Установка для определения коэффициента трения

Установка для определения коэффициента содержит ползун жестко связанный с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороны снабженная закрепленным индентором, а с другой стороны опирающаяся на силоизмерительное устройство, состоящее из винта и динамометра в корпусе, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки, индентор опирающийся на закрепленный в каретке, связанной с датчиком силы трения, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики с возможностью горизонтального перемещения плоский образец, источник тока, образующий замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор, обмотку возбуждения с магнитопроводом, образующую замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец. Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам для определения коэффициента трения. Новым в установке является то, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений, имеется сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения. Техническим результатом является приближение условий определения коэффициента трения к эксплуатационным условиям.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам для определения коэффициента трения.

Известно устройство [Трение и износ, 1993, том 14, 5, с. 903-906. Ковалевский В.В., Космогрыз С.Г., Збитнев, Е.А. О повышении точности измерения силы трения.] для измерения силы трения, содержащее на установленный, на упругом шарнире держатель образца. Упругий шарнир выполнен в виде упругой перемычки и соединен с корпусом, на котором закреплен датчик перемещения держателя образца при его повороте в шарнире.

При приближении корпуса устройства к контробразцу шарнир сжимается, создавая силу нормального давления в контакте, которая контролируется датчиком. Контробразец приводится в движение с некоторой скоростью. Устройство снабжено механизмом перемещение и фиксирования корпуса в вертикальном направлении.

Недостатком данного устройства является отсутствие механизма горизонтального перемещения образца и датчика этого перемещения.

Известна установка [Крагельский В.И., Добычин М.Н., Комаблов B.C. Основы расчет на трение и износ, М.: Машиностроение, 1977, с. 526, С. 447-448.] для оценки противозадирочных свойств материалов.

В этой установке перемещение индентора по плоскому образцу осуществляется от гайки, соединенной с ползуном, перемещение передается от электродвигателя через систему механических передач. Индентор закрепляется в оправке, свободно перемещающейся в вертикальном направлении по направляющим, установленным в корпусе и жестко связанным с ползуном. Испытуемый плоский образец устанавливается под меньшим углом к направлению движению индентора в державке к каретки, которая свободно перемещается в шаровых направляющих. Нормальная нагрузка измеряется динамометром, установленным между оправкой и винтом. Измерение силы сопротивления перемещению индентора осуществляется плоской пружиной.

Недостатком данного устройства является невозможность определения является влияния электрического тока, магнитного поля и вибрации в месте контакта индентора и плоского образца, на величину коэффициента трения.

Известна установка [патент RU 2349901] для определения коэффициента трения, в которой ползун жестко связан с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороной стороны снабженная закрепленным индентором, с другой стороны опирающиеся на силоизмерительное устройство в корпусе. При этом индентор опирается на закрепленный в каретке с возможностью горизонтального перемещения плоский образец. Каретка связана с плоской пружиной, а ползун выполнен с возможностью горизонтального перемещения. Установка снабжена источником тока, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован и опирается на вибратор. Установка также снабжена обмоткой возбуждения с магнитопроводом, образующим замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец.

Недостатком данного технического решения, принятого за прототип, является невозможность определения коэффициента трения в зависимости от скорости скольжения и внешнего температурного поля при одновременном воздействии внешних факторов: электрического тока, магнитного поля и вибрации.

Известно [Проблемы трения и изнашивания, вып. 7, «Техника» Киев, 1975. - 157 с. Коробов Ю.М., Прейс Г.А. Электропластический эффект при трении и резании металлов, С. 3-6.], что при подаче электрического тока в сопряжение пары трения коэффициент трения изменяется.

В работе [Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. - М.: машиностроение, 1981. - 224 с., С. 81] отмечается, что магнитное поле оказывает влияние на процесс трения контактируемых поверхностей деталей, изготовленных ферромагнитных материалов.

В работе [Известия высших учебных заведений. Физика. 1968, 6. В.М. Андриевский «Измерение сил трения при вибрации». С. 7-10] отмечено, что вибрация оказывает влияние на коэффициент трения трущихся поверхностей.

В работе [Трение, износ и смазка (трибология и триботехника). А.В. Чичинадзе, A.M. Берннилер, Э.Д. Браун и др. Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с. С. 262] указывается, что с ростом температуры значительно изменяется теплофизические характеристики многих металлов и композиционных материалов на металлической основе. Изменения могут достигать 30-40% при объемной температуре T=300400°C.

Следует также отметить, что в работе [Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц, М. Браунович «Электрические контакты» Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008 - 560 с. С. 69-70] указывается на то, что зависимость коэффициента трения от скорости скольжения зависит от влияния температуры. С увеличением скорости скольжения скорость деформации и контактная температура возрастает. Эти факторы оказывают влияние на механические свойства трущихся тел и, как следствие, на адгезионную (молекулярную) и деформационную составляющие трения (коэффициент трения). С ростом температуры снижается прочность адгезионных связей, однако контакт становится более пластичным, что приводит к возрастанию фактической площади контакта. Сочетание этих эффектов может приводить к разнообразным зависимостям величин трения от температур.

Задача полезной модели является приближения условий проведения испытаний при измерении силы трения к эксплуатационным.

Указанная задача достигается тем, что установка для определения коэффициента трения, содержащая ползун жестко связанный с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороны снабженная закрепленным индентором, а с другой стороны опирающаяся на силоизмерительное устройство, состоящее из винта и динамометра в корпусе, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки, индентор опирающийся на закрепленный в каретке, связанной с датчиком силы трения, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики с возможностью горизонтального перемещения плоский образец, источник тока, образующий замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор, обмотку возбуждения с магнитопроводом, образующую замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец, отличающаяся тем, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений, имеется сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения.

Установка снабжена источником тока, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор.

Установка снабжена обмоткой возбуждения с магнитопроводом, образующим замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец.

Новым в установке для определения коэффициента трения является то, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений. В установке имеется т сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки, на фиг. 2 - блок-схема измерительного устройства.

Предлагаемая схема установки (фиг. 1) для определения коэффициента трения содержит жестко связанный с ползуном 1 корпус 2, в подшипниках 3 которого установлена оправка 4. С одной стороны оправка 4 снабжена закрепленным индентором 5, а с другой стороны опирается на силоизмерительное устройство, состоящие из винта 6 и динамометра 7 в корпусе 2, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки 8. Индентор 5 опирается на закрепленный в каретке 9 с возможностью горизонтального перемещения плоский образец 10. Каретка 9 связана с датчиком силы трения 11, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики (на фиг. 1 не показаны).

Установка снабжена источником тока 12, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор 5 с оправкой 4, силоизмерительное устройство и плоский образец 10, причем плоский образец 10 токоизолирован от каретки 9 покладкой 13 и опирается на вибратор 14, на котором установлен датчик виброперемещений 15 (Д_в). В цепи источника тока 12 установлен датчик электрического тока 16.

На ползуне 1 установлен датчик скорости скольжения 17 (Д_ск), в образце 10 выполнены отверстия в непосредственной близости к поверхности трения, куда установлены датчики температуры (термопары) 18 (Дт). Образец 10 охвачен обмоткой нагревательного устройства 19. На магнитопроводе 20 с обмоткой 21 установлен датчик магнитного поля 22 (Д_ф).

Блок-схема измерительного устройства (фиг. 2) содержит датчик вертикальной нагрузки 8 (Д_н), датчик силы трения 11 (Д_ктр ), датчик виброперемещений 15 (Д_в) (фиг. 1 и 2), датчик электрического тока 16 (Д_а), датчик скорости скольжения 17 (Д_ск), датчик температуры (термопары) 17 (Д _т), датчик магнитного поля 22 (Д_ф), сумматор 23 (), анализатор 24 (А_н).

Установка работает следующим образом. Перед началом испытаний задаются скоростью скольжения индентора, величиной магнитного поля, проходящего через образец-индентор путем задания в обмотке, находящейся на магнитопроводе, определенной величины тока, величиной вертикальной нагрузки, определяемой динамометром и датчиком нагрузки. С помощью нагревательного устройства задается необходимая температура поверхности образца и контролируемая датчиками температуры - термопарами. Включается источник тока и пропускается заданная величина тока через индентор и образец. Включается вибратор с заданной амплитудой и частотой виброперемещений.

После этого производится перемещение индентора с заданной скоростью скольжения по плоскому образцу.

Сигналы от датчиков заданных величин: температуры, скорости скольжения, вертикальной нагрузки, электрического тока, магнитного поля, виброперемещений поступают на сумматор, где определяются действительные значения. Обобщенный сигнал с сумматора поступает на анализатор, куда поступают также сигналы от датчиков, изменяемых по величине вертикальной нагрузки и силы трения (коэффициента трения). Выходной сигнал анализатора определяет коэффициент трения при изменяемой во времени вертикальной нагрузке с учетом вышеперечисленных заданных внешних факторов.

Предлагаемое техническое решение предназначено для определения коэффициента трения в трущихся парах деталей машин. Использование предлагаемого технического решения способствует приближению условий проведения испытаний для измерения силы терния к эксплуатационным условиям.

Установка для определения коэффициента трения, содержащая ползун жестко связанный с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороны снабженная закрепленным индентором, а с другой стороны опирающаяся на силоизмерительное устройство, состоящее из винта и динамометра в корпусе, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки, индентор опирающийся на закрепленный в каретке, связанной с датчиком силы трения, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики с возможностью горизонтального перемещения плоский образец, источник тока, образующий замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор, обмотку возбуждения с магнитопроводом, образующую замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец, отличающаяся тем, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений, имеется сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения.

РИСУНКИ