СТЕНД ДЛЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИИ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к установкам для исследования влияния смазочных материалов на процесс фреттинг-коррозии. Трибометры (машины трения)- лабораторные измерительные установки для исследования и измерения величин, характеризующих трение материалов: коэффициентов трения, интенсивности изнашивания, нагрева в зависимости от состава и структуры этих материалов, режима трения (скорости, давлении, температуры, наличии и природы смазочной среды, состава атмосферы и т.д.) Также они используется для оценки энергетических потерь на трение, износостойкости материалов и покрытий, характеризующей ресурс работы узлов трения, эффективности антифрикционного и противоизносного действия смазочных материалов и материалов трущихся тел и для подбора оптимальных сочетаний трибологических материалов для конкретных условий работы узлов трения.
Известно устройство для испытания на фреттинг-коррозию, содержащее корпус, подвижную кулису, на конце которой помещен неподвижный испытуемый образец, связанный с ней эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом, герметичную камеру, корпус которой снабжен присоединенным к нему беговой дорожкой и охватывающим кулису в ее средней части шарниром, имеющим ограничитель поворота, первый конец кулисы снабжен шарнирно закрепленным на ней бегунком, взаимодействующим с беговой дорожкой и эксцентриком, а на втором конце кулисы закреплена находящаяся в нагревательной печи герметичная камера, внутри которой закреплены подвижный и неподвижный испытуемые образцы и ограничитель поворота подвижного образца относительно собственной оси (патент РФ №2171977, МПК-7 G01N 3/56, 2001). Недостатком данного устройства является то, что он не позволяет моделировать различного рода комбинированные виды нагружения.
Известно также устройство для испытаний на усталость валов при фреттинг-коррозии, содержащий основание, установленные на основании параллельно его плоскости, подпружиненные относительно основания траверсы, каждая из которых выполнена в виде полок, соединенных между собой стойками, размещенные на траверсах опоры для установки испытуемого вала, а также расположенные на траверсах электродвигатели с возбудителями изгибных и крутильных колебаний и датчики параметров испытаний, который может быть по предложению снабжен механизмами упругого сопротивления изгибным и крутильным колебаниям (патент РФ №2063016, МПК-6 G01N 3/56, 1996).
Недостатком этого стенда являются ограниченные функциональные возможности и недостаточно широкий диапазон видов нагружения.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет увеличения возможных вариантов испытаний, количества и диапазона процессов нагружения при сохранении точности и достоверности результатов.
Поставленная задача достигается тем, что для испытаний смазочных материалов при фреттинг коррозии предлагается испытательный стенд, состоящий из установленных на общем основании системы перемещения плоского образца и системы нагружения шарового контробразца, обеспечивающих строгое перемещение испытуемого образца в горизонтальной плоскости при вертикальном воздействии контробразцом, в качестве которого используется нагрузочный шар с переменной величиной нагружения. При этом для получения качественных результатов исследований образца предлагается система перемещения, которая включает в себя две параллельно расположенные плиты, связанными между собой посредством пластинчатых пружин, на верхней из которых закреплен исследуемый образец, а нижняя плита подвешена к неподвижному столу на гибких связях, при этом верхняя плита имеет контакт с толкателями двух горизонтально расположенных пьезоэлектрических приводов, которые связаны электрической связью с механотронным датчиком, причем исследуемый образец снабжен нагревательным элементом и температурным датчиком, при этом система нагружения контробразца состоит из подвижного рычага нагружения, держателя контробразца, выполненного в виде вертикальной подвижной стойки, закрепленной на основании с помощью пары горизонтальных плоских пружин, с обоих торцов которой имеются лунки под установку шарового контробразца и опорного шара на котором установлен подпятник, шарнирно соединенный со средней точкой рычага, у которого одно плечо с помощью шарнира присоединено к опоре основания одном уровне с точкой контакта образца и контробразца, а ко второму подвешен груз. Сама плита с образцом установлена в подвесах из пластинчатых пружин, образующих рычажные параллелограммы с гибкими связями, и имеет контакт с торца с пьезоэлектрическими приводами, выполненными в виде керамических дисков, разделенных между собой металлическими дисками, которые собраны в изолированных корпусах и закрытых в резьбовой втулке с поджатием к толкателю с помощью резьбовой пробки и пружины, при этом втулки закреплены на основании по разные стороны от подвижной плиты с закрепленным образцом так, что подвижная плита зажата между двумя толкателями. Вся электронная аппаратура, в том числе пьезоэлектрические приводы, механотронный датчик, нагревательный элемент, и температурный датчик, объединены в единую электронную систему управления и контроля с выходом на компьютер.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид установки, на фиг. 2 - принципиальная схема установки, на фиг. 3 - схема пьезоэлектрического привода перемещения образца.
Стенд представляет собой устройство, состоящее из установленных на общем основании 1 системы перемещения плоского образца 2 и системы нагружения шарового контробразца 3. Система перемещения включает в себя две параллельно расположенные плиты 4 и 5, связанные между собой посредством пластинчатых пружин 6, на верхней из которых закреплен исследуемый образец 2, а нижняя плита 5 подвешена к неподвижному столу 7 на гибких связях 8, при этом верхняя плита 4 имеет контакт с толкателями двух горизонтально расположенных пьезоэлектрических приводов 9, которые связаны электрической связью с механотронным датчиком 10, причем исследуемый образец 2 снабжен нагревательным элементом 11 и температурным датчиком 12. Собственно система нагружения контробразца 3 состоит из подвижного рычага 13 нагружения, держателя контробразца 14, выполненного в виде вертикальной подвижной стойки, закрепленной на основании с помощью пары горизонтальных плоских пружин 15, с обоих торцов которой имеются лунки под установку шарового контробразца 3 и опорного шара 16, на котором установлен подпятник 17, шарнирно соединенный со средней точкой рычага 13, у которого одно плечо с помощью шарнира 18 присоединено к опоре основания одном уровне с точкой контакта образца 2 и контробразца 3, а ко второму плечу рычага 13 подвешен груз 19. Плита 4 с образцом 2 и держатель с контробразцом 3 установлены в упругих подвесах 8 и 15, выполненных из пластинчатых пружин, образующих рычажные параллелограммы с гибкими связями. Ось шарнира 18 и поверхность образца 2 находятся на одном уровне для устранения моментов, способных исказить распределение усилий, чтобы обеспечить возможность возникновения дополнительных крутящих моментов, способных исказить вертикаль действия контробразца. Пьезоэлектрические приводы 9, механотронный датчик 10, нагревательный элемент 11 и температурный датчик 12 объединены в единую электронную систему управления и контроля с выходом на компьютер 20. Пьезоэлектрический привод выполнен в виде керамических дисков 21, разделенных между собой металлическими дисками 22, изолированными от корпуса и собранных в резьбовой втулке 23 с пожатием к толкателю 24 с помощью резьбовой пробки 25 и пружины 26, при этом втулки (корпуса обоих приводов) закреплены на основании по разные стороны от подвижной плиты 4 так, что подвижная плита 4 зажата между двумя толкателями 24.
Устройство работает следующим образом.
Исследуемый на фреттинг образец 2 крепится на плите 4 с расположенным на нем механизмом обеспечения осцилляции. Предусмотрено также устройство для установки и нагружения трущейся пары «образец-контробразец». На столе 7, неподвижно соединенном с основанием 1, на двойном пружинном подвесе 8 размещена подвижная с возможностью колебания в горизонтальном направлении плита 4, к которой с двух сторон установлены двухсторонние контактные пьезоэлектрические привода 9, сообщающие плите 4 осциллирующее движение. Закрепленный на плите 4 образец, например, выполненный в виде пластины 2, также находится в колебательном состоянии относительно контробразца 3. который связан с системой нагружения, размещенной на рычаге 13. Нагрузка, создаваемая грузом 19, через рычаг 13, подпятник 17, опорный шар 16 и держатель контробразца 14 передается на контробразец 3. Держатель контробразца 14 связан с опорой основания 1 через пружинный параллелограмм с гибкими звеньями 15, что обеспечивает держателю 14 строго вертикальное положение и, тем самым, исключает изменение приложенного к контробразцу усилия. Амплитуда колебаний образца 1 задается в пределах 0,5-5 мкм и контролируется датчиком линейных перемещений 10. Контроль и управление процессом трения «образец-контробразец» осуществляется за счет изменения нагрузки на контробразец, амплитуды и частоты колебания плиты 4 за счет применения в полезной модели пьезоэлектрических приводов 9, механотронного 10 и температурный 12 датчиков, нагревательного элемента 11, которые объединены в единую электронную систему управления и контроля с выходом на компьютер 20.
Схема пьезоэлектрического привода приведена на фиг. 3. Пьезоэлектрический привод 9 состоит из керамических дисков 21, разделяющих их стальных дисков 22, пружинной шайбы 26. Эти диски помещены в резьбовую пробку 25. Слева они поджаты винтовой пробкой 25 к толкателю 24, справа, обеспечивая осцилляцию подвижной плиты 4 устройства.
В процессе испытаний регистрируют величину коэффициента трения, а после окончания испытаний - анализируют пятно износа на исследуемом образце 2.