Устройство для измерения момента трения

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения момента трения между двумя материалами, например, при проведении сравнительных испытаний или трибологических исследований различных материалов.
Известны устройства для измерения момента трения с вертикальным размещением шпинделя над исследуемым образцом и винтовым методом создания нагрузки, принцип работы которых основан на измерении напряжений в упругой балке, например, с помощью тензодатчиков, дальнейшем усилении сигнала с помощью тензоусилителя и вывода их уровня на устройствах вывода, например, светолучевых осциллографах (см. Н.А. Воронин, А.П. Семенов. Смазочные покрытия газодинамических подшипников. М.: Наука, 1981 г., с. 47).
Недостатком данных устройств является необходимость ручной фиксации измеряемых значений с последующим пересчетом в физические величины, что усложняет процесс измерения и, в случае быстроменяющихся процессов, делает его невозможным.
Известно также 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 № 86299, МПК G01C 22/00, 2009 г.).
Устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как отсутствует контроль технических параметров процесса трения, взаимозависимых с моментом трения, таких как частота вращения, ускорение вращения, количество циклов вращения «старт-стоп», не обеспечивается контроль электрических параметров покрытия испытуемого образца по площади соприкосновения испытуемого образца и контртела, что важно при измерениях параметров и трибологических исследованиях диэлектрических покрытий на металлах.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в добавлении возможности измерения и контроля скорости вращения, ускорения вращения контртела относительно испытуемого образца, количества циклов вращения «старт-стоп», сопротивления и емкости по площади соприкосновения испытуемого образца и контртела.
Указанная задача решается тем, что 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, отличается тем, что дополнительно установлены измеритель параметров вращения, содержащий блок регистрации параметров вращения, датчик, прерыватель, закрепленный на контртеле, измеритель электрических параметров покрытия, содержащий блок измерений, подвижный и неподвижный контакты-токосъемники, выполненные с возможностью закрепления на контртеле и испытуемом образце, соответственно, кроме того, измерительный рычаг установлен с возможностью воздействия на стержень реостата. Кроме того, измеритель параметров вращения выполнен в виде диска с прорезями, а датчик является оптическим датчиком. Кроме того, прерыватель выполнен в виде диска с не менее чем одной магнитной меткой, а датчик является магнитным датчиком. Кроме того, прерыватель выполнен в виде диска с не менее чем одной светоотражающей меткой, а датчик является оптическим передатчиком и приемником. Кроме того, реостат со стержнем выполнен в виде тензометрического датчика.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность отличительных признаков формулы полезной модели позволяет достичь технического результата, которая выражается в возможности измерения и контроля скорости вращения, ускорения вращения контртела относительно испытуемого образца, количества циклов вращения «старт-стоп», сопротивления и емкости по площади соприкосновения испытуемого образца и контртела.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку устройства, на фиг. 2 – вид устройства по сечению А-А.
На чертежах показаны шпиндель 1, контртело 2, испытуемый образец 3, опора 4, штифты 5, измерительный рычаг 6, стержень 7 реостата 8, измеритель 9 параметров вращения, блок 10 регистрации параметров вращения, прерыватель 11, датчик 12, измеритель 13 электрических параметров покрытия, блок 14 измерений, подвижный 15 и неподвижный 16 контакты-токосъемники, электрические провода 17, преобразователь сигнала 18, процессор 19, монитор 20.
Устройство для измерения момента трения содержит шпиндель 1, контртело 2, опору 4, выполненную с возможностью размещения испытуемого образца 3, штифты 5, измерительный рычаг 6, реостат 8 со стержнем 7, преобразователь сигнала 18 с процессором 19 и монитором 20, связанные электрически. Шпиндель 1 имеет привод от электродвигателя, на нем закреплено контртело 2. Испытуемый образец 3 одной стороной крепится к опоре 4 штифтами 5, а другой стороной соприкасается с рабочей поверхностью контртела 2.
Измерительный рычаг 6 установлен с возможностью воздействия на стержень 7 реостата 8. Реостат 8 со стержнем 7 выполнен в виде тензометрического датчика.
Обеспечивает контроль скорости вращения, ускорения вращения контртела относительно тела, количества циклов вращения «старт-стоп» измеритель 9 параметров вращения, выполненный в виде диска с прорезями и содержащий блок 10 регистрации параметров вращения, прерыватель 11, датчик 12. Прерыватель 11 выполнен в виде диска с не менее чем одной магнитной меткой или в виде диска с не менее чем одной светоотражающей меткой. Датчик 12 является оптическим датчиком или оптическим передатчиком и приемником.
Измеритель 13 электрических параметров покрытия содержит блок 14 измерений, подвижный 15 и неподвижный 16 контакты-токосъемники, выполненные с возможностью закрепления на контртеле 2 и испытуемом образце 3. Подвижный 15 контакт-токосъемник выполнен в виде щетки, механически прижатой к контртелу 2, а неподвижный 16 - в виде клеммы, соединенной к испытуемому образцу 3.
Электрические провода 17 соединяют реостат 8, блок 10 регистрации параметров вращения, блок 14 измерений, преобразователь сигнала 18, процессор 19, монитор 20.
Работа устройства заключается в следующем.
тр
Испытуемый образец 2 одной стороной крепят к опоре 4 штифтами 5, а другой стороной поджимают к контртелу 2 с усилием Р. Включают привод контртела 2. При вращении контртела 2 возникает момент трения М, который стремится повернуть опору 4 с закрепленным на нем измерительным рычагом 6 вокруг оси. Поворачиваясь вокруг оси, рычаг 6 воздействует свободным концом на стержень 7 реостата 8, при этом меняется положение подвижного контакта реостата 8, соединенного со стержнем 7, изменяется сопротивление реостата 8 и изменяется сила тока пропорционально моменту трения между испытуемым образцом 3 и контртелом 2.
В измерителе 13 параметров вращения прерыватель 11 имеет метки (например, магнитные или светоотражающие), которые воспринимает датчик 12, сигнал от которого поступает в блок 10 регистрации параметров вращения, осуществляющий регистрацию скорости вращения, ускорения вращения контртела 2 относительно испытуемого образца 3, количества циклов вращения «старт-стоп».
Измеритель 13 электрических параметров покрытия осуществляет контроль электрических параметров покрытия испытуемого образца 3 по площади соприкосновения испытуемого образца 3 и контртела 2, например, сопротивления и емкости, что важно при испытаниях материалов, имеющих электроизоляционные или полупроводниковые свойства.
Сигналы от блока 10 регистрации параметров вращения и блока 14 измерений передаются по электрическим проводам 17 в процессор 19. Сигналы от реостата 8 также передаются в процессор 19 через преобразователь сигнала 18 по электрическим проводам 17. Сигналы, поступающие в процессор 19, обрабатываются по специальной программе и отображают на мониторе 20.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности устройства, измеряя момент трения, взаимосвязанные с моментом трения параметры процесса, регистрируя их в режиме реального времени, сохраняя для последующей обработки.