УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОМЕНТА ТРЕНИЯ УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения момента трения между двумя дисками из различных материалов, например, при проведении испытаний упорных подшипников скольжения скважинных центробежных насосов в смазочной среде.
Известна машина трения для испытания материалов на трение и износ, содержащая два диска, на торцевых поверхностях которых закреплены образцы, один из дисков имеет привод вращения от размещенного на станине электродвигателя, а другой установлен на нагружающем штоке, взаимодействующий с датчиком момента трения, узел силонагружения и системы измерения и управления (см. патент РФ 2381481, МПК G01N 3/56, 2008). Недостатком данной машины трения является недостаточная точность измерения момента трения, обусловленная паразитными потерями в подшипниках между нагружающим штоком и корпусом, которые качаются лишь в пределах деформации датчика. Большие осевые нагрузки в подшипниках при очень малых углах качаниях подшипников могут приводить к возникновению на поверхности колец углублений, влияющих на точность измерения момента трения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому варианту является устройство для измерения момента трения, содержащее шпиндель, контртело, опору, выполненную с возможностью размещения испытуемого образца, штифты, измерительный рычаг, реостат со стержнем, преобразователь сигнала с процессором и монитором, связанные электрически (см. патент РФ №176674, МПК G01N 19/02, 2018 г.), которое принято в качестве прототипа.
Недостатком конструкции устройства является:
- ограниченные функциональные возможности, не позволяющие проводить испытания материалов в смазочной среде,
- недостаточная точность измерения момента трения, которая обусловлена паразитными потерями в нагружающем устройстве.
Таким образом, задача, которая была поставлена при усовершенствовании известного устройства, состояла в повышении достоверности снятых характеристик при испытании подшипников скольжения на трение, работающих при любом виде смазки (граничной, смешанной, жидкостной) и расширении возможностей измерения.
Эта задача решается тем, что в устройстве для измерения момента трения упорных подшипников скольжения, содержащее образец в виде верхнего и нижнего кольца подшипника, вращающийся шпиндель, опору, выполненную с возможностью размещения на ней испытуемого образца, измерительный рычаг. Данное устройство снабжено испытательной камерой, с наружной стороны которой закреплено шарикоподшипниковая опора вращающегося шпинделя, удлиненный шток которого вставлен внутрь камеры через проход в донной части камеры и на котором установлены вращающаяся гильза с опорным и промежуточным шарикоподшипниками, неподвижная опора с нижним кольцом образца, вращающаяся опора, выполненная в виде диска с двухсторонними проточками. В верхнюю проточку диска установлен шарикоподшипник, связанный через пяту с верхним нагрузочным штоком, а в нижнюю проточку диска запрессовано и зафиксировано с помощью шпонки верхнее кольцо образца, при этом нижнее кольцо образца соответственно закреплено с неподвижной опорой, которая в свою очередь соединена с измерительным рычагом, проходящий через выходное отверстие в боковой стенке камеры, кроме того неподвижная опора также имеет двусторонние проточки, в которых с одной стороны запрессовано и с помощью шпонки зафиксировано нижнее кольцо образца, а с другой стороны установлен промежуточный подшипник вращающейся гильзы, которая установлена в камере посредством опорного подшипника. В качестве привода вращения шпинделя может быть использован электродвигатель
При необходимости камера может быть заполнена смазочной жидкостью, поэтому для исключения утечки жидкости в корпусе камеры в местах установки вращающегося шпинделя и подвижного измерительного рычага установлены уплотнительный манжет и гибкий сильфон.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство в разрезе, фиг. 1.
На фиг. 2 представлен разрез А-А по месту выхода контрольного рычага.
Устройство для измерения момента трения упорных подшипников скольжения, которое представляет собой испытательную камеру 1, с наружной стороны которой закреплен шарикоподшипниковый узел крепления 2 вращающегося шпинделя 3. Удлиненный шток шпинделя 3 вставлен внутрь камеры 1 через выполненный в донной части камеры 1 проход. На штоке шпинделя 3 закреплена на прессовой посадке и зафиксирована с помощью шпонки 4 вращающаяся гильза 5 с опорным 6 и промежуточным 7 шарикоподшипниками. Также на штоке шпинделя 3 по скользящей прессовой посадке установлена неподвижная опора 8 для размещения испытуемого образца подшипника скольжения, имеющего в своем составе нижнее 9 и верхнее 10 кольца. Кроме того, на штоке шпинделя 3 закреплена и с помощью шпонки 11 зафиксирована вращающаяся опора, выполненная в виде диска 12 с двухсторонними проточками, в верхней проточке диска 12 установлен шарикоподшипник 13, связанный через подпятник 14 с верхним нагрузочным штоком 15, имеющим сферическую опорную поверхность и расположенным в верхней части камеры 1 соосно со шпинделем 3. Подпятник 14 соединен со штоком 15 посредством штифта 16. В нижнюю проточку диска 12 запрессовано и зафиксировано с помощью шпонки 17 верхнее кольцо 10 образца, а нижнее кольцо 9 образца закреплено на неподвижной опорой 8. Неподвижная опора 8 также имеет двусторонние проточки, в которых с одной стороны запрессовано и с помощью аналогичной шпонки 17 зафиксировано нижнее кольцо 9 образца, а с другой стороны установлен промежуточный подшипник 7 вращающейся гильзы 5. Гильза 5 закреплена на днище камеры 1 посредством опорного подшипника 6. Кроме того, на неподвижной опоре 8 закреплен измерительный рычаг 18., связанный со стационарным измерительным прибором 19.
Для проведения испытаний подшипников скольжения в среде паров масла камера может быть заполнена смазочной жидкостью, поэтому в целях исключения утечки жидкости из камеры 1 в местах установки вращающегося штока шпинделя 3 и подвижного измерительного рычага 18 предусмотрена установка уплотнительной манжеты 20 и гибкого сильфона 21.
Рабочее вращение шпинделя осуществляется от электродвигателя (на фиг. 1 не показан).
Измерение момента трения упорного подшипника скольжения осуществляется следующим образом.
В предварительно подготовленной к испытаниям камере 1 с установленными узлом крепления 2 шпинделя 3 на хвостовик устанавливается гильза 5 с опорным подшипником 6, промежуточным подшипником 7, при этом нижнее кольцо подшипника 6 запрессовывается в проточку, выполненную в днище камеры, а гильза 5 фиксируется с помощью шпонки 4 на шпинделе с закрепленными на ней шарикоподшипниками 6 и 7.. Далее производится сборка вне камеры 1 узла установки испытуемого образца подшипника скольжения, которая включает в себя следующие операции. Верхнее кольцо 10 подшипника образца устанавливают с натягом в выточке диска с установкой шпонки 17, а нижнее кольцо шарикоподшипника 17 устанавливают с натягом в выточке неподвижной опоры 8 также с установкой шпонки 14. После установки в камере гильзы 5 на шпиндель 3 проводится опускание на хвостовик шпинделя 3 сборки образца, включающей в себя неподвижную опору 8, нижнее кольцо 9, верхнее кольцо 10 диска 12 с запрессованным кольцом подшипника качения 13 в верхней выточке диска 12 с простановкой шпонки 11. После этого выполняются операции по установке на место подшипника качения 13, подпятника 14, нагрузочного штока 15 и подсоединения измерительного рычага 18 к неподвижной опоре 8 и измерительному прибору 19. Верхнее кольцо шарикоподшипника 13 в выточке пяты 14 устанавливают с натягом, а пяту 14 в сборе с нагрузочным штоком 15, после чего закрывается верхняя крышка камеры 1.
При необходимости в испытательную камеру заливают смазочную жидкость и закрывают ее герметично крышкой.
Динамические измерения момента трения упорных подшипников скольжения выполняются при вращении шпинделя 1 и приложении внешней силы к пяте 14 вращается диск 12 с установленным в нем верхним кольцом 10 испытуемого упорного подшипника скольжения. Под действием сил трения между вращающимся верхним кольцом 10 и неподвижным нижним кольцом 9 опора 8 поворачивается на угол, пропорциональный моменту трения и через измерительный рычаг 18 воздействует на датчик силы 19. Одновременно вращается гильза 5 с промежуточным подшипником 7, создавая трение качения в опоре 8. Момент трения качения, возникающий в промежуточном подшипнике 7, необходимо вычесть из измеренного момента трения испытываемого подшипника, либо им пренебречь по причине его малости относительно момента трения покоя, возникающем без промежуточного подшипника 7.
После чего включают привод шпинделя, устанавливают заданную частоту вращения и прирабатывают испытуемые детали некоторое время, записывая момент холостого хода. Далее производят ступенчатое нагружение испытуемого упорного подшипника внешней силой посредством передачи усилия на шток 15 и записывают момент трения, из которого затем вычитают момент холостого хода.
;
Расчет момента трения определяют по величине силы Р, измеренной датчиком фиг. 2, по формуле М=Р⋅А/В⋅R.
где М - момент трения;
Р -, величина силы, измеренной датчиком;
А - плечо измерительного рычага от прибора до камеры;
В - плечо измерительного рычага от неподвижной опоры до стенки камеры;
R - радиус неподвижной опоры.