установка для испытания высокоэластичных материалов на изнашивание в условиях косого удара

Формула изобретения

Установка для испытания высокоэластичных материалов на изнашивание в условиях косого удара, содержащая устройство для нанесения удара в виде диска с инденторами, ударяющими по изнашиваемому образцу, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде кривошипно-шатунного механизма с качающимся ползуном, имеющим возможность перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях для получения заданной шатунной кривой, являющейся траекторией движения индентора при нагружении испытываемых образцов резин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам, позволяющим моделировать ударное воздействие твердой абразивной частицы для выяснения закономерностей ударного взаимодействия и разрушения частицы и поверхности высокоэластичного материала (например, резины) и механизма его изнашивания. Основная область применения изобретения - это научные исследования для развития теории изнашивания эластомеров.

Известна установка для исследования изнашивания сталей и сплавов при ударе (Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механическое изнашивание сталей и сплавов: Учебник для вузов. - М.: Недра, - 1996, стр.123), в которой при работе двигателя за счет кривошипно-шатунного механизма создается возвратно-поступательное движение ползуна. На ползуне установлен образец, который при обратном ходе ползуна ударяет по наковальне, вследствие чего происходит его изнашивание. Конструкция позволяет реализовать ударное нагружение образца, но недостатком этой конструкции является то, что возможен только прямой удар, т.е. под углом 90° к поверхности.

Установка для изучения износостойкости резин при усталостном процессе изнашивания (А.с. СССР №195182, 1966 г.) имеет образец резины, закрепленный в струбцине, позволяющей прижать образец к вращающемуся диску с заданной нагрузкой. На диск специальной конструкции наматывается проволока, в результате по периметру диска образуются выступы, равные диаметру проволоки. При вращении диска эти выступы позволяют создавать циклическое деформирование поверхностного слоя, результатом которого является усталостное разрушение поверхностного слоя резины. Установка позволяет моделировать косой удар, т.е. под углом к поверхности резины.

Недостатком данной установки является невозможность создавать большие углы атаки (40-80°). Установка не дает возможность соблюдать геометрическую аналогию с твердой частицей, потому что при наматывании проволоки получается выступ, который характеризуется значением двух радиусов: проволоки и кругового тора, образованного при перегибах проволоки на диске, а также физические закономерности ударного нагружения поверхности (время контакта, путь трения, характер относительного движения), что не позволяет обеспечить надежности выводов о механизме изнашивания резин и факторах, влияющих на интенсивность изнашивания.

Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая установка, является разработка конструкции, позволяющей моделировать единичный многократный косой удар твердой частицы по поверхности эластомера с высокой степенью приближения к реальным параметрам удара при неизменном положении пятна контакта при каждом ударе.

Поставленная задача решена за счет того, что конструкция установки в своей основе имеет кривошипный рычажный механизм с качающимся ползуном. За счет перемещения точки крепления ползуна по вертикали и по горизонтали, шатунной кривой конечной точки шатуна, на которой установлен индентор, можно задать траекторию, копирующую движение твердой частицы при ударе под углом от 0° до 80° к поверхности резины. Благодаря этому становится возможно соблюдение физического подобия процесса соударения по характеру относительного движения, величине пути трения, времени внедрения и ряду других параметров.

Сущность изобретения поясняется схемой установки (см. чертеж). На валу двигателя закреплен кривошип 1, приводящий в движение шатун 2. Второй точкой опирания шатуна служит качающийся ползун 3, который имеет возможность поворачиваться на своей оси в плоскости установки. Регулировочный винтовой механизм 4 позволяет смещать точку крепления ползуна в вертикальном направлении, а винтовой механизм 5 - в горизонтальном. Благодаря этому можно задать требуемую в эксперименте траекторию движения индентора 6 относительно резинового образца 7. Образец опирается на дополнительную прокладку 9 и металлическую шайбу 9, поддерживаемую пружиной 10. Предварительное сжатие пружины 10 осуществляется через шайбу 11 винтом 12 и набор регулировочных шайб 13.

Перед началом работы установки производится ее регулировка. Смещением качающегося ползуна 3 по вертикали за счет винтового механизма 4 выставляется путь трения 1 (чертеж, б), т.е. угол атаки ₁. Винтовой механизм 5 позволяет установить заданный угол внедрения ₁ и угол отскока ₂ (чертеж, в). Глубина внедрения индентора h (чертеж, в) устанавливается подбором толщины набора шайб 13. Винтом 12 за счет создания предварительного сжатия пружины достигается необходимая сила удара индентора по образцу. Если модуль упругости и твердость резинового образца отличаются от настроечного, то автоматически происходит уменьшение глубины внедрения за счет сжатия пружины. Благодаря этому можно изнашивать образцы с различными физико-механическими свойствами в одинаковых условиях силового нагружения с целью получения необходимой шатунной кривой индентора. Часть этой кривой представляет собой траекторию движения индентора в образце, копирующую траекторию движения частицы при косом ударе.