Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НОРМАЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ДЕТАЛИ И ИНДЕНТОРА ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НОРМАЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ДЕТАЛИ И ИНДЕНТОРА ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НОРМАЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ДЕТАЛИ И ИНДЕНТОРА ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к измерительной технике для определения контактной жесткости. Целью изобретения является повышение точности определения. Способ заключается в том, что поверхности детали и индентора радиусом Rпр с определенными геометрическими параметрами шероховатости и упругими константами материалов прижимают одна к другой с заданной силой P, нормальной к плоскости стыка, определяют остаточную и упругую части полного сближения и по их сумме - величину полного сближения α в контакте и коэффициент j нормальной контактной жесткости, при этом дополнительно определяют предел текучести sт , временное сопротивление σв и предельную равномерную деформацию εр материала детали при растяжении, с учетом которых определяют интенсивность εi,o упругопластичной деформации в центре упругопластического отпечатка по формуле с учетом указанных выше параметров. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2027984
Класс(ы) патента: G01N3/00
Номер заявки: 4927645/28
Дата подачи заявки: 07.03.1991
Дата публикации: 27.01.1995
Заявитель(и): Волгоградский политехнический институт
Автор(ы): Матлин М.М.
Патентообладатель(и): Волгоградский политехнический институт
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента нормальной жесткости деталей машин, выбора параметров обработки металлов поверхностным пластическим деформированием, а также в других случаях, когда необходимо определять сближение в упругопластическом контакте.
Известен способ определения коэффициента нормальной контактной жесткости экспериментальным путем, заключающийся в том, что к стыку шероховатых деталей прикладывают нормальную сжимающую нагрузку Р и измеряют возникающие при этом (вследствие внедрения микронеровностей) сближение в контакте α . Коэффициент нормальной жесткости контакта j определяют по формуле
j = или
j = . (1)
Недостатком этого способа является то, что полученные значения j справедливы только для тех условий (геометрические параметры микронеровностей, механические свойства и упругие константы материалов деталей), для которых проводилось измерение. Следовательно, при изменении этих условий необходимо вновь опытным путем определять соответствующие значения j.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся в том, что поверхности деталей с определенными геометрическими параметрами шероховатости и упругими константами материалов контактирующих деталей прижимают одна к другой заданной силой, нормальной к плоскости стыка деталей, и определяют величину сближения в контакте двух деталей в режиме упругопластической деформации и коэффициент нормальной контактной жесткости, измеряют пластическую твердость в зоне контакта, а величину сближения в контакте определяют по формуле
α=, (2) где Р - нагрузка;
Ao - номинальная площадь контакта;
hmax - максимальная высота выступа шероховатости;
b и ν - коэффициенты опорной кривой;
h - остаточная часть полного сближения в контакте;
НD - пластическая твердость;
Куп - коэффициент силового подобия.
Недостатком этого способа является то, что использование пластической твердости НD для определения остаточной части h полного сближения (глубины остаточного отпечатка) позволяет достоверно определять значения h лишь в узком диапазоне - до значений, не превышающих 0,16 Rпр.
Сущностью изобретения является то, что поверхности детали и индентора радиусом Rпр с определенными геометрическими параметрами шероховатости и упругими константами материалов прижимают одна к другой с заданной силой Р, нормальной к плоскости стыка, определяют остаточную и упругую части полного сближения и по их сумме - величину полного сближения α в контакте и коэффициент j нормальной контактной жесткости, при этом дополнительно определяют предел текучести σт, временное сопротивление σв и предельную равномерную деформацию εp материала детали при растяжении, с учетом которых определяют интенсивность εi,oупругопластической деформации в центре упругопластического отпечатка по формуле
εio= - , (3) а остаточную часть сближения h в центре контакта определяют с учетом εi,o по формуле
h = Rпр-R2пр- 1,77PRK1+ +
+, (4) где μ1 - коэффициент Пуассона для материала индентора;
μ2 - коэффициент Пуассона для материала детали;
К1 - константа упругости материала индентора;
К2 - константа упругости материала детали;
m = m = - коэффициент, зависящий от механических характеристик материала детали.
Отличительными признаками изобретения является то, что дополнительно определяют предел текучести σт , временное сопротивление σв и предельную равномерную деформацию εp материала детали при растяжении, с учетом которых определяют интенсивность εi,oупругопластической деформации в центре упругопластического отпечатка по формуле (3), а остаточную часть сближения h в центре контакта определяют с учетом εi,o по формуле (4).
Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа и новые взаимосвязи, установленные между механическими свойствами материала детали σт, σвp, упругими константами детали и индентора, а также геометрическими размерами контактирующих тел, позволили определить интенсивность εi,o упругопластической деформации в центре упругопластического отпечатка и с ее учетом предложить формулу для определения остаточной части сближения h, справедливую в широком диапазоне глубин внедрения индентора. Таким образом предлагаемый способ позволяет повысить точность определения полного сближения α , а следовательно, повысить точность определения коэффициента нормальной жесткости упругопластического контакта индентора двоякой кривизны.
Способ реализуется следующим образом.
Определяют приведенный радиус кривизны Rпр детали и индентора
Rпр = , (5) где A и В соответственно меньшая и большая из следующих двух сумм
A = ± B = ± , (6) знаки "+" и "-" относятся соответственно к случаям контакта индентора с деталью, сечение которой в данной плоскости кривизны ограничено выпуклым или вогнутым контурами;
R1,1, R2,1 - радиусы кривизны индентора;
R1,2, R2,2 - радиусы кривизны детали в сечениях двумя главными плоскостями кривизны;
nр, nб - коэффициенты, зависящие от соотношения главных кривизн A/B.
Определяют для материала детали предел текучести σт , временное сопротивление σв , предельную равномерную деформацию εp . Для этого из материала детали изготавливают стандартный образец для испытания на растяжение и проводят испытание согласно ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытания на растяжение".
Определяют для заданной нагрузки Р на индентор значение интенсивности пластической деформации εi,o в центре упругопластического отпечатка по формуле (3), а остаточную часть сближения h в центре контакта определяют с учетом εi,o по формуле (4). В формулах (3) и (4) константы упругости К1 и К2 определяют как
K1,2 = , (7) где μ и Е - коэффициент Пуассона и модуль нормальной упругости (индексы 1 и 2 относятся соответственно к материалу индентора и детали).
Определяют упругую часть сближения αy из уравнения
αу = , (8) и полное сближение в контакте
α= h+αy, (9) а затем по одной из формул (1) определяют коэффициент нормальной жесткости упругопластического контакта.
П р и м е р. Определение коэффициента нормальной жесткости упругопластического контакта индентора двоякой кривизны провели на деталях, изготовленных из стали 20 ( σт = 247 МПа, σв = 480 МПа, εp = 0,198) и стали 45 ( σт= 480 МПа, σв = 770 МПа, εp = =0,21). Индентор был изготовлен из стали ШХ-15 и имел приведенный радиус кривизны Rпр = 2,5 мм. Упругие константы материала индентора и деталей: μ12= 0,28, Е1= = Е2 = 2˙105 МПа. Для каждого значения нагрузки по формуле (3) определяли величину интенсивности εi,o упругопластической деформации в центре упругопластического отпечатка, а по формуле (4) остаточную часть сближения h в центре контакта. Результаты представлены в табл. 1. Там же приведены значения глубин hп остаточных отпечатков, определенные по способу-прототипу, согласно которому
hп = Р/2πRпр˙НD, (10) где HD - пластическая твердость детали (для стали 20 HD-1236 МПа, для стали 45 НD-2400 МПа).
В табл. 1 внесены также измеренные экспериментально глубины hэостаточных отпечатков. В табл. 2 сопоставлены значения полного сближения и коэффициента нормальной контактной жесткости, определенные по предлагаемому способу, способу-прототипу и найденные экспериментально. Как видно из табл. 1 и 2, погрешность предлагаемого способа составляет около 5% по сравнению с данными эксперимента, в то время как по способу-прототипа (при значениях h > 0,16 Rпр) погрешность достигает 30% и более.
Результаты экспериментальной проверки свидетельствуют о пригодности предлагаемого способа для практического использования.
Формула изобретения: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НОРМАЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО КОНТАКТА ДЕТАЛИ И ИНДЕНТОРА ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ радиусом Rпр, по которому поверхности детали и индентора с определенными геометрическими параметрами шероховатости и упругими константами материалов прижимают друг к другу с заданной силой P, нормальной к плоскости стыка, определяют остаточную и упругую части полного сближения и по их сумме - величину полного сближения α в контакте и коэффициент j нормальной контактной жесткости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении, дополнительно определяют предел текучести sт, временное сопротивление σв и предельную равномерную деформацию εр материала детали при растяжении, с учетом которых определяют интенсивность εio упругопластической деформации в центре упругопластического отпечатка по формуле

а остаточную часть сближения h в центре контакта определяют с учетом εio по формуле


где μ1 - коэффициент Пуассона для материала индентора;
μ2 - коэффициент Пуассона для материала детали;
K1 - константа упругости материала индентора;
K2 - константа упругости материала детали;
- коэффициент, зависящий от механических характеристик материала детали.