ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности к приборам для определения коэффициента трения и их составляющих.
Известен прибор (см. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977 - 526 с, С. 446.) для определения молекулярной составляющей коэффициента трения, т.е. прочности адгезионных связей, исследуемых материалов на срез, содержащий корпус, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держатели образцов с параллельными опорными плоскостями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленными в ней сферическим индентором, механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору момента.
max
Так как в известном приборе реализуется схема трения верчения, то в зоне контакта распределение скоростей неравномерно, они изменяются от 0 до V. Кроме того, необходимо измерять отпечаток в плоских образцах, так как в расчетную формулу входит радиус отпечатка. Это вносит дополнительные погрешности в определение молекулярной составляющей коэффициента трения в условиях трения скольжения.
Известен прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения в условиях трения скольжения [2]. Для этого механизм поворота индентора выполнен в виде установленного с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям деталей, и жестко закрепленного в оправке рычага, неподвижно установленного на нем сегмента, дуга которого описана из центра индентора и охватывает сегмент по дуге гибкой связи, на которую воздействует нагрузка, например подвешен груз.
Недостатком описанного технического решения является невозможность определения молекулярной составляющей коэффициента трения с учетом влияния тока и вибровозмущений.
Известен прибор [3], на котором установлен магнитопровод, с расположенной на нем электромагнитной катушкой, который образует вместе с держателем образцов, образцами и сферическим индентором общий магнитный контур, и источником тока, подключенными токопроводящими проводами к образцам.
Недостатком описанного технического решения является то, что шаровый индентор практически всегда изготавливается только из подшипниковых сталей типа ШХ-15, что в лабораторных условиях сложно, трудоемко и дорого. Кроме того происходит неравномерное распределение нормальных и касательных напряжений по поверхности отпечатка, что приводит к неодинаковым условиям деформирования материала в точках вблизи оси вращения шарика и на периферии отпечатка.
Определение молекулярной составляющей коэффициента трения при пластической деформации может осуществляться методом вдавливания конусов. Этот метод весьма целесообразен для определения молекулярной составляющей и удельной силы трения (простота изготовления). Метод значительно выигрывает при наличии отверстия в образце, что гарантирует центрирование при базировании конусов перед испытанием и снижение неравномерности распределения нормального давления, которое имеет максимум под вершиной конуса [1].
В качестве прототипа заявленной полезной модели выбран конусный трибометр ТК-45/5 [5], состоящий из станины, в верхней части которой закреплен верхний конусный образец. Под ним размещен второй образец в виде цилиндра со сквозным отверстием, который закреплен в обойме. Обойма жестко закреплена на подвижной платформе, расположенной на подвижном столе, который может перемещаться в вертикальном направлении. Нормальная сила создается динамометром. Обойма с нижним образцом поворачивается с помощью винта, что приводит к изгибу балки, на которой наклеены тензодатчики.
Известно [5], что при подаче электрического тока в сопряжение пары трения коэффициент трения изменяется. Принципы действия электрического тока на движение дислокаций (электропластический эффект) приводится в работе [6].
В работе [7] отмечается, что вибрация неоднозначно влияет на коэффициент трения трущихся поверхностей.
Недостатком данного устройства является то, что на нем невозможно определить молекулярную составляющую коэффициента трения при воздействии тока и вибровозмущений в зоне контакта трения.
Техническим результатом заявленной полезной модели является упрощение изготовления пар трения и уточнение величины молекулярной составляющей коэффициента трения при воздействии внешних полей (тока и вибровозмущений) как раздельно, так и совместно.
Это достигается тем, что предлагаемый прибор содержит два образца: первый образец-конус, закрепленный в верхней части станины через электроизоляционную прокладку, второй образец, выполненный в виде цилиндра с отверстиями закреплен в обойме, опирающийся через электроизоляционную прокладку на подвижную платформу, установленную на подвижный стол, который при этом может перемещаться в вертикальном направлении в корпусе при этом первый образец-конус, закреплен в верхней части станины через электроизоляционную прокладку. Под ним расположен второй образец, выполненный в виде цилиндра с отверстиями, который крепится в обойме. Винт, приводимый во вращение через редуктор от микродвигателя, воздействует на тензобалку, закрепленную на обойме. Для измерения величины коэффициента трения и его составляющих на тензобалке наклеены тензодатчики. На обойме установлены два электровибратора, обмотки которых соединены параллельно и питаются от преобразователя частоты. Полюса электровибраторов установлены на станине. Расстояние Δ между якорями электровибраторов и полюсами можно регулировать, тем самым изменять величину амплитуды вибровозмущений, а регулируя частоту напряжения питания электровибраторов (от преобразователя частоты) изменяется частота вибровозмущений. Подача тока в зону контакта верхнего и нижнего образцов осуществляется от источника тока.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема прибора.
Предлагаемый прибор (фиг. 1) состоит из верхнего образца-конуса 1, закрепленного в верхней части станины 2 через электроизоляционную прокладку 3. Под ним расположен второй образец 4, выполненный в виде цилиндра с отверстиями, который крепится в обойме 5. Обойма 5 опирается через электроизоляционную прокладку 6 на подвижную платформу 7. Платформа 7 устанавливается на подвижный стол 8, который может перемещаться в вертикальном направлении в корпусе 9. Нормальная нагрузка к образцам прикладывается с помощью винта 10 через динамометр 11, подвижный стол 8, платформу 7, обойму 5. Винт 17, приводимый во вращение через редуктор 18 от микродвигателя 19, воздействует на тензобалку 16, закрепленную на обойме 5. Для измерения величины коэффициента трения и его составляющих на тензобалке наклеены тензодатчики 15. На обойме 5 установлены два электровибратора 12, обмотки которых соединены параллельно и питаются от преобразователя частоты (на фиг. 1 не показан). Полюса 13 электровибраторов 12 установлены на станине 2. Расстояние Δ между якорями электровибраторов 12 и полюсами 14 можно регулировать, тем самым изменять величину амплитуды вибровозмущений, а регулируя частоту напряжения питания электровибраторов (от преобразователя частоты) изменять частоту возмущений. Подача тока в зону контакта верхнего 1 и нижнего 4 образцов осуществляется от источника тока 14.
Работа прибора осуществляется следующим образом. Первоначально с помощью вращения винта 10 осуществляется касание поверхностей конуса и нижнего образца. Создается нагрузка с таким расчетом, чтобы обеспечить в контакте пластическую деформацию или упругий контакт. Перемещается винт 17 до касания балки 16. Для определения влияния тока и вибровозмущений на адгезионную (молекулярную) составляющую коэффициента трения задается амплитуда вибровозмущений (регулируется величина Δ). Затем включаются источник тока 14 (ток проходит через зону контакта верхнего 1 и нижнего 4 образцов). Затем с помощью винта 17, приводимого во вращение микродвигателем 19 обойма 5 с образцом 4 поворачивается, воздействуя на тензобалку 16 с наклеенными на нее тензорезисторами 15. При изгибе тензобалки возникает сигнал рассогласования, который поступает на усилитель с последующей обработкой на ЭВМ, в результате которой определяется коэффициент трения.
При вращении конуса-образца 1 по нижнему образцу 4 появляется контактная поверхность в виде узкого участка боковой поверхности цилиндра 4. Так как в начальный момент поверхность образцов гладкая, деформационной составляющей коэффициента трения пренебрегают, а коэффициент трения в контакте можно считать адгезионным (молекулярным). При отсутствии тока в электровибраторах можно определить молекулярную (адгезионную) составляющая коэффициента трения без воздействия вибровозмущений (воздействует только ток, проходящий через зону контакта образцов от источника 13).
Технический эффект предлагаемого прибора заключается в простоте изготовления пар трения и уточнении величины молекулярной составляющей коэффициента трения, что может вносить поправки в расчеты режимов работы узлов трения при воздействии тока, вибровозмущений как раздельно, так и совместно.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели
1. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с, С. 448.
2. А.С. ССР №348927, опуб. 23.08.1972, бюл. №25.
3. Патент RU №2279664, опуб. 10.07.2006, бюл. №19.
4. Курова М.С. «Удельная сила трения и проводимость электрических контактов» - автореферат на соискание ученой степени к.т.н. Калинин, 1982. - 21 с, С. 13-14.
5. «Проблемы трения и изнашивания», вып. 7. «Техника» Киев, 1975. - 157 с. Коробков Ю.М., Прейс Г.А. Электропластический эффект при трении и резании металлов, С. 3-6.
6. Кравченко В.Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1966. Т. 51. Вып. 6. С. 1676-1680.
7. Известия высших учебных заведений. Физика. 1968, №6. В.М. Андриевский «Измерение сил трения при вибрации» С. 7-10.