МАШИНА ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области испытательного оборудования, а именно к машинам трения для испытания и быстрой оценки смазочных и антифрикционных свойств масел, смазок и смазочных составов.
Известна Универсальная машина для испытаний на трение и износ ИИ-5018, [Комбалов B.C. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: справочник / под ред. К.В. Фролова, Е.А. Марченко. - М.: Машиностроение, 2008. Стр. 97.], которая включает станину, электропривод, нагрузочное устройство и измерительный пульт. Нагрузочное устройство выполнено в виде пружины, серьги и откидной бабки.
Основными недостатками этой машины трения являются:
- большие габариты и вес, что обуславливает их только стационарное применение; достаточно большая длительность испытаний для получения результатов тестирования смазочных материалов.
Прототипом предлагаемой полезной модели является Устройство для испытания масел при трении [Патент на полезную модель RU 104722 U1. опубл. 20.05.2011], содержащее основание, шарнирно установленный на нем нагружающий рычаг, смонтированный в держателе на рычаге образец, выполненный в виде ролика подшипника качения, и контробразец - в виде кольца подшипника качения, размещенного в держателе на основании. Измерительный механизм выполнен в виде смонтированного на держателе образца граненого штыря, взаимодействующего с гаечным динамометрическим ключом, и амперметра, соединенного с двигателем.
Данный прототип имеет ряд недостатков:
- ручное приложение нагрузки не может обеспечить равномерность и постоянство прилагаемой нагрузки;
- изменение нагрузки на образцы, приводит к изменению скорости вращения двигателя, что постоянно изменяет условия трения при тестировании (нет установившегося режима трения образцов)
- измерение силы тока двигателя является мало точным методом для определения момента нагрузки (ток электродвигателя, при работе под нагрузкой, зависит от большого числа факторов, которые сложно или невозможно оперативно оценить).
Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение влияния этих недостатков на результаты тестирования. Достигаемый технический результат - повышение точности и достоверности результатов тестирования смазочных материалов за счет обеспечении стабильной повторяемости условий проведения экспериментов.
Поставленная задача решается тем, что машина трения содержит корпус с шарнирно установленным в нем рычагом нагружения, на котором закреплен держатель с установленным в нем образцом. Машина трения также содержит контробразец, кинематически соединенный с двигателем, нагружающий механизм, силоизмерительное устройство, установленное на рычаге нагружения и систему управления. От прототипа отличается тем, что нагружающий механизм представляет собой винтовую пару, включающую винт, соединенный с рукояткой вращения, и гайку, которая совмещена с ползуном, соединенным с пружиной, которая подсоединяется к подвесу силоизмерительного устройства. Контробразец установлен на первом полувалу и соединен с двигателем через муфту предельного момента и первую ременную передачу, шкив которой установлен на втором полувалу. При этом двигатель подключен к регулятору оборотов, который через тахогенератор и вторую ременную передачу соединен с первым полувалом. Система управления также включает блок питания, соединенный с блоком отключения, реле и кнопки "Пуск" и "Стоп".
В качестве силоизмерительного устройства предпочтительно использование электронного безмена.
Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. Пример реализации иллюстрируется Фигурой, на которой представлена общая компоновочная схема машины трения.
Машина трения содержит корпус 1, внутри которого устанавливается ванночка 2 для заполнения тестируемым смазочным материалом. В корпусе также установлены шарнирно закрепленный рычаг нагружения 3, на котором с противоположной стороны от шарнира установлено силоизмерительное устройство 4. В качестве силоизмерительного устройства предпочтительно использовать электронный безмен. Подвес силоизмерительного устройства 4 соединен с пружиной 5 нагружающего механизма, который также установлен внутри корпуса 1. Нагружающий механизм представляет собой винтовую пару: винт 6 с гайкой 7, которая совмещена с ползуном 8. Винт 6 нагружающего механизма приводится во вращение рукояткой 9. На рычаге 3 в держателе 10 неподвижно закреплен образец 11. Контробразец 12 (предназначенный для погружения в тестируемый смазочный материал, которым заполняется ванночка 2), жестко установлен на первом полувалу 13. Контробразец 12 соединен с двигателем 14 через муфту 15 предельного момента и первую ременную передачу 16, шкив 17 которой установлен на втором полувалу 18. Двигатель 14 подключен к регулятору оборотов 19, который является составным элементом системы управления 20 с обратной связью от тахогенератора 21, который связан через вторую ременную передачу 22 со шкивом 23, закрепленном на первом полувалу 13. Система управления 20 включает в себя также: блок отключения 24 с реле 25, блок питания 26 и кнопки "Пуск" и "Стоп" 27. Элементы системы управления 20 находятся в корпусе 1 и соединены с ним.
Машина трения работает следующим образом:
Поднимают вверх на шарнире рычаг 3, в держатель 10 устанавливают образец 11. Ванночку 2 наполняют тестируемым смазочным материалом и устанавливают в корпусе 1 таким образом, чтобы контробразец 12 был погружен в тестируемый смазочный материал. Для обеспечения контакта образца 11 с контробразцом 12, опускают рычаг 3 и накидывают пружину 5 механизма нагружения на подвес силоизмерительного устройства 4. Кнопкой 27 "Пуск" включают двигатель 14, при этом через первую ременную передачу 16 на шкив 17, через второй полувал 18 и муфту предельного момента 15, через вторичный полувал 13 начинает передаваться вращение на контробразец 12. Вращением рукоятки 9 через винт 6 перемещают вниз гайку 7, совмещенную с ползуном 8. Ползун 8 перемещаясь, растягивает пружину 5, тем самым прикладывают нагрузку к подвесу силоизмерительного устройства 4, которая через рычаг 3 передается к образцу 11 и контробразцу 12.
Увеличение нагрузки в паре трения образец 11 - контробразец 12 приводит к увеличению силы трения и как следствие скорость вращения контробразца 12 становится не постоянной и даже может значительно уменьшаться. Регулятор оборотов 19 с обратной связью от тахогенератора 21 компенсирует изменение скорости вращения контробразца. Тахогенератор 21, связанный с первым полувалом 13 второй ременной передачей 22, вырабатывает ЭДС, которая пропорциональна скорости вращения вторичного полувала 13, а соответственно и скорости вращения контробразца 12. Регулятор оборотов 19 отслеживает изменение значение ЭДС и соответственно пропорционально изменяет силу тока, подаваемого в двигатель, регулируя скорость вращения его вала, а соответственно через первую ременную передачу - скорость вращения контробразца стабилизируется.
По мере увеличения нагрузки в паре трения наступает момент, когда сила трения достигает предельного значения - происходит задир, срабатывает муфта предельного момента 15, при этом тахогенератор 21, связанный с полувалом 13 через вторую ременную передачу, перестает вырабатывать сигнал ЭДС, что фиксирует блок отключения 24 и перестает подавать управляющий сигнал на реле 25, отключенное реле обесточивает регулятор оборотов 19 и двигатель 14 - контробразец перестает вращаться.
После отключения двигателя 14 прекращают вращение рукоятки 9 и фиксируют показания силоизмерительного устройства 4.
Кнопка "Стоп" 27 предназначена для аварийного отключения электродвигателя машины трения и при штатной работе не используется.
По величине максимальных показаний силоизмерительного устройства 4, при которых произошла остановка двигателя, проводится сравнение различных смазочных материалов по их антифрикционным и смазочным свойствам.
Таким образом, применение нагружающего механизма в виде винтовой пары обеспечивает плавное и равномерное нагружение пары трения, а регулятор оборотов двигателя с обратной связью, обеспечивает неизменную скорость вращения контробразца 12 в течение всего испытания. Фиксация момента задира по срабатыванию муфты и отключение двигателя повышает точность измерения предельной силы трения в паре образец-контробразец. В целом совокупность признаков обеспечивает высокую точность измерений и воспроизводимость условий тестирования смазочных материалов.
Элементы машины трения находятся в конструктивном и функциональном единстве.
Данная мобильная машинка трения изготовляется в ООО "ВМПАВТО" и успешно используется для быстрой демонстрации свойств смазочных материалов. Машинка трения легко транспортируется и не занимает много места.