WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 24 | 25 || 27 | 28 |   ...   | 42 |

Эффективность разработанного способа, по сравнению с известными экспериментальными методами оценки активационных характеристик материалов [65, 207, 221], заключается в том, что снижаются затраты электроэнергии за счет использования неэнергоемкого лабораторного оборудования (микротвердомер и машины трения общей мощностью менее 1 кВт) вместо машин для испытания на длительную прочность мощностью до десятков киловатт и длительностью испытаний в сотни часов; уменьшаются материальные расходы на изготовление образцов за счет многократного использования одних и тех же образцов (после удаления модифицированного поверхностного слоя); сокращается длительность испытаний (один эксперимент занимает около 1520 мин).

Полученные результаты испытаний подвергают оценке методами статистического анализа [136]. Необходимость регламентирования погрешности при оценке величины энергии активации разрушения обусловлена тем, что для расчетов изнашивания разброс величины u не должен превышать 5% во избежание серьезных ошибок в расчетах скорости изнашивания.

Статистический анализ экспериментальных результатов, полученных при испытаниях стальных медных, алюминиевых, титановых и др. образцов, показал, что рассеяние результатов подчиняется нормальному закону распределения и в большинстве случаев для получения оценки энергии активации разрушения оказывается достаточной серия испытаний, состоящая из трех царапин.

3.8.8. ТРЕХМОДУЛЬНЫЙ СКЛЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС Более широкими функциональными возможностями по сравнению с микротвердомером ПМТ-3 обладает трехмодульный лабораторный комплекс (опытная конструкция комплекса разработана в НТЦ «Надежность» в 2003 г.), в который помимо склерометрического и измерительного блоков интегрирован шлифовальный узел для подготовки шлифа на поверхности испытываемых образцов [226]. Диагностический программно-аппаратурный комплекс (рис. 3.33) содержит блок управления и обработки информации, аппаратурная часть которого содержит компьютер и блок управления диагностическим модулем 5. Основными сборочными единицами склерометрического модуля являются: несущий узел 6, шлифовальная головка 1, склерометрический узел 2, измерительный микроскоп 3.

Несущий узел включает станину, стойку, револьверную головку, кронштейн для крепления шлифовальной, склерометрической и измерительной головок, устройство подъема и опускания револьверной головки и устройство фиксации головки в заданном положении.

Станина представляет собой корпусную отливку, на которой жестко установлена цилиндрическая стойка, располагаемая перпендикулярно зеркалу предметного столика. На стойке крепится револьверная головка, позволяющая путем поворота быстро менять позиции модуля, последовательно размещая над испытываемым участком поверхности шлифовальную, склерометрическую и измерительную головки. В рабочих позициях модуля револьверная головка снизу поджимается резьбовым кольцом, а сверху стягивается хоРис. 3.33. Основные узлы программномутом. При смене позиций верхаппаратурного комплекса:

ний хомут ослабляется, головка 1 – блок подготовки шлифа; 2 – автоматическое поднимается на 30 мм относиустройство для склерометрирования – нанесения микроцарапин и оценки работы, тельно нижнего кольца и после затраченной на деформирование материала;

поворота в новую позицию опус3 – оптико-электронный блок для измерения паракается до соприкосновения с метров полученных борозд;

4 – компьютер с программным обеспечением;

кольцом и вновь стягивается хо5 – блок автоматического управления;

мутом.

6 – несущий узел Шлифовальная головка соn = 12000 мин- держит электрошпиндель ( ), устройства для установки и подачи шлифовального круга на глубину шлифования, устройства продольной подачи шлифовального круга. На шпинделе установлен алмазный шлифовальный круг диаметром 50 мм. Головка используется для подготовки шлифа с требуемыми характеристиками по геометрии и шероховатости. Для этого головку устанавливают над диагностируемым участком перпендикулярно оси шпинделя. Шлифование поверхности производится торцевой плоскостью чашечного алмазного круга.

Возвратно-поступательное перемещение (выхаживание) головке сообщается вручную по направляющей, распложенной на несущем узле.

Склерометрическая головка включает устройство для измерения нормальной и касательной нагрузки на индентор (алмазную пирамиду Виккерса) при царапании, устройство для измерения величины нормального перемещения индентора, устройство подъема-опускания головки, устройство подъема-опускания индентора, привод перемещения индентора в касательном направлении. Нагружение индентора обеспечивается пружиной, сдавливаемой винтовым механизмом. При этом пружина давит на индентор через динамометрическое полукольцо с тензодатчиком для измерения нагрузки, приложенной на индентор. Нагруженный индентор опускается и внедряется в поверхность.

Перемещение и скорость внедрения индентора измеряются индуктивным датчиком. Подъем и опускание индентора обеспечивается рукояткой, приводящей в действие кулачковый механизм, действующий на шток. Измерение силы сопротивления царапанию производится с помощью тензодатчиков.

Измерительная головка оснащена бинокулярным оптическим медицинским микроскопом типа МИКМЕД вар. 2-20, который оснащен тремя сменными объективами с увеличением соответственно 150*, 600* и 1250*, закрепленными на револьверной головке. Для возможности выполнения измерений в условиях низкой освещенности в конструкцию головки включено устройство подсветки обозреваемой области. Один из окуляров может сменяться оптическим микрометром для возможности измерения геометрических характеристик царапин. Грубая фокусировка производится гайкой на стойке, тонкая – микрометрическим винтом на стойке приборного столика, а также штатными механизмами микроскопа. Перемещение головки от одной царапины к другой производится вручную при помощи микровинтов.



Блок обработки информации включает: компьютер, программное обеспечение, базу данных по результатам экспериментов и расчетов, блок управления склерометрическим модулем (программируемое устройство хранения / передачи информации).

При проведении эксперимента на лабораторный столик диагностического модуля (ДМ) устанавливают испытываемый образец и фиксируют его в зажимном устройстве. Выбранный участок для контроля последовательно обрабатывается исполнительными узлами, закрепленными на револьверной головке прибора. Вначале производится подготовка поверхности к испытаниям при помощи шлифовального узла, затем на подготовленном шлифе производят оттеснение микроцарапин с одновременным контролем совершенной работы деформации при помощи склерометрического узла, далее производится оценка геометрических параметров полученных отпечатков для возможности определения количества деформированного материала при помощи измерительного узла, содержащего бинокулярный микроскоп с оптическим микрометром, и встроенной видеокамеры. При помощи измерительного узла имеется возможность непосредственной передачи изображений отпечатков в компьютер и их сохранения для последующей автоматизированной обработки экспериментальных результатов и оценки микротвердости по Виккерсу и энергии активации пластической деформации.

Для автоматизированной оценки микротвердости и энергии активации разработана программа bmp.exe, интерфейс которой показан на рис. 3.34. Программа позволяет измерять размеры полученных изображений отпечатков, по которым производится расчет характеристик поверхностного слоя с возможностью статистической обработки экспериментальных результатов при доверительных вероятностях P = д 0,99; 0,95 или 0,9.

Сбор данных с датчиков о затраченной энергии деформации, глубине внедрения и нагружении индентора производится по заданной программе. Для этого используется электронное устройство – блок управления модулем, который является автономно функционирующей частью блока обработки информации и служит для автоматизации сбора, хранения и передачи экспериментальных данных в компьютер, а также привода электрических устройств модуля. Программы предполагают статистическую обработку результатов, ведение систематизированной базы данных о характеристиках пластичности материалов, а также расчеты для оценки остаточного ресурса путем сравнения достигнутого и допустимого уровня потери пластичности.

Рис. 3.34. Интерфейс программы для автоматизированной оценки микротвердости и энергии активации пластической деформации поверхностных слоев 3.9. ОЦЕНКА ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ СКЛЕРОМЕТРИРОВАНИИ С ФИКСИРОВАННЫМ ЗАГЛУБЛЕНИЕМ ИНДЕНТОРА Значительно упростить процедуру испытания можно при склерометрировании с постоянной величиной заглубления индентора. В этом случае устраняется необходимость измерения объема микродеформации поверхностного слоя и, соответственно, применения оптических устройств, повышающих стоимость и вес склерометров и усложняющих испытания. При этом вместо измерения размеров микродеформации поверхностного слоя необходимо осуществить лишь оценку тангенциальной силы сопротивления деформации при царапании, техническая реализация которой не представляет проблем.

Для реализации разработанной методики в НТЦ «Надежность» СамГТУ был разработан опытный образец малогабаритного переносного склерометра [114, 115] для экспрессной оценки энергии активации разрушения поверхностного слоя на плоских поверхностях (рис.

3.35). В данной конструкции удалось многократно снизить массогабаритные параметры устройства, уменьшить число его органов управления и датчиков. Постоянство глубины внедрения индентора в поверхностный слой в данной модели склерометра обеспечивает базирующая шайба, которая при царапании перемещается вместе с индентором по исследуемой поверхности (скользит по ней) и совместно с индентором огибает все неровности профиля.

Особенностью данной конструкции склерометрического модуля (рис. 3.35, а) является то, что за одно движение оператора (нажатие на кнопку) автоматически и последовательно осуществляются три действия: 1) плавное опускание индентора к исследуемой поверхности, 2) внедрение индентора в поверхностный слой на заданную глубину, 3) пропахивание индентором поверхности на заданное расстояние и с постоянной глубиной внедрения.

а б Рис. 3.35. Схема (а) и общий вид (б) малогабаритного склерометрического модуля Склерометрический модель содержит корпус 1 с тремя магнитными опорами 2 и тремя базирующими винтами (на схеме не показаны) для фиксации склерометра на исследуемой поверхности. В центральное отверстие корпуса 1 вставляется датчик, состоящий из базирующей втулки 12, измерительного стержня 11, к лыскам которого приклеены тензодатчики 4, а в нижней части прикреплен индентор 14. Вершина индентора выступает относительно нижнего торца базирующей втулки на заданное расстояние, соответствующее требуемой глубине пропахивания материала (единицы микрометров). К лыскам базирующей втулки с одной стороны прикреплены две плоскопараллельные пружины 4, а с другой – клин 10. На корпус надевается кнопка 2 таким образом, чтобы прикрепленный к ее внутренней поверхности ответный клин 9 вошел в паз корпуса и соприкоснулся с клином 10 датчика. Сверху к измерительному стержню прикреплен регулировочный винт 8, обеспечивающий подъем датчика с кнопкой относительно корпуса в нерабочем состоянии модуля в верхнее положение, задаваемое ограничительным винтом (на схеме условно не показан), за счет компенсационной пружины 6, опирающейся нижней частью на планку 5, жестко прикрепленную к корпусу 1.





Склерометр связан с блоком обработки информации, включающим автономную переносную микроконтроллерную систему сбора данных, обеспечивающую предварительную обработку и передачу экспериментальных результатов в базу данных персонального компьютера.

Методика испытаний содержит следующие этапы. Сначала исследуемую поверхность подготавливают к испытаниям путем полировки и доводки локального участка поверхности. Если необходимо оценить свойства материала трущихся поверхностей, то образец (или деталь) перед испытаниями прирабатывают на машине трения в режимах, соответствующих эксплуатационным. Склерометр устанавливают на подготовленный участок поверхности испытываемой детали, фиксируя его при помощи магнитных опор 2. Затем плавно и равномерно нажимают на кнопку 3. При этом под действием нагружающей пружины 7 (более жесткой, чем компенсационная пружина 6) датчик начнет плавно опускаться на исследуемую поверхность до внедрения индентора на заданную глубину. При дальнейшем опускании кнопки датчик, прижатый к поверхности, произведет касательное перемещение на заданное расстояние за счет толкающего действия ответного клина 9 на клин 10. На протяжении всего пропахивания материала поверхностного слоя глубина внедрения индентора сохраняется постоянной, что обеспечивает условие постоянства количества вытесняемого материала. При склерометрировании сигналы с тензодатчиков поступают в блок обработки информации, где производится расчет энергии активации пластической деформации и сохранение результатов испытаний. При отжатии кнопки все происходит в обратном порядке.

Далее модуль перемещают на новый участок испытываемой поверхности, где вновь повторяют операцию склерометрирования. Таким образом склерометрирование повторяют определенное количество раз, требуемое для обеспечения необходимой точности измерений касательной силы. Затем при помощи блока обработки информации усредняют экспериментальные данные и рассчитывают энергию активации поверхностного слоя как отношение измеренной и усредненной касательной силы к площади поперечного сечения, образуемой при склерометрировании борозды, которая заранее рассчитывается исходя из геометрии вершины индентора и величины его заглубления при испытаниях и сохраняется в памяти микроконтроллера. Расчет энергии активации производится по формуле (3.21).

Аналогичный принцип действия реализован в другой опытной конструкции склерометрического модуля (рис. 3.36), разработанного НТЦ «Надежность» при содействии ОАО «СПЗ» для испытаний Рис. 3.36. Схема и общий вид крупногабаритных деталей (колец подшипсклерометрического модуля ников и роликов). Специализированное для диагностики устройство создано для диагностики сварцилиндрических поверхностей ных швов трубопроводов, для этого он содержит регулируемые опоры, магнитные прихваты, механизмы продольного и поперечного перемещения склерометрического узла [66, 76, 77, 80, 112].

4. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ До 80% всех перемещений между элементами современных машин происходят в условиях контактного взаимодействия. Подвижные сопряжения в процессе работы машин не только испытывают на себе влияния внешних воздействий, но и генерируют собственные тепловые поля, поля напряжений и деформаций, динамические возмущения, распространяющиеся далеко за пределы области непосредственного контакта. Все это создает сложную картину перераспределения выделяемой при трении энергии. Частично она рассеивается в пространстве в виде тепловой и акустической эмиссии; частично запасается в объеме деталей, вызывая их тепловые и механические деформации, оказывающие негативное влияние на выходные параметры машины; оставшаяся часть энергии контактного взаимодействия поглощается в поверхностных слоях сопряженных деталей и сопровождается повышением плотности дефектов, сосредоточением сдвиговых деформаций, концентрацией напряжений, ростом температуры, активацией физико-химического взаимодействия поверхности со средой, которые в совокупности определяют интенсивность усталостной деградации и кинетику изнашивания материалов деталей машин.

В данной главе приведены результаты экспериментальных исследований кинетики повреждаемости и разрушения поверхностных слоев при различных видах усталости для выявления общих закономерностей этого процесса и обоснования физической и расчетной моделей, описывающих кинетику усталостной повреждаемости конструкционных материалов. В качестве объектов исследования выбраны три наиболее характерных для современных машин вида повреждаемости: усталостное изнашивание при трении скольжения, контактная усталость при циклических ударных нагрузках и объемная усталость, развивающаяся под действием вибрационных нагрузок.

4.1. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ УСТАЛОСТНОГО ИЗНАШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В комплексное экспериментальное исследование кинетики усталостного изнашивания конструкционных материалов были включены:

анализ динамических свойств изнашиваемых стыков; исследование кинетики изменения микротвердости и накопления запасенной энергии пластической деформации тонких поверхностных слоев; оценка активационных параметров разрушения материалов методом склерометрии.

Pages:     | 1 |   ...   | 24 | 25 || 27 | 28 |   ...   | 42 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.