Устройство для определения момента, силы и коэффициента трения

Устройство относится к машиностроению, конкретно к динамометрам, моментомерам и приборам для измерения силы трения, момента трения, коэффициента трения и интенсивности изнашивания материалов пары трения. Предлагаемая полезная модель работает по принципу работы устройства, известного под названием «маятника Фруда». Устройство содержит физический маятник, состоящий из груза, размещенного на стержне, жестко соединенного с муфтой содержащей измерительную стрелку, причем муфта свободно установлена на вращающемся ролике. Предлагаемое устройство позволяет производить трибологические испытания с помощью любого механизма, обеспечивающего вращение ролика.

Устройство относится к машиностроению, конкретно к динамометрам, моментомерам и приборам для измерения силы трения, момента трения, коэффициента трения и интенсивности изнашивания материалов пары трения.

Предлагаемая полезная модель работает по принципу работы устройства, известного под названием «Маятник Фруда». Маятник Фруда - одна из простейших автоколебательных систем, состоящая из физического маятника, жестко связанного с муфтой, насаженной на вращающийся вал [1].

Технический результат направлен на измерения: силы трения, момента трения, коэффициента трения и интенсивности износа испытуемых материалов пары трения, который достигается тем, что предлагаемое устройство позволяет производить замеры параметров трибо-технической системы при испытании изнашивания образцов пары трения, за счет наличия измерительных шкал со стрелками и возможностью использования опытных данных для математических расчетов силы трения, момента трения, коэффициента трения в системе, необходимых для анализа износа образцов.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что груз установлен на стержне с возможностью его перемещения по стержню, который содержит измерительную шкалу, предназначенную для замера положения груза относительно центра качения. Положение груза фиксируется контргайкой. Через центр тяжести груза проходит ось, на которой свободно подвешена стрелка. Такое крепление стрелки позволяет ей сохранять вертикальность положения под действием собственного веса. Стрелка предназначена для отсчета по горизонтальной шкале отклонения центра тяжести груза от вертикальной оси. Муфта маятника, содержит стрелку, которая предназначена для отсчета по круговой шкале угла поворота стержня относительно вертикали. Муфта установлена на вращающемся ролике, рабочая поверхность которого имеет

винтовую нарезку, трапециидального профиля. Муфта в верхней части имеет гнездо для крепления в нем образца из испытуемого материала, профиль которого соответствует профилю устанавливаемого в нем образца.

На Фиг.1 изображено предлагаемое устройство в сборе, на Фиг.2 изображен ролик. Физический маятник, содержит груз 1, размещенный на стержне 2, жестко соединенном с муфтой 3 содержащей стрелку 4. Муфта 3 свободно установлена на вращающемся ролике 5, рабочая поверхность которого имеет винтовую нарезку трапециидального профиля как показано на Фиг.2. Отверстие муфты 3 имеет гнездо для крепления в нем образца 6 из испытываемого материала, профиль гнезда соответствует профилю устанавливаемого в нем образца.

Стержень 2 выполнен с усеченной цилиндрической поверхностью на плоскости которой нанесена шкала 11 для замера положения груза относительно центра качения. Положение груза 1 фиксируется контргайкой 7.

Устройство снабжено горизонтальной шкалой 10, необходимой для отсчета горизонтального смещения центра тяжести груза, а указательная стрелка 8 свободно подвешена на оси 9, проходящей через центр тяжести груза 1. Стрелка 4, при повороте на угол показывает значение угла отклонения стержня 2 от вертикали по круговой шкале 12.

В процессе работы, при вращении ролика 5 под влиянием силы трения F_тр, действующей на поверхности контакта ролика 5 с муфтой 3, которая повертывается на угол , величина которого пропорциональна величине действующей силы трения. При этом груз 1 сместится от плоскости проходящей вертикально через ось вращения ролика на величину А, которая может быть измерена по шкале 10 или определена из уравнения:

A=RSin, где

R - радиус расположения груза 1 на стержне 2, величина которого определяется по шкале 11;

- угол поворота муфты 3, измеренный по круговой шкале 12.

Для изменения чувствительности устройства груз 1 можно перемещать по стержню 2 путем перемещения по резьбовой поверхности стержня 2. После перемещения груз фиксируется контргайкой 7.

В условиях установившегося трения и равновесия момент силы трения Мтр равен моменту силы тяжести MQ груза 1.

Мтр=Fтp1/2dp	Где: Q - вес груза;
MQ=QA	A - величина смещения груза;
QA=Fтp1/2dp	Fтр - сила трения;

dp - диаметр ролика [2]

Исходя из приведенного равенства моментов, определяются сила и коэффициент трения.

Для удобства измерения износа и определения интенсивности изнашивания поверхности трения ролика 5, его рабочая поверхность выполнена в виде винтовой нарезки. Наличие нарезки на поверхности ролика обеспечивает равномерное распределение по ней смазочного материала и простое измерение диаметра ролика и шага резьбы на всей ее длине.

Предлагаемое устройство позволяет производить трибологические испытания с помощью любого механизма, обеспечивающего вращение ролика.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ЗАЯВКИ

1. Алешкевич В.А., Деденко Л.Г., Кораблев В.А. Маятник Фруда. Лекции «Колебания и волны». - М.: Издательство Физического факультета МГУ. 2001.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1974. - С.942.

1. Устройство для определения момента, силы и коэффициента трения, содержащее физический маятник, включающий груз, муфту, соединенные со стержнем, причем последняя свободно установлена на горизонтальный вращающийся ролик, отличающееся тем, что стержень содержит шкалу, предназначенную для замера положения груза относительно центра качения с фиксацией груза контргайкой, через центр тяжести которого проходит ось, на которой свободно подвешена стрелка, предназначенная для отсчета по горизонтальной шкале смещения центра тяжести груза от вертикальной оси, а муфта, содержащая стрелку, предназначенную для отсчета по круговой шкале угла поворота стержня относительно вертикали, установлена на вращающемся ролике, рабочая поверхность которого имеет винтовую нарезку трапецеидального профиля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус муфты имеет гнездо для крепления в нем образца из испытуемого материала, профиль которого соответствует профилю устанавливаемого в нем образца.