МАШИНА ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению и может использована для испытания деталей машин на износ и сопротивление трению качения.
Известен способ и устройство для дефектоскопии движущейся поверхности при испытании на износ, при котором детали прижимают одна к другой и по акустическим колебаниям зонда, прижимаемого к исследуемой поверхности, судят о состоянии этой поверхности (авторское свидетельство SU №407211).
Недостатком этого устройства является большое усилие, требуемое для испытания, и длительное время испытания.
Известна машина для исследования процесса трения шаров внутри кольца (авторское свидетельство SU №186183), в которой шары прижимаются к внутренней поверхности кольца под действием центробежной силы.
Недостатком этого устройства является сложность регулирования нагрузки и то, что на детали трения невозможно передать комбинированную нагрузку.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности признаков к заявляемой является машина трения качения, содержащая станину, закрепленный на ней корпус с располагаемыми в нем шарами, образцом и контробразцом, выполненным в виде цилиндрического конуса, узел нагружения и привод вращения контробразца (авторское свидетельство SU №1174830). Устройство снабжено установленной в корпусе чашкой, по которой катятся шарики, механизмом зажима шариков между крышкой корпуса и основанием чашки, препятствующим свободному вращению шариков, корпус установлен на станине с возможностью ограниченного углового перемещения, в качестве образца используются шарики.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает условия испытания, приближенные к условиям работы подшипника качения при свободном вращении шариков. Так как шарики, опираясь на дно чашки, всегда испытывают дополнительное сопротивление вращению, чашка по форме не соответствует форме колец подшипников, устройство, которое обеспечивает ограниченное угловое перемещение корпуса, вызывает дополнительное сопротивление вращению корпуса, что вносит существенную погрешность в показания измерения момента трения.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение условий испытания, приближенным к условиям свободного качения шариков в шарикоподшипнике при расширении технологических возможностей устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в машине трения качения, содержащей станину, закрепленный на ней корпус с располагаемыми в нем шарами, образцом и контробразцом, выполненным в виде цилиндрического конуса, узел нагружения и привод вращения контробразца, между станиной и корпусом размещен датчик крутящего момента, в качестве образца использовано наружное кольцо шарикового подшипника, а угол конуса контробразца равен двойному углу контакта шариков с дорожкой качения шарикового подшипника.
Техническим результатом является обеспечения возможности свободного вращения шариков по дорожке качения кольца шарикоподшипника под заданным углом контакта и повышение точности измерения момента трения качения.
Так как в качестве образца используется наружное кольцо шарикового подшипника, а угол конуса контробразца соответствует углу контакта шариков с дорожкой качения образца, то это приближает условия испытания к условиям свободного вращения шариков в шарикоподшипнике. Устройство позволяет исследовать влияние геометрических параметров рабочей поверхности деталей шариковых подшипников, их материала, технологии изготовления, применяемой смазки, угла контакта и других средств на трение и износ и тем самым определять рациональные условия изготовления и эксплуатации подшипника качения. Тем самым расширяется технологическая возможность устройства по сравнению с прототипом. А так как корпус устройства установлен непосредственно на датчике крутящего момента, то это повышает точность измерения, так как на момент вращения не оказывают влияние посторонние факторы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен общий вид предлагаемого устройства.
На чертеже обозначены:
1 - испытываемый образец;
2 - корпус;
3 - промежуточная втулка;
4 - сепаратор;
5 - шарики;
6 - контртело;
7 - нажимной вал;
8 - крышка;
9 - датчик крутящего момента;
10 - основание.
Испытываемый образец 1, представляющий собой наружное кольцо шарикового подшипника, установлен в корпусе 2 через промежуточную втулку 3. Внутри испытываемого образца 1 в сепараторе 4 размещены шарики 5. Диаметр шариков 5 равен диаметру шариков в шарикоподшипнике. Между шариками 5 установлено контртело 6 конической формы, связанное с помощью торцового шпоночного соединения с нажимным валом 7. Нажимной вал 7 находится под действием осевой силы P, создаваемой механизмом нагружения (не показан). Сверху корпуса 2 закреплена крышка 8 с центральным отверстием для ввода нажимного вала 7. Крышка 8 зажимает по торцу испытываемый образец 1, предотвращая его вращение.
Вся конструкция размещена на датчике крутящего момента 9, закрепленном на основании 10. Угол конуса контртела 6 равен требуемому двойному углу контакта шариков 5 с дорожкой качения шарикового подшипника. В полость корпуса 2, выполненного в виде стакана, может заливаться смазочно-охлаждающая жидкость различного состава, а испытываемый образец 1 может изготавливаться из различных материалов с использованием различных технологий.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Нажимному валу 7 придается вращение с частотой n, в результате чего получает вращение контртело 6. За счет сил трения с контртелом 6, нагруженным силой P, получают вращение шарики 5, которые совершают движение обкатки по дорожке качения шарикового подшипника. Возникающий между шариками 5 и испытываемым образцом 1 момент трения качения замеряется датчиком крутящего момента 9, закрепленным на основании 10. После заданного времени обкатки вращение нажимного вала 7 прекращается, нажимной вал 7 отводится в вертикальном направлении, крышка 8 снимается с корпуса 2, а из его полости извлекаются контртело 6, шарики 5 с сепаратором 4 и испытываемый образец 1. Измеряется износ рабочих поверхностей образца 1 и контртела 6, по величине которого и по величине момента трения качения, измеряемого в процессе испытания, определяется эффективность конструкторских и технологических мероприятий. Если испытанию подвергают образцы различных размеров, то вместе с образцом 1 меняется и втулка 3.
Использование предлагаемой конструкции машины трения качения по сравнению с известными позволяет: исследовать влияние геометрических параметров рабочей поверхности деталей шариковых подшипников, их материала, технологии изготовления, применяемой смазки, угла контакта и других средств на трение и износ и тем самым определять рациональные условия изготовления и эксплуатации подшипника качения. Тем самым расширяется технологическая возможность устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, повышается точность измерения момента трения качения между шариками 5 и образцом 1, так как на этот показатель не оказывают влияние другие элементы устройства.
Пример. Опытный образец заявляемого устройства был использован для определения влияние консистентной смазки на момент трения качения и износ рабочих поверхностей шарикового подшипника 36308. Размеры подшипника: внутренний диаметр 40 мм, наружный диаметр 90 мм и высота 23 мм. Диаметр шариков в шарикоподшипнике равен 15 мм, количество шариков 12. Номинальный угол контакта в подшипнике β=12°.
В качестве образца использовали наружное кольцо подшипника с радиусом профиля дорожки качения rg=7,72 мм. Осуществляли исследование влияния на момент трения качения и износ различных видов смазок: ЦИАТИМ ГОСТ 8551-74, Литол 24 ГОСТ 21150-87 и ВНИИ НП-282 ГОСТ 24926-81.
Для исследования использовали средний режим работы подшипника: осевую нагрузку P=6000 Н, частоту вращения n=3000 об/мин, время испытания τ=8 часов. Испытания проводили с полным комплектом шариков, так как при этом износ проявляется особенно ярко. Контртело изготавливали из того же материала, из которого изготовлено кольцо подшипника - сталь ШХ15. Угол конуса образца брали равным α=2β=24°. Износ замеряли путем профилирования образующей контртела на профилометре.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Как видно, смазка ТИАТИМ обеспечивает существенно меньший момент трения качения и меньший износ, чем другие смазки.
Таким образом, предложенное устройство позволяет в короткое время осуществлять исследование момента трения качения и износа в условиях, приближенных к условиям работы подшипника качения.