ГОСТ ИСО 7905-4-99
Подшипники скольжения. Усталость подшипников скольжения. Испытания полувкладышей из металлического многослойного подшипникового материала

ГОСТ ИСО 7905-4-99

 

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ.
УСТАЛОСТЬ ПОДШИПНИКОВ
СКОЛЬЖЕНИЯ

Испытания полувкладышей из металлического
многослойного подшипникового материала

 

 

 

 

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Минск

 

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (Протокол № 15 от 28 мая 1999 г.)

За принятие проголосовали:

Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст международного стандарта ИСО 7905-4-95 «Подшипники скольжения. Усталость подшипников скольжения. Часть 4: Испытания полувкладышей из металлического многослойного подшипникового материала»

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 14 декабря 1999 г. № 510-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 7905-4-99 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2000 г.

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСТ ИСО 7905-4-99

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ.

УСТАЛОСТЬ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Испытания полувкладышей из металлического многослойного подшипникового материала

Plain bearings. Bearing fatigue.

Дата введения 2000-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод определения предела выносливости при усталости полувкладышей из многослойных подшипниковых материалов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована ссылка на ГОСТ ИСО 7905-3-99. Подшипники скольжения. Усталость подшипников скольжения. Испытание гладких полос из металлического многослойного подшипникового материала

3 Образцы для испытания

В качестве образцов для испытания используют готовые полувкладыши. Как результат условий нагружения главные напряжения локализуются в верхней части подшипника. Не допускаются механические повреждения поверхности образца или повреждения вследствие коррозии до и в процессе испытания.

Преимуществом этого метода испытания является наличие остаточных напряжений, связанных с процессом производства подшипников.

4 Методы испытаний

Схема испытания приведена на рисунке 1.

Образцы крепят за один конец, а через свободный конец передают нагрузку, контролируемую по усилию или перемещению, приложенных радиально с эксцентриситетом относительно линии разъема. Нагрузка должна изменяться от растяжения к сжатию в пределах рабочей поверхности. Для оценки зависимости от средних напряжений дополнительно могут быть приложены предварительные напряжения растяжения или сжатия. Испытательное оборудование располагают в камере, содержащей смазку при заданной температуре с точностью ±2 °С. Испытания могут быть проведены альтернативно в среде воздуха при заданной температуре с точностью ±2 °С.

Напряжения при изгибе измеряют с помощью тензодатчика на основе подшипника в верхней его части (средней периферической длине). Требуемое напряжение в антифрикционном слое может быть рассчитано, если известны толщины стальной основы и антифрикционного слоя и модули Юнга.

Альтернативно радиальное усилие в закрепленном конце может быть измерено с помощью камеры нагрузки или рассчитано по теории консольной балки, а нагружение в антифрикционном слое рассчитано в соответствии с приложением А.

Эти значения критически зависят от толщин стальной основы и антифрикционного слоя, которые определяются с помощью микрошлифов после испытаний. Частота испытания должна составлять 50 - 80 Гц. Обнаружение трещины осуществляют с помощью метода проникающих красителей или с помощью микроскопа.

1 - корпус; 2 - гидравлический цилиндр; 3 - передаточный вал; 4 - уплотнение; 5 - камера для образца; 6 - лента нагревателя; 7 - испытательная жидкость; 8 - полувкладыши; 9 - навесное зажимное устройство; 10 - камера нагрузки; 11 - ролики на радиальной линии; 12 - поворотное зажимное устройство

Рисунок 1 - Схема испытания

Амплитуда нагружения контролируется усилием sin(ωt), где  - среднее усилие, F_A - амплитуда усилия, ω - угловая скорость, t - время, или перемещением sin(ωt), где  - среднее перемещение, δ_А - амплитуда перемещения. Для обнаружения возникновения трещины в более толстых слоях может быть использована обработка данных тензодатчиков, чтобы определить начало разрушения (ГОСТ ИСО 7905-3).

5 Оценка и представление результатов

Напряжения предела выносливости должны быть представлены в форме кривых σ_el - N при предварительно определенной температуре (±2 °С) относительно детального описания подшипникового материала. Испытание для получения этой кривой прекращают при циклах нагружения 50 ´ 10⁶. Напряжение предела выносливости может быть оценено при заданном числе циклов, например 3 ´ 10⁶, 10 ´ 10⁶, 25 ´ 10⁶ или 50 ´ 10⁶. Образец, не подвергшийся разрушению при усталостном испытании до заданного предела, указывают в отчете.

Вследствие разброса результатов испытания и статистического характера предела усталости рекомендуется полученные результаты оценивать на основе статистического метода.

Напряжения предела выносливости могут быть представлены также с помощью диаграммы Хейга, на которой амплитуду напряжений указывают относительно среднего напряжения.

Металлографическое исследование должно обеспечить детальное описание механизма разрушения, коррозионного повреждения и диффузии в результате термических эффектов.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕНИЙ

А.1 Система полувкладышей описана на рисунке А.1 через радиальный размер r₁, толщину s₁ и связана с модулем Юнга Е_2,0 = 50 ´ 10⁶ МПа и номинальным напряжением σ_ном.

Рисунок А.1 - Система вкладыша

Оценка напряжений для двухслойного подшипника дана на рисунке А.2. Аппроксимация для напряжения в антифрикционном слое трехслойного подшипника также показана на рисунке А.2.

А.2 Ниже приведены условные обозначения:

А₁ - коэффициент напряжения на основе подшипника;

a_1,i - 3 коэффициента на наружной стороне основы подшипника с i = 0, 1, 2;

А₂ - коэффициент напряжения на поверхности антифрикционного слоя;

a_2,i - 3 коэффициента на поверхности антифрикционного слоя с i = 0, 1, 2;

b - ширина подшипника, мм;

B₁ - коэффициент напряжения на основе подшипника;

b_1,i - 3 коэффициента на наружной стороне основы подшипника с i = 0, 1, 2;

В₂ - коэффициент напряжения на поверхности антифрикционного слоя;

b_2,i - 3 коэффициента на поверхности антифрикционного слоя с i = 0, 1, 2;

Е - модуль Юнга, МПа;

Е* - безразмерный модуль Юнга (E* = E₂/E_2,0);

Е₁ - модуль Юнга, стальная основа подшипника, МПа (Е₁ = 210 ´ 10³);

Е₂ - модуль Юнга, антифрикционный слой, Па;

E_2,0 - модуль Юнга для рисунка А.2, МПа (E_2,0 = 50 ´ 10³);

Е₃ - модуль Юнга, рабочий антифрикционный слой, Па;

F - радиальное усилие, Н;

r₁ - наружный радиус стальной основы подшипника, мм;

r₂ - радиус поверхности раздела между основой подшипника и антифрикционным слоем, мм;

r₃ - радиус рабочей поверхности (толщина рабочего антифрикционного слоя незначительна), мм;

s - общая толщина подшипника, мм;

s* - безразмерная общая толщина (см. рисунок А.1);

s₁ - толщина стальной основы, мм;

s₁* - безразмерная толщина стальной основы (см. рисунок А.1);

t - время, с;

σ - напряжение, Па;

σ* - безразмерное напряжение (σ* = σ/σ_ном);

σ_el - напряжение предела выносливости, Па;

σ_ном - номинальное напряжение, Па;

σ₁ - напряжение на наружной стороне основы подшипника, МПа;

σ₁* - безразмерное напряжение в стальной основе подшипника;

σ₂ - напряжение на поверхности антифрикционного слоя, МПа;

σ₂* - безразмерное напряжение, поверхность антифрикционного слоя;

σ₃ - напряжение в рабочем антифрикционном слое, Па;

σ₃* - безразмерное напряжение, рабочий антифрикционный слой;

 - средний радиус, мм;

v₁ - коэффициент Пуассона, стальная основа подшипника;

v₂ - коэффициент Пуассона, антифрикционный слой;

v_з - коэффициент Пуассона, рабочий антифрикционный слой.

Рабочая поверхность (антифрикционный слой)

а_2,0 = 1,8127 - 4,1812s₁* + 2,4186s₁*²

а_2,1 = -0,9422 + 4,9216s₁* - 3,9069s₁*²

а_2,2 = 0,1525 - 1,1544s₁* + 1,0703s₁*²

b_2,0 = 1,5511 - 3,2821s₁* + 1,7309s₁*²

b_2,1 = -1,9947 + 6,5920s₁* - 4,5933s₁*²

b_2,2 = 0,6593 - 2,2550s₁* + 1,6647s₁*²

A₂ = a_2,0 + a_2,1E₂* + a_2,2E₂*²

B₂ = b_2,0 + b_2,1E₂* + a_2,2E₂*²

σ₂* = A₂ + B₂s*

σ₂ = σ₂*σ_ном

Аппроксимация для напряжения в рабочем антифрикционном слое: σ₃ = σ₂ · E₃/E₂.

Рисунок А.2 - Оценка напряжений в двух- и трехслойных подшипниках

Основа подшипника

а_1,0 = 5,3866 - 5,7096s₁* + 1,1765s₁*²

а_1,1 = -7,1015 + 13,9625s₁* - 6,8190s₁*²

а_1,2 = 2,6745 - 5,7995s₁* + 3,1475s₁*²

b_1,0 = -2,6739 + 5,7506s₁* - 3,6978s₁*²

b_1,1 = 2,2096 - 6,6150s₁* + 4,6682s₁*²

b_1,2 = -0,5900 + 1,9231s₁* - 1,4286s₁*²

A₁ = a_1,0 + a_1,1E₂* + a_1,2E₂*²

B₂ = b_1,0 + b_1,1E₂* + a_1,2E₂*²

σ₁* = A₁ + B₁s*

σ₁ = σ₁*σ_ном

Аппроксимация для напряжения в рабочем антифрикционном слое: σ₃ = σ₂ · E₃/E₂.

Рисунок А.2 - Оценка напряжений в двух- и трехслойных подшипниках (продолжение)

А.3 Пример

Приведенные данные для полувкладыша:

b = 30 мм;

E₁ = 210 ´ 10³ МПа;

Е₂ = 69 ´ 10³ МПа;

Е₃ = 22 ´ 10³ МПа;

F = 100 Н;

r₁ = 51,50 мм;

r₂ = 49,10 мм;

r₃ = 48,52 мм.

Предполагается, что поскольку рабочий антифрикционный слой Pb Sn 11 относительно тонкий (0,02 мм), то он не влияет на напряжения в других слоях.

А.3.1 Расчет связанных размеров (см. рисунок А.1):

s* = 0,06;                 s₁* = 0,8;              Е* = 1,38.

А.3.2 Расчет номинального напряжения (см. рисунок А.1):

σ_ном = 111,1 МПа.

А.3.3 Расчет или считывание коэффициентов a, b (см. рисунок А.2)

Рабочая поверхность:

а_2,0 = 0,016;              а_2,1 = 0,495;          a_2,2 = -0,086;

b_2,0 = 0,033.              b_2,1 = 0,339.         b_2,2 = -0,079.

Основа подшипника:

a_1,0 = 1,572;              а_1,1 = -0,296;        a_1,2 = 0,049;

b_1,0 = -0,440.            b_1,1 = -0,095.        b_1,2 = 0,034.

А.3.4 Расчет коэффициентов А, В

Рабочая поверхность:

А₂ = 0,535;

В₂ = 0,350.

Основа подшипника:

А₁ = 1,257;

B₁ = -0,506.

А.3.5 Расчет безразмерного напряжения

Рабочая поверхность: σ₂* = 0,556.

Основа подшипника: σ₁* = 1,227.

А.3.6 Расчет действительного напряжения

Рабочая поверхность: σ₂ = 61,8 МПа.

Основа подшипника: σ₁ = 136,3 МПа.

А.3.7 Аппроксимирование для напряжения в рабочем антифрикционном слое: σ₃ = 19,7 МПа.

 

СОДЕРЖАНИЕ