VIP-ТРИБОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ ГИБКИХ ТЕЛ
VIP-TRIBOMETER FOR DETECTION OF CHARACTERISTICS OF FLEXIBLE BODY FRICTION

Изобретение относится к устройствам для определения механических характеристик трения гибких тел (нить, ремень, лента, канат и др.) при их продольном скольжении по цилиндрической направляющей в различных областях машиностроения (ременные передачи, текстильные и швейные машины, ленточные транспортеры, круговые пилорамы со стальной замкнутой ленточной пилой, кабельное и трикотажное производство и др.).
Известно устройство для определения коэффициента трения гибких материалов, содержащее узел нагружения испытуемой замкнутой гибкой ленты в виде двух раздвижных роликов с приводом их перемещения и узел измерения силы трения в виде криволинейной направляющей с подвешенным грузом [1].
Недостатками известного устройства являются:
1. Сложность конструкции устройства и необходимость применения дополнительного нагрузочного узла в виде ванны с жидкостью.
2. Большие габариты и возможность работы только в строго вертикальном положении.
3. Выполнение узла нагружения в виде двух подвижных роликов при их раздвижении перпендикулярно оси валков приводит к колебанию угла их обхвата испытуемой лентой, что снижает достоверность измерений.
4. Недостаточная эффективность определения коэффициента трения гибких материалов, что обусловлено невозможностью изменения угла обхвата направляющей испытуемым гибким телом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является трибометр, выполненный в виде устройства для определения коэффициента трения нити, содержащего корпус, установленную на нем цилиндрическую направляющую для размещения испытуемого гибкого тела и привод ее поворота; узел натяжения гибкого тела и узел измерения его натяжения, включающий динамометр и шкалу-линейку; а также узел изменения угла обхвата цилиндрической направляющей испытуемым гибким телом в виде паза с подвижным регулирующим блоком [2].
Недостатками указанного устройства являются:
1. Низкая точность измерений, так как перемещение в пазу регулирующего блока не обеспечивает точной установки требуемого угла обхвата, расчет которого от величины этого перемещения производится по сложным формулам и требует затрат времени.
2. Ограниченный диапазон изменения угла обхвата направляющей гибким телом - за счет перемещения в пазу ролика с грузом нельзя реализовать угол обхвата более 180º и менее 30º (т.е. диапазон угла обхвата ограничен перемещением груза в пределах от 30º до 180º, что снижает эффективность определения коэффициента трения).
3. Ограниченные возможности и большая трудоемкость определения на установке различных характеристик трения гибких материалов - установка не позволяет определить непосредственно по шкале-линейке устройства силу трения гибких тел и коэффициент тяги, являющихся основными тяговыми характеристиками фрикционных механизмов, например ременных передач [3, с.138].
2
4. Непригодность данной установки для измерения тяговых характеристик трения в ременных передачах, где согласно [3, с.135] сила натяжения ведомой ветви (в прототипе обозначена Т) должна быть переменной (в прототипе она является постоянной и равна весу груза 4).
5. Сложность конструкции из-за применения дополнительных узлов уравновешивания шкалы-линейки и фиксатора для исключения раскручивания измеряемой нити, узла нагружения в виде вертикально подвешенного через блок груза и выполнения узла изменения угла обхвата направляющей в виде перемещающегося в вертикальном пазу корпуса вращающегося ролика.
6. Большие габариты и наличие вертикально подвешенных грузов в узлах нагружения не позволяют использовать данное измерительное устройство в качестве компактного трибометра настольного исполнения с любым углом наклона его корпуса.
7. Отсутствие визуального контроля измерений и большие затраты времени на определение характеристик трения гибких тел, требующее дополнительных математических расчетов по сложным формулам.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении эффективности определения различных характеристик трения гибких материалов в расширенном диапазоне изменения угла обхвата направляющей гибким телом, а также упрощении конструкции и снижении габаритов устройства для определения характеристик трения гибких тел.
Получение технического результата достигается за счет того, что в трибометре, выполненном в виде устройства для определения механических характеристик трения гибких тел, содержащем корпус, установленную на нем цилиндрическую направляющую для размещения испытуемого гибкого тела и привод ее поворота; узел нагружения гибкого тела и узел измерения его натяжения, включающий динамометр и шкалу-линейку; а также узел изменения угла обхвата цилиндрической направляющей испытуемым гибким телом - узел нагружения гибкого тела выполнен в виде шарнирно присоединенного к корпусу упругого элемента; узел изменения угла обхвата направляющей гибким телом выполнен в виде расположенных на концентрической окружности корпуса вокруг оси поворота направляющей фиксаторов шарнирной опоры упругого элемента, совмещенных с круглой измерительной шкалой угла обхвата, которая сблокирована на корпусе со сдвоенной шкалой-линейкой динамометра. При этом цилиндрическая направляющая может быть сблокирована с храповым колесом, взаимодействующим с подпружиненной собачкой; а привод поворота цилиндрической направляющей может быть выполнен в виде рычага ее углового поворота или в виде самотормозящейся передачи, например червячной.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема VIP-трибометра для определения характеристик трения гибких тел. На фиг.2 показана кинематическая схема взаимодействия подпружиненной собачки с храповым колесом, сблокированным с цилиндрической направляющей.
1
VTP-трибометр для определения характеристик трения гибких тел содержит корпус 1, установленную на нем цилиндрическую направляющую 2 для размещения на ней испытуемого гибкого тела 3 и привод ее поворота, который может быть выполнен в виде рычага ее углового поворота 4 или в виде самотормозящейся, например червячной, передачи (не показана). Также VIP-трибометр содержит узел нагружения гибкого тела 3 в виде шарнирно присоединенного к корпусу 1 упругого элемента 5, соединяющего один из концов гибкого тела 3 с одним из фиксаторов 6 шарнирной опоры упругого элемента 5; и узел измерения натяжения тела 3, включающий динамометр 7 с измерительной стрелкой 8 и сдвоенную шкалу-линейку 9 для одновременного измерения нескольким характеристик трения гибкого тела при данном угле обхвата. Кроме того, VIP-трибометр содержит узел изменения угла обхвата α направляющей 2 гибким телом 3 в виде расположенных на концентрической окружности корпуса 1 вокруг оси поворота направляющей 0 фиксаторов 6, совмещенных с круговой измерительной шкалой угла обхвата 10 и предназначенных для точной установки по ней до начала испытаний требуемого угла обхвата α в неограниченном диапазоне. Круговая измерительная шкала 10 сблокирована на корпусе 1 со сдвоенной шкалой-линейкой 9 показаний динамометра 7. Направляющая 2 может быть сблокирована с храповым колесом 11, взаимодействующим с подпружиненной собачкой 12.
На данном VIP-трибометре одновременно можно проконтролировать и определить следующие показатели для испытуемого гибкого тела 3 (тяговый ремень, лента, нить, трос и др.):
0
1. F - усилие предварительного натяжения испытуемого гибкого тела.
1
2. F - усилие натяжения испытуемого гибкого тела 3 в момент срыва его фрикционного контакта с направляющей 2.
t
1
0
3. F=2(F-F) - силу трения при требуемом различном угле обхвата α.
<mrow><mi>ψ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
0
t
4.
- коэффициент тяги гибкого тела (аналог коэффициента трения) - это основной показатель различных фрикционных передач, показывающий, как часть суммарного усилия предварительного натяжения обоих концов гибкого тела (2F) реализуется в создании силы трения F(0<ψ<1).
Указанные характеристики трения гибких тел взаимосвязаны между собой известными [3, с.135] формулами:
t
1
0
<mrow><mi>ψ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mn>1.</mn></mrow>
F=2(F-F);
Предлагаемый VIP-трибометр для определения характеристик трения гибких тел работает следующим образом.
0
1
t
Для эксплуатации данного VIP-трибометра нужно сначала в положении «0» рычага 4 (см. фиг.1) по круговой шкале 10 установить требуемый угол обхвата α - посредством шарнирного присоединения упругого элемента 5 к одному из проградуированных фиксаторов 6 для создания усилия предварительного натяжения F. После этого следует выполнить простой угловой разворот направляющей 2 до срыва исследуемого фрикционного контакта «гибкое тело - направляющая» (положение 1*). Затем в состоянии неподвижного гибкого тела 3 в положении 1* произвести точное статическое измерение усилия натяжения гибкого тела 3 при его срыве F(α), силы трения F(α) и коэффициента тяги ψ(α) по шкале-линейке 9, проградуированной на основе известных [3, с.135] формул:
t
1
0
<mrow><mi>ψ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mi>t</mi></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><mn>1.</mn></mrow>
F=2(F-F);
Для повторного выполнения замеров на VIP-трибометре следует отжать от храпового колеса 11 подпружиненную собачку 12, чтобы вернуть направляющую 2 с рычагом 4 из положения измерений «1*» в исходное положение «0», после чего повторить поворот углового рычага 4 до положения «1*» срыва фрикционного контакта исследуемого гибкого тела 3.
Экспериментальные исследования и испытания VIP-трибометра (изготовленного по схеме на фиг.1) показывают, что на практике угол поворота рычага 4 из начального положения «0» до положения срыва фрикционного контакта «1*» находится в пределах полуоборота направляющей 2.
Достигаемый в предлагаемом VIP-трибометре положительный эффект заключается в следующем:
1. Обеспечивается точная и быстрая установка различного требуемого угла обхвата без применения расчетных формул, что повышает точность измерений и снижает затраты времени на испытания гибких тел.
2. Устройство обеспечивает одновременное и непосредственное определение по шкале-линейке различных характеристик трения гибких тел при неограниченном диапазоне изменения угла обхвата или направляющей, что снижает трудоемкость и повышает эффективность работы трибометра.
3. Обеспечивается точное воспроизведение условий нагружения тягового ремня в ременной передаче, что позволяет применить предлагаемый трибометр для анализа характеристик трения различных гибких ремней.
4. Упрощается конструкция, а также снижаются вес и габариты трибометра, что позволяет его выполнить в виде компактного переносного прибора, работающего с любым углом наклона его корпуса.
5. Обеспечивается возможность исследования фрикционных свойств гибких тел различной формы и материалов (нить, ремень, лента, канат и др.) в трибометрии, под которой согласно [4, с.10] понимают измерение механических характеристик фрикционного взаимодействия твердых тел.
Источники информации
1. SU 1022016, G01N 19/02 - аналог
2. SU 1080073, G01N 19/02 - прототип.
3. Иосилевич Г.Б. Детали машин. Учебник для ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.
4. Польцер Г., Майсснер Ф. Основы трения и изнашивания (пер. с нем.). // Глава1. Задачи трибоники и ее приложения. - М.: Машиностроение, 1984. - С.10-15.