Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к методам исследования коэффициента трения различных по составу смазочных материалов.
Известно устройство для испытания трущихся материалов и масел (А. с. СССР №983522, МПК G01N 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел. Бюл. №47, 1982 г. Аналог), содержащее станину, установленные на ней держатели образца и контробразца, узлы измерения момента трения и нагружения образцов и привод вращения образцов, плиту, установленную перпендикулярно к станине с возможностью перемещения вдоль нее, три платформы, из которых средняя закреплена на плите шарнирно, а две другие установлены под углом 45° к средней, которые расположены на платформах и взаимодействующие с держателями контробразцов, направляющие и поджимные ролики, установленные на плите с возможностью поворота в плоскости держателей, передаточные звенья, взаимодействующие через подшипники качения соответственно с держателями контробразцов и узлами нагружения, а последние снабжены штоками, имеющими две степени свободы (механизмы для передачи нагрузки на контробразцы).
Основной недостаток известного устройства заключается в сложной и точной установке передаточных звеньев под прямым углом к направляющим, что приводит к большим погрешностям получаемых результатов, при испытаниях.
Известно устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса, содержащий узел трения «диск-индентор», который представляет собой диск с двумя поверхностями трения и по которым скользят два полусферических индентора (см. Журнал «Трение и износ», т. 24, №6, 2003 г., с. 626-635. Аналог). При этом диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.
Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через зубчатые колеса. Момент трения в паре «диск-индентор» измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная использованием большого количества элементов, сложностью его использования из-за постоянной тарировки нагружающих пружин, влияющие на погрешность измерения, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов (патент на полезную модель РФ №200036 МПК G01N 19/02, опубл. 01.10.2020. Бюл. №28. Прототип).
Принцип работы заключается в следующем. Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащий подвижный вал, на котором расположены направляющая втулка, направляющая коническая втулка, контртело в виде конической втулки, направляющая цилиндрическая втулка, индентор, линейные подшипники, направляющие винты, при этом на подвижном валу расположено кольцо подачи смазывающей технологической среды (СТС) с установленным в нем соплом для возможности подачи СТС в распыленном состоянии, при этом в подвижном валу выполнен канал для подачи СТС в контактную зону. Для предотвращения от вращения кольца подачи СТС и гильзы предусмотрена пластина, установленная на торце кольца подачи СТС, кинематически связанная с неподвижным основанием. Измерение значений крутящего момента осуществляется при помощи электрического динамометра, кинематически связанного с направляющей втулкой. С целью снижения сил трения, на подвижном валу установлены линейные подшипники, между направляющей цилиндрической и направляющей втулками.
Недостаток известного устройства заключается в том, что отсутствует возможность многоразового использования индентора.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения коэффициента трения смазочных материалов и универсальность замены испытуемых образцов.
Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее подвижный вал, на котором расположены направляющая втулка, направляющая коническая втулка, контртело в виде конической втулки, направляющая цилиндрическая втулка, индентор, при этом на подвижном валу расположено кольцо подачи смазывающей технологической среды (СТС) и канал для подачи СТС в контактную зону индентора и конической втулки (контртело), в свою очередь, измерение значений крутящего момента осуществляется при помощи электронного динамометра, кинематически связанного с направляющей втулкой, также с целью снижения влияния сил трения, на подвижном валу установлены линейные подшипники, контактирующие с направляющей цилиндрической и направляющей втулками.
Отличием данного технического решения от прототипа является тот факт, что индентор, расположенный в отверстии подвижного вала, содержит металлический шарик, зафиксированный в корпусе индентора при помощи прижимного винта, при этом корпус индентора контактирует с пружиной, расположенной в отверстии подвижного вала.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении.
На фиг. 2 представлена конструктивная схема индентора в осевом сечении.
Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит вращающийся центр 1, подвижный вал 2, стопорные кольца 3, 6, 14, 17, линейные подшипники 4, 16, направляющую втулку 5, коническую втулку (контртело) 7, индентор 8, направляющие винты 9, направляющую коническую втулку 10, упорное кольцо 11, установочные винты 12, упорный подшипник 13, направляющую цилиндрическую втулку 15, пластину 18, фиксирующие винты 19, кольцо подачи СТС 20, уплотнительные кольцевые прокладки 21, кулачки токарного патрона 22, винт с потайной головкой и внутренним шестигранником 23, резиновые прокладки 24, сопло 25, установочные кольца 26, штангу 27, фторопластовые вставки 28, упор 29, основание 30, уплотнительные прокладки 31, трубку для отбора смазочного материала 32, гильзу 33, подшипники качения 34, шпильку 35, фиксирующие кольца 36, державку 37, динамометр 38, пружину 39, корпус индентора 40, металлический шарик 41, прижимной винт 42.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Индентор 8, установленный перпендикулярно оси подвижного вала 2, контактирует с конической втулкой (контртелом) 7, которая установлена в отверстии направляющей конической втулки 10 и зафиксирована при помощи направляющей втулки 5 и направляющих винтов 9, которыми создается нагрузка на контактную пару, образованную индентором 8 и конической втулкой (контртелом) 7. В свою очередь, направляющие винты 9 установлены в направляющей цилиндрической втулке 15, линейное перемещение которой предотвращает упорный подшипник 13 и упорное кольцо 11, зафиксированное при помощи установочных винтов 12. Для снижения сил трения, на подвижном валу 2 расположены линейные подшипники 4, 16, установленные в отверстии направляющей втулки 5 и направляющей цилиндрической втулки 15, зафиксированные стопорными кольцами 3, 6, 14, 17. Подача СТС осуществляется через каналы, расположенные в подвижном валу 2, в которые СТС поступает через кольцо подачи СТС 20 и сопло 25, герметично установленного в отверстии кольца подачи СТС 20 при помощи резиновых прокладок 24. В свою очередь, кольцо подачи СТС 20 герметично закреплено на подвижном валу 2 при помощи уплотнительных кольцевых прокладок 21, обеспечивающие подачу СТС в контактную зону при вращении подвижного вала 2, в котором также закреплен винт с потайной головкой и внутренним шестигранником 23 для предотвращения попадания СТС в шпиндель токарного станка. Для вторичного использования отработанной СТС, конструкция предусматривает наличие специальной гильзы 33, герметично установленной в направляющей конической втулке 10 и направляющей цилиндрической втулке 15, при помощи уплотнительных прокладок 31, через которую отработанная СТС поступает в трубку для отбора смазочного материала 32 для повторного использования.
Вращение подвижного вала 2 осуществляется при помощи токарного станка (на чертеже не указан), имеющего в наличии частотный преобразователь (на чертеже не указан), обеспечивающий регулировку частоты вращения шпинделя (на чертеже не указан) в широком диапазоне. Фиксация подвижного вала 2 осуществляется при помощи кулачков токарного патрона 22 и вращающегося центра 1. Для предотвращения от вращения кольца подачи СТС 20 и гильзы 33, предусмотрена пластина 18, установленная на торце кольца подачи СТС 20 при помощи фиксирующих винтов 19 и лапка (на чертеже позиция отсутствует), расположенная на гильзе 33, на которых, при помощи установочных колец закреплена штанга 27 с фторопластовыми вставками 28, контактирующая с упором 29, установленным в неподвижном основании 30.
При вращении подвижного вала 2, индентор 8 контактирует с конической втулкой (контртелом) 7 в результате чего, на направляющей втулке 5 возникает крутящий момент, передаваемый через расположенную на направляющей втулке 5 лапку (на чертеже позиция отсутствует), с установленной, при помощи фиксирующих колец 36, шпилькой 35 и расположенными в ней подшипниками качения 34, контактирующие с державкой 37, установленной в динамометре 38, при помощи которого и производится регистрация показаний. При этом индентор 8, состоящий из металлического шарика 41, закрепленного в корпусе индентора 40, при помощи прижимного винта 42, выполнен с возможностью многоразового использования. Усилие контакта индентора 8 с конической втулкой (контртело) 7 регулируется при помощи подбора пружины 39 необходимой жесткости.
Устройство работает следующим образом. Подвижный вал одним концом устанавливается в кулачках токарного патрона, а противоположным концом поджимается вращающимся центром.
Индентор, расположенный перпендикулярно оси подвижного вала, контактирует с конической втулкой (контртелом), установленной в отверстии направляющей конической втулки, которая зафиксирована при помощи направляющей втулки и направляющих винтов. В свою очередь индентор выполнен с возможностью многоразового использования, для чего необходимо разжать корпус индентора при помощи прижимного винта и провернуть металлический шарик, затем зафиксировать его.
Направляющие винты в свою очередь установлены в направляющей цилиндрической втулке, линейное перемещение которой предотвращает упорное кольцо, расположенное на подвижном валу при помощи установочных винтов. Для снижения сил трения при вращении подвижного вала, в отверстиях направляющей втулки и направляющей цилиндрической втулки установлены линейные подшипники, зафиксированные при помощи стопорных колец, при этом, между торцовой поверхностью направляющей цилиндрической втулки и упорным кольцом установлен упорный подшипник, служащий также для снижения сил трения.
Подача СТС осуществляется через сопло, герметично установленного при помощи резиновых прокладок в отверстии кольца подачи СТС, в каналы, расположенные в подвижном валу. Для предотвращения попадания СТС в шпиндель токарного станка (на чертеже не указан), предусмотрен винт с потайной головкой и внутренним шестигранником, установленный в отверстии подвижного вала. Для экономного использования СТС и предотвращения от загрязнения оборудования, конструкцией предусмотрено использование специальной гильзы, герметично установленной на направляющей конической втулке и направляющей цилиндрической втулке при помощи уплотнительных прокладок, и установленной трубкой для отбора смазочного материала.
Для предотвращения от проворачивания кольца подачи СТС и гильзы, при вращении подвижного вала, используется специальная пластина, которая устанавливается на торцевой поверхности кольца подачи СТС при помощи фиксирующих винтов, также используется специальная лапка (на чертеже позиция отсутствует), расположенная на направляющей втулке, к которой прикреплена штанга при помощи установочных колец, с установленными фторопластовыми вставками, контактирующими с упором, зафиксированным в неподвижном основании.
При вращении подвижного вала, в контактной паре, образованной индентором и конической втулкой (контртелом), возникает крутящий момент, который передается на электрический динамометр, через направляющую втулку посредством кинематической связи.