью вращения груза вибратора.

На машине У-200, как и на других машинах конструкции ЦНИИТМАШа, напряжение в испытываемом образце опреде­ ляется с помощью проволочных датчиков сопротивления, на­ клеиваемых непосредственно на образец, усилителя и осцилло­ графа.

На машинах ЦНИИТМАШа можно определять предел выносливости сварных соединений на крупных гладких и сту­ пенчатых валах диаметром от 150 до 200 мм, а также экспери­ ментально изучать влияние масштабного фактора, концентрато­ ров напряжений, термической обработки, состава и структуры стали и поверхностного упрочнения на предел выносливости крупных валов. Например, с помощью машины У-200 определе­ но влияние размеров (диаметра d образца) на изменение предела выносливости (коэффициента К изменения предела выносливости) в зависимости от однородности металла. Как показано на рис. 70, в неоднородном металле, каким является литая сталь (кривая 2), влияние размеров на усталостную проч­

Для проверки усталостной прочности крупных пластин ЦНИИТМАШем разработана машина УП-200, действующая аналогично предыдущим машинам.

Проверка выносливости реальных деталей позволяет полу­ чить более достоверные данные о долговечности машины, собранной из таких деталей. Поэтому в настоящее время применяют различные машины, стенды и установки для опре­ деления прочности, долговечности и надежности готовых дета­ лей и узлов машин.

Рис. 70. Влияние однородности ме­ талла и размеров d образца на коэффициент k изменения преде­ лов выносливости

Универсальная гидравлическая машина МУГ-500 производ­ ства Армавирского завода предназначена для статических испытаний различных конструкций и образцов больших разме­

а также влияние различных физико-механических свойств

и подвижного устоев и силовых балок. Передний устой (актив­ ный захват) предназначен для закрепления испытуемой кон­ струкции в устое восьми силовых гидравлических цилиндров, из которых четыре работают при испытании на сжатие и четыре на растяжение.

Подвижной устой (пассивный захват) предназначен для закрепления испытуемой конструкции. Корпус устоя опирается на четыре колеса, что дает возможность устою перемещаться вдоль оси машины по силовым балкам с помощью электродви­ гателя или вручную.

При конструировании ряда машин, особенно работающих при повышенной температуре, определяющим условием являет­

ся не факт разрушения, а наличие деформации, которая, накапливаясь за длительный период времени, может стать причиной недопустимых изменений размеров деталей в процессе эксплуатации. Поэтому кроме усталостных испытаний особый интерес представляют испытания на ползучесть при статических и динамических нагрузках. Следует отметить, что для таких испытаний нет стандартных испытательных машин.

На физическом факультете МГУ разработана установка для исследования ползучести при ударно-пульсирующих нагрузках. Регистрация удлинения образца в процессе испытаний произво­ дится с помощью фотографической записи.

Разработана еще более совершенная установка для измерения ползучести при динамических нагрузках гармонического харак­ тера. С помощью этой установки можно производить исследо­ вание ползучести цветных металлов и сплавов при постоянной нагрузке до 100 кгс и переменной синусоидальной до 50 кгс при температуре до 600° С, с изменением частоты переменной со­ ставляющей нагрузки до 50 Гц.

Для испытания на ползучесть пластмассовых образцов статической нагрузкой при растяжении Ивановский завод измерительных машин выпускает машину РПУ-1. Рабочий

АН СССР. Машина устроена так, что образец деформировался под действием постоянного крутящего момента, причем дефор­ мация образца ограничивается только его разрушением. Это достигается специальной следящей системой. Вакуумная уста­ новка позволяет достигать в камере с образцами вакуума порядка КН5 мм рт. ст. при температуре образца 1300° С. Преду­ смотрена возможность проведения испытаний в инертной среде. С помощью установки ИМЕТ-ЗК можно исследовать ползучесть

нагружения. Для измерения релаксации напряжений проволоки при температуре 100—600° С и исходных сдвиговых напряжений до 100—150 кгс/мм2 центральной лабораторией Белорецкого сталепроволочно-канатного завода создана специальная уста­ новка. Эта установка имеет нагружающее и измерительное устройства, следящую систему, нагревательную печь и аппара­ туру для измерения и регулирования температуры.

С помощью такой установки можно судить об изменениях напряжений в процессе их релаксации при заданных темпера­

турных условиях. На рис. 71 показаны кривые релаксации напряжений о в проволоке диаметром 1,5 мм. Образцы прово­ локи из стали У8А при волочении были протянуты с суммарной деформацией 90% и затем отпущены при температуре 300° С в течение 1 ч.

При выборе материала деталей машин и определении их

ниях запас пластичности быстро снижается и может наступить хрупкое разрушение.

С целью определения пригодности металла для работы в условиях нестационарного режима, когда встречаются циклические изменения температуры и напряжений, испытания на ползучесть и длительную прочность ведут с остановками, связанными с частичным или полным снятием внешней на­ грузки.

Вприменяющихся приборах для определения динамической твердости металлов измеряется не действующая при ударе сила,

аэнергия удара. Динамическая твердость определяется как энергия, отнесенная к объему отпечатка. Энергия, расходуемая при ударе на образование отпечатка, определяется очень неточно.

ВИнституте машиноведения АН Латвийской ССР сконструи­ рован прибор, позволяющий достаточно точно измерять дина­ мическую твердость с непосредственным измерением ударной силы (рис. 72).

в гнездо детали 8, которая своей плоской полированной поверх­ ностью опирается на полированный сферический сегмент, представляющий собой торец детали 7. Гайка 6 поджимает де­ таль 7 к детали 8, а конусная часть гайки используется для

подвески ударника к электромагниту. До начала испытаний ударник разбирают и полированную поверхность детали 8 по­ крывают сажей. Затем ударник собирают, подвешивают к элек­ тромагниту и, выключая ток, сбрасывают на образец. От удара шарика ударника на образце появляется отпечаток, поверхность которого замеряют. В результате упругой деформации по­ верхностей деталей 8 и 7 образуется площадь контакта на де­ тали 8.

По величине отпечатка на детали 8 с помощью тарировочной кривой определяется действовавшая при ударе сила, а отноше-

Ч5

Рис. 72. Прибор для измерения динамической твердости металлов

ние этой силы к площади отпечатка есть динамическая твер­ дость.

Способность деталей, прошедших поверхностное упрочнение, противостоять контактному смятию является важной характе­ ристикой их служебных свойств.

Разработан метод испытания прочности поверхностей дета­ лей машин на контактное смятие. Сущность этого метода заключается в том, что ударами образцов с соударяющейся сферической поверхностью на копре КПУ-2 с энергией удара от 10 до 42 кгс-см и частотой 600 ударов в минуту определяется величина отпечатка смятия к моменту появления трещины.

Для оценки относительной устойчивости против смятия выбран коэффициент смятия Кг, представляющий собой отно­ шение диаметра площадки смятия dc испытуемого образца к диаметру площадки, получаемой при испытании разнотвердой

могидравлический стенд. На таком стенде можно испытывать изделия холодной и горячей водой, паром, воздухом и специаль­ ными составами жидкостей.

Методы неразрушающего контроля материалов, заготовок и деталей

При производстве материалов и деталей неизбежно обра­ зуются некоторые дефекты. Детали, выдерживающие динами­ ческие нагрузки, должны быть изготовлены из материалов с более однородной структурой, чем детали, испытывающие лишь статические нагрузки.

Воснову научного метода контроля качества материалов полуфабрикатов и изделий должно быть положено описание дефектов, установление их характера и их классификация, уста­ новление причин дефектов и нахождение методов борьбы с ни­ ми, определение степени опасности дефектов для данных усло­ вий эксплуатации и методы обнаружения дефектов (дефекто­ скопия) .

Впрактике известен ряд способов физических методов контроля изделий без их разрушения. Для оценки влияния величины дефекта на эксплуатационные свойства деталей машин надо в первую очередь определить роль неметаллических включений в различных условиях эксплуатации, влияние воло­