УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к устройствам для определения коэффициента трения.
Известно устройство [Трение и износ, 1993, том 14, №5, с. 903-906. Ковалевский В.В., Космогрыз С.Г., Збитнев, Е.А. О повышении точности измерения силы трения.] для измерения силы трения, содержащее на установленный, на упругом шарнире держатель образца. Упругий шарнир выполнен в виде упругой перемычки и соединен с корпусом, на котором закреплен датчик перемещения держателя образца при его повороте в шарнире.
При приближении корпуса устройства к контробразцу шарнир сжимается, создавая силу нормального давления в контакте, которая контролируется датчиком. Контробразец приводится в движение с некоторой скоростью. Устройство снабжено механизмом перемещение и фиксирования корпуса в вертикальном направлении.
Недостатком данного устройства является отсутствие механизма горизонтального перемещения образца и датчика этого перемещения.
Известна установка [Крагельский В.И., Добычин М.Н., Комаблов B.C. Основы расчет на трение и износ, М.: Машиностроение, 1977, с. 526, С. 447-448.] для оценки противозадирочных свойств материалов.
В этой установке перемещение индентора по плоскому образцу осуществляется от гайки, соединенной с ползуном, перемещение передается от электродвигателя через систему механических передач. Индентор закрепляется в оправке, свободно перемещающейся в вертикальном направлении по направляющим, установленным в корпусе и жестко связанным с ползуном. Испытуемый плоский образец устанавливается под меньшим углом к направлению движению индентора в державке к каретки, которая свободно перемещается в шаровых направляющих. Нормальная нагрузка измеряется динамометром, установленным между оправкой и винтом. Измерение силы сопротивления перемещению индентора осуществляется плоской пружиной.
Недостатком данного устройства является невозможность определения является влияния электрического тока, магнитного поля и вибрации в месте контакта индентора и плоского образца, на величину коэффициента трения.
Известна установка [патент RU №2349901] для определения коэффициента трения, в которой ползун жестко связан с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороной стороны снабженная закрепленным индентором, с другой стороны опирающиеся на силоизмерительное устройство в корпусе. При этом индентор опирается на закрепленный в каретке с возможностью горизонтального перемещения плоский образец. Каретка связана с плоской пружиной, а ползун выполнен с возможностью горизонтального перемещения. Установка снабжена источником тока, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован и опирается на вибратор. Установка также снабжена обмоткой возбуждения с магнитопроводом, образующим замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец.
Недостатком данного технического решения, принятого за прототип, является невозможность определения коэффициента трения в зависимости от скорости скольжения и внешнего температурного поля при одновременном воздействии внешних факторов: электрического тока, магнитного поля и вибрации.
Известно [Проблемы трения и изнашивания, вып. 7, «Техника» Киев, 1975. - 157 с. Коробов Ю.М., Прейс Г.А. Электропластический эффект при трении и резании металлов, С. 3-6.], что при подаче электрического тока в сопряжение пары трения коэффициент трения изменяется.
В работе [Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. - М.: машиностроение, 1981. - 224 с., С. 81] отмечается, что магнитное поле оказывает влияние на процесс трения контактируемых поверхностей деталей, изготовленных ферромагнитных материалов.
В работе [Известия высших учебных заведений. Физика. 1968, №6. В.М. Андриевский «Измерение сил трения при вибрации». С. 7-10] отмечено, что вибрация оказывает влияние на коэффициент трения трущихся поверхностей.
В работе [Трение, износ и смазка (трибология и триботехника). А.В. Чичинадзе, A.M. Берннилер, Э.Д. Браун и др. Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с. С. 262] указывается, что с ростом температуры значительно изменяется теплофизические характеристики многих металлов и композиционных материалов на металлической основе. Изменения могут достигать 30-40% при объемной температуре T=300…400°C.
Следует также отметить, что в работе [Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц, М. Браунович «Электрические контакты» Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008 - 560 с. С. 69-70] указывается на то, что зависимость коэффициента трения от скорости скольжения зависит от влияния температуры. С увеличением скорости скольжения скорость деформации и контактная температура возрастает. Эти факторы оказывают влияние на механические свойства трущихся тел и, как следствие, на адгезионную (молекулярную) и деформационную составляющие трения (коэффициент трения). С ростом температуры снижается прочность адгезионных связей, однако контакт становится более пластичным, что приводит к возрастанию фактической площади контакта. Сочетание этих эффектов может приводить к разнообразным зависимостям величин трения от температур.
Задача полезной модели является приближения условий проведения испытаний при измерении силы трения к эксплуатационным.
Указанная задача достигается тем, что установка для определения коэффициента трения, содержащая ползун жестко связанный с корпусом, в подшипниках которого установлена оправка, с одной стороны снабженная закрепленным индентором, а с другой стороны опирающаяся на силоизмерительное устройство, состоящее из винта и динамометра в корпусе, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки, индентор опирающийся на закрепленный в каретке, связанной с датчиком силы трения, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики с возможностью горизонтального перемещения плоский образец, источник тока, образующий замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор, обмотку возбуждения с магнитопроводом, образующую замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец, отличающаяся тем, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений, имеется сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения.
Установка снабжена источником тока, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор с оправкой, силоизмерительное устройство и плоский образец, причем плоский образец токоизолирован от каретки прокладкой и опирается на вибратор.
Установка снабжена обмоткой возбуждения с магнитопроводом, образующим замкнутую магнитную цепь через корпус, оправку с индентором и плоский образец.
Новым в установке для определения коэффициента трения является то, что на ползуне установлен датчик скорости скольжения, плоский образец охвачен обмоткой нагревательного устройства и имеет датчики температуры, на магнитопроводе установлен датчик магнитного поля, в электрической цепи установлен датчик тока, а на вибраторе установлен датчик виброперемещений. В установке имеется т сумматор, соединенный с датчиками виброперемещений, скольжения, температуры, магнитного поля, тока и анализатором, соединенным с датчиками нагрузки и трения.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки, на фиг. 2 - блок-схема измерительного устройства.
Предлагаемая схема установки (фиг. 1) для определения коэффициента трения содержит жестко связанный с ползуном 1 корпус 2, в подшипниках 3 которого установлена оправка 4. С одной стороны оправка 4 снабжена закрепленным индентором 5, а с другой стороны опирается на силоизмерительное устройство, состоящие из винта 6 и динамометра 7 в корпусе 2, между которыми установлен датчик вертикальной нагрузки 8. Индентор 5 опирается на закрепленный в каретке 9 с возможностью горизонтального перемещения плоский образец 10. Каретка 9 связана с датчиком силы трения 11, представляющим плоскую пружину, на которой установлены тензодатчики (на фиг. 1 не показаны).
в
Установка снабжена источником тока 12, образующим замкнутую электрическую цепь через индентор 5 с оправкой 4, силоизмерительное устройство и плоский образец 10, причем плоский образец 10 токоизолирован от каретки 9 покладкой 13 и опирается на вибратор 14, на котором установлен датчик виброперемещений 15 (Д). В цепи источника тока 12 установлен датчик электрического тока 16.
ск
ф
На ползуне 1 установлен датчик скорости скольжения 17 (Д), в образце 10 выполнены отверстия в непосредственной близости к поверхности трения, куда установлены датчики температуры (термопары) 18 (Дт). Образец 10 охвачен обмоткой нагревательного устройства 19. На магнитопроводе 20 с обмоткой 21 установлен датчик магнитного поля 22 (Д).
н
ктр
в
а
ск
т
ф
н
Блок-схема измерительного устройства (фиг. 2) содержит датчик вертикальной нагрузки 8 (Д), датчик силы трения 11 (Д), датчик виброперемещений 15 (Д) (фиг. 1 и 2), датчик электрического тока 16 (Д), датчик скорости скольжения 17 (Д), датчик температуры (термопары) 17 (Д), датчик магнитного поля 22 (Д), сумматор 23 (Σ), анализатор 24 (А).
Установка работает следующим образом. Перед началом испытаний задаются скоростью скольжения индентора, величиной магнитного поля, проходящего через образец-индентор путем задания в обмотке, находящейся на магнитопроводе, определенной величины тока, величиной вертикальной нагрузки, определяемой динамометром и датчиком нагрузки. С помощью нагревательного устройства задается необходимая температура поверхности образца и контролируемая датчиками температуры - термопарами. Включается источник тока и пропускается заданная величина тока через индентор и образец. Включается вибратор с заданной амплитудой и частотой виброперемещений.
После этого производится перемещение индентора с заданной скоростью скольжения по плоскому образцу.
Сигналы от датчиков заданных величин: температуры, скорости скольжения, вертикальной нагрузки, электрического тока, магнитного поля, виброперемещений поступают на сумматор, где определяются действительные значения. Обобщенный сигнал с сумматора поступает на анализатор, куда поступают также сигналы от датчиков, изменяемых по величине вертикальной нагрузки и силы трения (коэффициента трения). Выходной сигнал анализатора определяет коэффициент трения при изменяемой во времени вертикальной нагрузке с учетом вышеперечисленных заданных внешних факторов.
Предлагаемое техническое решение предназначено для определения коэффициента трения в трущихся парах деталей машин. Использование предлагаемого технического решения способствует приближению условий проведения испытаний для измерения силы терния к эксплуатационным условиям.