МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

ПРУЖИНЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Метод испытаний на циклическую долговечность

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2014

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ    1.2—2009    «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты

межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ)

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстан-

дарт)

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 июня 2013 г. № 57-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004—97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан	AZ	Азстандарт
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Молдова	MD	Молдова-Стандарт
Россия	RU	Росстандарт
Узбекистан	UZ	Узстандарт

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. № 1474-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32208-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2014 г.

5    В настоящем стандарте реализованы требования технических регламентов Таможенного союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава» и «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта», действующих на территории Республики Беларусь, Республики Казахстан и Российской Федерации, вчасти метода проверки подтверждения показателей циклической долговечности применительно к объекту технического регулирования — пружинам рессорного подвешивания железнодорожного подвижного состава

6    Стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 54326-2011

7    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2014

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ 32208-2013

Приложение Б (справочное)

Диаграмма амплитуд испытательных напряжений при испытаниях пружин (при N_K = 0,5 10⁶) из катаного прутка диаметром d = 38 мм, упрочненных дробью

100    200    300    400    500    600    700    800    900    МПа

1—5 — ограничение по пределам текучести для пружин из сталей: 1 — 55С2,60С2; 2 — 60С2А; 3 — 60С2ХА; 4 — 60С2ХФА;

5 — 65С2ВА

Рисунок Б. 1

8

ГОСТ 32208-2013

ПриложениеД (справочное)

Диаграмма предельных амплитуд напряжений цикла на базе испытаний 6 • 10⁶ циклов для пружин из катаного прутка диаметром d = 36 мм, не упрочненных

дробью

100    200    300    400    500    600    700    800    900    т,,    МПа

1—5 — ограничение по пределам текучести для пружин из сталей: 1 — 55С2,60С2; 2 — 60С2А; 3 — 60С2ХА; 4 — 60С2ХФА;

5 — 65С2ВА

Рисунок Д.1

11

Приложение Е (справочное)

Характеристики изломов

При изломе пружин определяют:

-    усталостный излом — начало разрушения с внутренней стороны рабочего витка под углом примерно 45° к оси прутка без видимых дефектов в месте зарождения трещины;

-    излом первого рабочего витка от контактного давления между ним и опорным витком — при некачественном изготовлении оттянутых концов пружины. Высокое контактное давление между витками возникает при малом зазоре между рабочим витком и концом опорного витка, увеличенной толщине конца опорного витка, острых или волнистых выступах на поверхности опорного витка, обращенной к рабочему витку;

-    излом опорного витка — происходит из-за изогнутости его в вертикальной плоскости выше допускаемой и прижогов от шлифовального круга на опорной поверхности;

-    начало разрушения от дефектов металлургического и технологического происхождения — при неудовлетворительном качестве прутков или нарушениях режимов термообработки.

УДК 625.2.012.8:006.354    МКС    45.060.01

Ключевые слова: железнодорожный подвижной состав, пружины рессорного подвешивания, метод испытаний, цикличная долговечность

Редактор Н.В. Таланова Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор И.А. Королева Компьютерная верстка А.Н. Золотаревой

Сдано в набор 04.03.2014. Подписано в печать 24.03.2014. Формат 60x84^. Гарнитура Ариал. Уел. печ. л. 1,86. Уч.-изд. л. 1,30. Тираж 64 экз. Зак. 510.

Издано и отпечатано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 123995 Москва, Гранатный пер., 4. www.gostinfo.ru    info@gostinfo.ru

ГОСТ 32208-2013

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины, определения и обозначения.......................................2

4    Требования безопасности...............................................2

5    Сущность метода.....................................................3

6    Требования к условиям проведения испытаний..................................3

7    Требования к испытательной установке.......................................3

8    Подготовка к испытанию................................................3

9    Порядок проведения испытаний............................................5

10    Правила обработки и оценки результатов.....................................6

11    Оформление результатов испытаний.......................................6

Приложение А (справочное) Параметры цикла напряжений (нагрузок, прогибов).............7

Приложение Б (справочное) Диаграмма амплитуд испытательных напряжений при испытаниях пружин

(при Л/_к = 0,5 • 10⁶) из катаного прутка диаметром d = 38 мм, упрочненных дробью .... 8 Приложение В (справочное) Выбор режима испытаний на примере буксовых пружин грузового тепловоза 2ТЭ25А при Л/_к = 0,5 • 10⁶...................................9

Приложение Г (справочное) Выбор режима испытаний на примере наружной пружины тележки модели 18-194 грузового вагона при Л/_к = 0,5 • 10⁶...........................10

Приложение Д (справочное) Диаграмма предельных амплитуд напряжений цикла на базе испытаний 6 • 10⁶ циклов для пружин из катаного прутка диаметром d= 36 мм, не упрочненных

дробью..................................................11

Приложение Е (справочное) Характеристики изломов..............................12

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ПРУЖИНЫ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Метод испытаний на циклическую долговечность

Springs of spring suspension of railway rolling stock. Method of fatigue life tests

Дата введения —2014—06—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод испытаний на циклическую долговечность пружин. Требования настоящего стандарта распространяются на цилиндрические винтовые пружины сжатия (далее — пружины) из стали круглого сечения, работающие при продольных и комбинированных (продольных и поперечных) нагрузках в рессорном подвешивании железнодорожного подвижного состава.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

ГОСТ 8.051-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 25.507-85 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования

ГОСТ 1452-2011 Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия

ГОСТ 23207-78 Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения ГОСТ 25346-89 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений

ГОСТ 31539-2012 Цикл жизненный железнодорожного подвижного состава. Термины и определения

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Издание официальное

3 Термины, определения и обозначения

В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ 1452, ГОСТ 23207, ГОСТ 25346 и ГОСТ 31539, а также следующий термин с соответствующим определением:

3.1    тарирование: Испытание пружин статическими нагрузками с целью построения зависимости величины деформации от нагрузки.

3.2    В настоящем стандарте применены следующие обозначения: d — диаметр прутка пружины, мм;

D — средний диаметр пружины, мм;

D₁ — наружный диаметр пружины, мм;

D₂ — внутренний диаметр пружины, мм;

/ч — высота пружины под расчетной статической нагрузкой от массы надрессорного строения единицы железнодорожного подвижного состава, мм;

/_Пр — минимальная высота, соответствующая максимальной продольной (осевой) деформации (прогибу) пружины под пробной нагрузкой, мм; п — число рабочих витков пружины;

F₁ — расчетная статическая нагрузка на пружину, кН;

F_np — пробная нагрузка, кН;

F_a — амплитуда нагрузки при циклических испытаниях, кН;

s₁ — продольная деформация (прогиб) пружины под расчетной статической нагрузкой F_v мм; s_a — амплитуда деформации цикла при испытаниях пружины, мм;

Ti — касательное напряжение кручения на внутренней поверхности витка пружины, возникающее при приложении силы F_v МПа;

т_аи — амплитуда напряжений цикла при испытаниях на базе 0,5 • 10⁶ циклов нагружения, МПа; т_{а пред} — предельная амплитуда напряжений цикла при испытаниях на базе 6 • 10⁶ циклов нагружения, МПа;

т_а/ — текущее значение амплитуд напряжений цикла при испытаниях на базе 6 • 10⁶ циклов, МПа; т_а — амплитуда напряжений (модальное значение) от динамической нагрузки в эксплуатации;

/ — индекс пружины;

к — коэффициент, учитывающий кривизну витка;

K_d — коэффициент влияния действительных размеров поперечного сечения прутка на сопротивление усталости при числе циклов нагружения Л/_к;

K_dи — коэффициент влияния действительных размеров поперечного сечения прутка на сопротивление усталости при числе циклов нагружения Л/;

К_у — коэффициент влияния состояния поверхности прутка и глубины обезуглероженного слоя на сопротивление усталости;

K_v— коэффициент влияния поверхностного упрочнения пружины на сопротивление усталости; к_ц — расчетный коэффициент динамики пружины; п_а — коэффициент запаса прочности по усталости;

Л/_к — контрольное число циклов нагружения (деформаций); Л/_к = 0,5 • 10⁶.

Применяется при периодических и сертификационных испытаниях;

N — число циклов нагружения (деформаций); N = 6 • 10⁶ с построением кривой усталости. Применяется при приемочных и типовых испытаниях.

4 Требования безопасности

4.1    Оборудование и организация рабочих мест при испытаниях пружин должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003, а сигнальные цвета и знаки безопасности, информирующие и обращающие внимание обслуживающего персонала на потенциальную или действительную опасность, — национальным стандартам и нормативным документам, действующим на территории государства, принявшего стандарт¹).

4.2    Освещенность помещения при испытаниях должна быть не менее 400 лк.

ГОСТ 32208-2013

4.3 Зона размещения пружин на испытательной установке для циклических испытаний должна быть оборудована ограждением, защищающим от осколков в случае их образования при изломе пружины.

5    Сущность метода

5.1    Сущность метода заключается в нагружении продольной циклической нагрузкой пружин, предварительно сжатых расчетной статической нагрузкой, до достижения определенного числа циклов напряжений (деформаций) или излома пружины (база испытаний Л/_к или А/).

5.2    Параметры цикла нагружения (амплитуды напряжения или деформации) рассчитывают, исходя из действительных размеров пружин (d, D), статической нагрузки, действующей на них, а также технологии обработки прутков и упрочнения поверхности готовых пружин.

6    Требования кусловиям проведения испытаний

Перед измерениями размеров, перед статическими и циклическими испытаниями пружины должны быть размещены в помещении с температурой от 15 °С до 30 °С в течение четырех часов. Измерения размеров пружин проводят при одинаковой температуре пружины и измерительных средств. Отклонения размеров пружины от номинальных не должны превышать установленных в конструкторской документации на допуски при условии, что измерения проводят при нормальных условиях проведения линейных и угловых измерений в соответствии с ГОСТ 8.050, а погрешности измерений не превышают значений, установленных в ГОСТ 8.051.

7    Требования к испытательной установке

7.1    Определение деформаций (прогибов) пружин под статическими нагрузками проводят на испытательной установке (прессе), конструкция которой(го) должна обеспечивать продольное сжатие пружины статической нагрузкой в диапазоне от нуля до пробной нагрузки F_np с пределами допускаемой относительной погрешности не более+ 2 %.

Примечание — Величина пробной нагрузки, являющаяся показателем стабильности режимов термообработки, должна быть указана в чертеже. Минимальную высоту полностью сжатой пружины с учетом неравномерности шага /_пр, мм, вычисляют по формуле

l_np = (n+'l,'l)d.    (1)

7.2    Циклическое нагружение пружин осуществляют на испытательной установке, обеспечивающей:

-    осевое циклическое нагружение одной или более пружин одновременно по асимметричному знакопостоянному циклу напряжений, приведенному в приложении А;

-    режимы испытаний по статическим деформациям s₁ (до 150 мм) или нагрузкам F₁ (до 70 кН) с относительной погрешностью не более + 2 % и амплитуды деформации s_a (до 75 мм) или нагрузки F_a (до 35 кН) с относительной погрешностью не более 5 %;

-    частоту циклов нагружения в соответствии с 9.3;

-    автоматический подсчет и индикацию числа циклов при помощи счетного устройства с числом декад не менее семи и сохранением текущего значения числа циклов для электронного исполнения устройства при отключении его питания.

Испытательная установка должна быть аттестована в установленном порядке¹).

8    Подготовка к испытанию

8.1    Пружина, подлежащая испытанию, должна быть принята службой технического контроля предприятия-изготовителя в установленном порядке.

8.2    Измерение геометрических размеров, определение деформаций (прогибов) пружины под статическими нагрузками (тарирование) должно быть проведено до ее испытаний на циклическую долговечность.

На территории Российской Федерации в соответствии с законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений.

3

Нагружение продольной статической нагрузкой проводят ступенчато до величины пробной нагрузки F_np. Число ступеней нагружения должно быть не менее пяти. При каждом значении нагрузки проводят измерение высоты пружины. Данные заносят в таблицу и для каждой нагрузки вычисляют соответствующую деформацию пружины. Строят график зависимости деформации пружины от нагрузки s = f{F) и по этому графику определяют значение фактической деформации s.) под статической нагрузкой F₁.

8.3 Напряжение ц, МПа, вычисляют, учитывая действительные размеры диаметра прутка, среднего диаметра пружины, по формуле

8 ■ 10³AF|D    (2)

8.4 Значения D, мм, / и к вычисляют с учетом действительных размеров пружины d, D₁ или D₂ по формулам:

D = D₁ - d или

D = D₂-d,

4/ -1 ₊ 0,615

-4 i "

(6)

8.5 Амплитуду напряжения цикла т_аи, МПа, набазеЛ/_к = 0,5-10⁶ в случае проведения периодических и сертификационных испытаний вычисляют на основании диаграммы, приведенной в приложении Б, по формуле

т_аи = (257-0,192 x,)K_dl/lK_y.    (7)

Значение K_dw выбирают по таблице 1.

Таблица 1

d, мм d, мм кс d, мм К* и 11 1,146 1,139 25 1,052 1,045 39 0,997 0,989 12 1,137 1,130 26 1,047 1,040 40 0,993 0,986 13 1,128 1,121 27 1,042 1,035 41 0,990 0,982 14 1,120 1,112 28 1,038 1,030 42 0,986 0,979 15 1,112 1,104 29 1,034 1,026 43 0,983 0,975 16 1,105 1,097 30 1,030 1,022 44 0,979 0,972 17 1,098 1,090 31 1,026 1,018 45 0,976 0,968 18 1,091 1,083 32 1,022 1,014 46 0,972 0,965 19 1,085 1,077 33 1,018 1,010 47 0,969 0,961 20 1,079 1,071 34 1,014 1,007 48 0,966 0,958 21 1,073 1,065 35 1,011 1,003 49 0,963 0,955 22 1,067 1,060 36 1,007 1,000 50 0,960 0,952 23 1,062 1,055 37 1,004 0,996 51 0,958 0,950 24 1,057 1,050 38 1,000 0,993 52 0,956 0,948

Значения коэффициента/^ принимают, исходя из применяемой технологии обработки поверхности прутка и глубины обезуглероженного слоя:

1,0 — для пружин, изготовленных из механически необработанного прутка;

1.2    — при удалении поверхностного слоя толщиной не более 1 мм на сторону и глубины обезуглероженного слоя, предельно допускаемой по ГОСТ 1452;

1.3    — при удалении поверхностного слоя толщиной не менее 1,5 мм на сторону и глубины обезуглероженного слоя не более половины, допускаемой по ГОСТ 1452; ²

ГОСТ 32208-2013

1,4 — при удалении поверхностного слоя толщиной не менее 1,5 мм на сторону и полном отсутствии обезуглероженного слоя.

8.6    Амплитуду напряжений цикла т_аи, МПа, допускается задавать по:

-    амплитуде деформаций цикла s_a, мм, вычисляемой по формуле

s_a = s^³^:    (⁸)

ч

-    по амплитуде циклической нагрузки F_a, кН, вычисляемой по формуле

F_a = F^.    (⁹)

Ч

Примеры расчета режимов нагружения по параметру амплитуды деформации цикла s_a при испытаниях буксовых пружин рессорного подвешивания тепловоза и пружин тележки грузового вагона приведены в приложениях В и Г.

8.7    Предельную амплитуду напряжения цикла т_{а пред}, МПа, на базе N = 6 • 10⁶ с построением кривой усталости вычисляют на основании диаграммы, приведенной в приложении Д, по формуле

^та пред = О 72 - 0,094 ^ )КД K_v.    (10)

Коэффициент /(„принимают равным:

1,0 — при отсутствии упрочнения пружины наклепом;

1,15 — при упрочнении пружины наклепом.

8.8    Циклические испытания пружин проводят с построением кривой усталости (Велера) по параметру среднего напряжения цикла (ц = const) по ГОСТ 25.507 с использованием значения т_{а пред}, рассчитанного по формуле (10).

9 Порядок проведения испытаний

9.1    Пружину устанавливают на испытательную установку и сжимают статической нагрузкой до высоты L₁, полученной в результате тарирования пружины.

9.2    На испытательной установке задают рассчитанную по 8.5 (8.7) амплитуду напряжений цикла ^таи (^та пред) (^по величине амплитуды деформаций s_a или амплитуды нагрузки F_a, рассчитанным по 8.6). С начала испытаний должен проводиться подсчет общего числа циклов нагружения.

9.3    Частота циклов нагружения должна быть в пределах от 2 до 17 Гц.

9.4    После достижения контрольного числа циклов нагружения Л/_к при периодических испытаниях пружин без их разрушения испытание прекращают, а стабильность качества изготовления и возможность продолжения выпуска пружин считают подтвержденными. Допускается испытания продолжить до разрушения пружины с целью проведения оценки характера излома, металлографического анализа и разработки мероприятий по результатам испытания. Характеристики изломов пружин приведены в приложении Е.

Число испытуемых пружин на базе Л/_к должно быть равно двум.

9.5    Приемочные испытания пружин на базе Л/= 6 -10⁶ проводят методом Велера с построением кривой усталости, соответствующей зависимости

^тапред^ ⁼ Const,    (11)

где /г? — показатель степени наклона кривой усталости.

Испытания методом Велера проводят в следующем порядке:

-    наклонную ветвь кривой усталости определяют по результатам испытаний трех-пяти пружин на двух-трех уровнях напряжений т_а/, получая при этом соответствующее значение долговечности Л/,. Значения т_а/ выбирают в интервале от 10 % до 50 % выше расчетного значения т_{а пред};

-    предельную амплитуду напряжений цикла уточняют по результатам испытаний пяти-семи пружин на уровнях напряжений выше и ниже (примерно на 10 МПа) предполагаемого расчетного (по формуле 9) значения т_апред. За фактическое значение т_{а пред} принимают значение т_а(, полученное путем статистической обработки результатов испытаний.

Без применения статистической обработки за фактическое значение т_{а пред} принимают максимальную амплитуду напряжений, при которой пружина выдержала установленное число циклов нагружения N.

5

1

) На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 12.4.026-2001 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний.

2