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 (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.
В качестве прототипа принято устройство для измерения момента трения, содержащее шпиндель с контртелом, 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.).
Недостатками конструкции устройства являются отсутствие компенсации непараллельности испытуемого образца и контртела, за счет чего пятно трения испытуемого образца и контртела происходит не по всей поверхности, а перекрывает часть испытуемого образца, что уменьшает площадь и изменяет конфигурацию пятна трения, также не предусмотрены элементы конструкции, препятствующие отклонению от оси вращения опоры, что в совокупности вносит существенную погрешность в интерпретацию результатов измерений.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение достоверности измерений (уменьшение погрешности) момента трения.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в повышении площади контакта испытуемого образца и контртела и обеспечении стабильности площади и конфигурации пятна трения.
Указанная задача решается тем, что устройство для измерения момента трения, содержащее шпиндель с контртелом, опору, выполненную с возможностью размещения испытуемого образца, штифты, измерительный рычаг, реостат со стержнем, преобразователь сигнала с процессором и монитором, связанные электрически, отличается тем, что опора сверху снабжена кольцевым выступом, снизу штоком, соосными друг другу, при этом устройство снабжено карданным механизмом, содержащим внутреннее и внешнее кольца, размещенные соосно и связанные друг с другом первыми соосными шпильками с возможностью их взаимного поворота, при этом внешнее кольцо карданного механизма связано с кольцевым выступом опоры вторыми соосными шпильками с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси первых шпилек, причем внутреннее кольцо карданного механизма выполнено с возможностью его скрепления вертикальными штифтами с испытуемым образцом, кроме того, шток опоры установлен в направляющей втулке.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает решение поставленной технической задачи, а именно - повышение достоверности измерений (уменьшение погрешности) момента трения за счет повышения площади контакта испытуемого образца и контртела и обеспечения стабильности площади и конфигурации пятна трения.
Устройство и принцип действия модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сбоку устройства, на фиг. 2 – вид устройства сверху.
На чертежах показаны шпиндель 1, контртело 2, опора 3, испытуемый образец 4, штифты 6, измерительный рычаг 7, реостат 8 со стержнем 9, преобразователь сигнала 10, процессор 11, монитор 12, кольцевой выступ 13, шток 14, внутреннее 15 и внешнее 16 кольца, первые 17 и вторые 18 соосные шпильки, электрические провода 19.
Устройство для измерения момента трения состоит из шпинделя 1, имеющего привод от электродвигателя, с закрепленным на нем контртелом 2, опоры 3, выполненной с возможностью размещения испытуемого образца 4, штифтов 6, измерительного рычага 7, реостата 8 со стержнем 9, преобразователя сигнала 10 с процессором 11 и монитора 12, связанных электрически. Опора 3 сверху снабжена кольцевым выступом 13, снизу штоком 14, соосными друг другу. Устройство снабжено карданным механизмом, содержащим внутреннее 15 и внешнее 16 кольца, размещенные соосно и связанные друг с другом первыми соосными шпильками 17 с возможностью их взаимного поворота. При этом внешнее кольцо 16 карданного механизма связано с кольцевым выступом 13 опоры 3 вторыми соосными шпильками 18 с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси первых шпилек 17. Внутреннее кольцо 15 карданного механизма выполнено с возможностью его скрепления вертикальными штифтами 6 с испытуемым образцом 4. Шток 14 опоры 3 установлен в направляющей втулке 18.
Работа устройства заключается в следующем.
Испытуемый образец 4 крепят штифтами 6 к поверхности внутреннего кольца 15 карданного механизма, внешнее кольцо 16 которого соединено первыми соосными шпильками 17 с внутренним кольцом 15 карданного механизма и с опорой 3, которые в совокупности обеспечивают присоединение испытуемого образца 4 к рабочей поверхности контртела 2. Шток 14 опоры 3 установлен внутри направляющей втулки 18, препятствующей отклонению от оси вращения опоры 3.
тр
Испытуемый образец 4 поджимают к контртелу 2 с усилием Р. Включают привод контртела 2. При вращении контртела 2 возникает момент трения М, который стремится повернуть опору 3 с закрепленным на нем измерительным рычагом 7 вокруг оси. Поворачиваясь вокруг оси, рычаг 7 воздействует свободным концом на стержень 9 реостата 8, при этом меняется положение подвижного контакта реостата 8, соединенного со стержнем 9, изменяется сопротивление реостата 8 и изменяется сила тока пропорционально моменту трения между испытуемым образцом 4 и контртелом 2.
Сигналы от реостата 8 передаются по электрическим проводам 19 через преобразователь сигнала 10 на процессор 11, обрабатываются в программе в процессоре 11 и отображаются на мониторе 12.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение достоверности измерений, позволяет измерять момент трения с высокой точностью и регистрировать его в режиме реального времени, сохраняя для последующей обработки.