Устройство для испытания стальных шариков на сжатие до разрушения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТАЛЬНЫХ ШАРИКОВ НА СЖАТИЕ ДО РАЗРУШЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Алифанов Александр Викторович Милюкова Анна Михайловна Чудакова Ирина Леонидовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для испытания стальных шариков на сжатие до разрушения, содержащее пресс, записывающее устройство, два пуансона с коническими углублениями, отличающееся тем, что дополнительно содержит фиксатор, состоящий из собранных коаксиально полиэтиленовой трубки, вставки из пористой резины, стального корпуса.(56) 1. Кане М.М. Основы научных исследований в технологии машиностроения. - Мн. Вышэйшая школа, 1987. - 231 с. (С. 122-129). 2. Подшипники качения. Шарики. Технические условия ГОСТ 3722-81. - Введ. 17.04.1981. - М. Госкомитет СССР по стандартам, 1981. - 14 с. (прототип). Устройство относится к испытательной технике в области металлообработки, в частности к устройствам для определения физико-механических свойств материалов, и может быть использовано для испытания закаленных стальных шариков на сжатие до разрушения. При изготовлении шарикоподшипников для получения качественной продукции обязательно применяется селективная сборка, целью которой является подбор для каждого подшипника комплекта шариков, размеры и прочностные свойства которых не выходят за пределы заданных допусков. Прочностные характеристики шариков определяют с помощью испытания на сжатие трех шариков, расположенных вертикально друг на друге по одной оси. Сжатие производится в специальном устройстве до разрушения одного из шариков. Если шарики в одном комплекте будут иметь разную прочность, выходящую за допускаемые пределы, это приведет к преждевременному выходу из строя всего шарикоподшипника из-за заклинивания или поломки. Поэтому актуально проведение массовых прочностных испытаний шариков с повышением их точности и уменьшением трудоемкости. Для испытаний на сжатие чаще всего используют гидравлические прессы типа ПММ 125, ПММ-250, ПММ-500, ПММ-1000 1. В станину пресса встроены две горизонтальные плоские плиты - нижняя неподвижная, верхняя подвижная. Прессы снабжены устройствами для измерения и записи прилагаемых усилий. На плитах изготавливаются прорези типа ласточкин хвост для закрепления различных приспособлений, необходимых для осуществления испытаний различных образцов, конструкций из различных материалов. Как правило, применяют квадратные или цилиндрические пуансоны с плоскими рабочими поверхностями. Один из пуансонов крепится к нижней (неподвижной) плите, другой - к верхней (подвижной). При этом добиваются, чтобы плоские рабочие поверхности пуансонов были строго параллельны друг другу. С помощью таких пуансонов можно испытывать образцы различной формы, в том числе и сферической. К недостаткам можно отнести то, что сферические тела (шарики) можно испытывать только в единственном числе. Поскольку в одном комплекте для подшипника шарики должны быть с одинаковой прочностью, их испытания необходимо проводить таким образом, чтобы в специальное устройство одновременно 3 шарика устанавливались вдоль вертикальной оси друг на друга, после чего они подвергаются сжатию до разрушения одного из шариков. Наиболее близким к предложенной полезной модели, ее прототипом, является устройство испытания стальных шариков на сжатие, состоящее из нижнего и верхнего цилиндрических пуансонов, на рабочих плоских торцах которых изготовлены сферические или конические углубления 2. Пуансоны соответственно крепятся к неподвижной нижней и подвижной верхней плите испытательного пресса. Между пуансонами устанавливаются 3 шарика, выставленные друг на друга вдоль вертикальной оси, при этом верхний и нижний шарики упираются в соответствующие углубления пуансонов, что придает им определенную устойчивость. Средний шарик придерживается рукой испытателя до начала движения верхней плиты с установленным на ней пуансоном. После приложения к верхней плите определенного усилия с помощью гидравлического механизма пресса один из шариков разрушается. Фиксация усилия, прикладываемого к верхней плите, и момента разрушения производится с помощью записывающего устройства. Главным недостатком прототипа является частое выскакивание шарика в процессе сжатия из-за нарушения их соосности, что приводит к срыву испытания, а также к воз 2 88342012.12.30 можному травмированию рабочего, проводящего испытания. Кроме того, при ручном режиме установки и удерживании в процессе сжатия центральный шарик отклоняется от общей вертикальной оси, что приводит к отклонению от реальных значений прочности при его разрушении и снижению достоверности испытаний. В результате для обеспечения достоверности необходимо значительно увеличивать количество испытаний. Технической задачей предложенной полезной модели является обеспечение надежности и достоверности испытаний шариков на прочность при разрушении. Поставленная задача решается за счет того, что устройство для испытания стальных шариков на сжатие до разрушения, содержащее пресс, записывающее устройство, два пуансона с коническими углублениями, дополнительно содержит фиксатор, состоящий из собранных коаксиально полиэтиленовой трубки, вставки из пористой резины, стального корпуса. Сущность заявленного технического решения заключается в обеспечении надежного соосного базирования испытываемых шариков. Заявляемое устройство позволяет надежно зафиксировать положение шариков вдоль одной оси. В полиэтиленовую трубку устанавливаются стальные шарики для испытания на сжатие до разрушения, стенки трубки эластичны и не являются препятствием для расширения шарика при разрушении. Для придания устойчивости трубке она устанавливается в трубку из пористой резины, которая расположена в цилиндрическом отверстии стального корпуса. Данная вставка служит также для создания мягкой амортизирующей прослойки между корпусом и полиэтиленовой трубкой. В заявляемой полезной модели фиксатор стальных шариков позволяет обеспечить надежное базирование за счет лишения шариков дополнительных степеней свободы по сравнению с прототипом. Также он предотвращает возможность выскальзывания среднего шарика в процессе сжатия. В случае выскакивания, которое происходит при испытании на устройстве-прототипе, этот шарик не должен далее использоваться в испытаниях из-за полученных деформаций, что приводит к увеличению количества испытанных образцов и к увеличению количества проводимых испытаний. Кроме того, в случае даже незначительного отклонения от вертикальной соосности центрального шарика показатели прочности при разрушении будут значительно отличаться от фактических. Благодаря наличию фиксатора обеспечивается строгая соосность всех шариков и безопасность при проведении испытаний, так как его конструкция препятствует выскакиванию центрального шарика и разбросу осколков разрушенных образцов. На фиг. 1 показана схема прототипа, который включает пуансоны 1, 2 с коническими углублениями, между которыми устанавливаются три шарика. Заявляемое техническое решение показано на фиг. 2. Цифрами на чертеже обозначены 3 - верхний пуансон, 4 - стальной корпус, 5 - вставка из пористой резины, 6 - полиэтиленовая трубка, 7 - нижний пуансон. Фиксатор состоит из стального корпуса 4 и полиэтиленовой трубки 6, между которыми установлена вставка 5 из пористой резины для компенсации упругих деформаций шариков. Заявляемое устройство работает следующим образом. В фиксатор устанавливают три исследуемых стальных шарика соответствующего диаметра, нижний из которых опирается о рабочую часть нижнего пуансона 7 с коническим углублением. На верхний шарик опускают такой же пуансон с коническим углублением. Затем эту сборную конструкцию устанавливают на нижнюю плоскую плиту испытательной машины или пресса. С помощью пульта опускают верхнюю плоскую плиту до соприкосновения о плоскую расширенную часть верхнего пуансона. При этом включается механизм записи усилий сжатия Р. Сжатие шариков продолжают до разрушения одного из шариков. Таким образом, шарики, установленные друг на друга, надежно фиксируются вдоль оси, при этом полиэтиленовая трубка 6 и вставка 5, расширяясь под воздействием упругих деформаций шариков и разрушения одного из них, не препятствуют этим процессам. 3 88342012.12.30 Для сравнительного анализа были проведены испытания стальных шариков трех номинальных диаметров на сжатие до разрушения в устройствах, изготовленных в соответствии с заявленной полезной моделью и описанном в прототипе. Результаты испытаний приведены в таблице. Номинальный Количество диаметр испытаний,шарика, мм шт. 5,556 20 10,319 20 15,081 20 При проведении испытаний в устройстве-прототипе только около 50 испытаний закончились успешно, т.е. один из шариков был доведен до разрушения. В других случаях средний шарик выскакивал при опускании верхней плиты из-за нарушения соосности. Все испытания в заявляемом устройстве прошли успешно - с разрушением шарика. Выпадение шариков не произошло благодаря конструкции устройства. Таким образом заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность и достоверность испытаний за счет фиксации шариков. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4