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 [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 [А.С. №348927,]. 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 внешнего магнитного поля.
В работе [Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.В. Браун и др: Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с. С. 69] указывается, что магнитные поля способны оказывать существенное влияние на взаимодействие с окружающими материалами, приводит к новым процессам на поверхностях, к изменению теплофизических и механических свойств исходных твердых материалов, следовательно, и на коэффициент трения и его составляющие.
Известен прибор [патент RU №2279664], 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 проводамик 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 и трудоемко. 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 [Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с, С. 448].
В качестве прототипа использован конусный трибометр ТК-45/5 [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], 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.
Недостатком данного устройства является то, что на нем невозможно определить молекулярную составляющую коэффициента трения при воздействии внешнего магнитного поля.
Технический эффект предлагаемого прибора заключается в уточнении величины молекулярной составляющей коэффициента трения, что может вносить поправки в расчеты режимов работы узлов трения при воздействии внешнего магнитного поля.
Технический результат достигается тем, что прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения содержит станину с установленным в ней образцом-конусом, образец-цилиндр в обойме на платформе, расположенной на подвижном столе, отличающейся тем, что верхний образец-конус связан со станиной через диамагнитную прокладку, на станине расположен магнитопровод с электромагнитной катушкой, в которой размещены образцы, обойма опирается на платформу через диамагнитную прокладку, вращение винта осуществляется микродвигателем.
На чертеже 1 показан общий вид прибора, на фиг. 2 вид сверху.
Предлагаемый прибор состоит из верхнего образца-конуса 1, закрепленного в верхней части станины 2 через диамагнитную прокладку 3. Под ним расположен второй образец 4, выполненный в виде цилиндра с отверстиями, который крепится в обойме 5.Обойма 5 опирается через диамагнитную 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. В верхней части станины 2 установлена электромагнитная катушка 12, закрытая магнитопроводом, выполненным в виде цилиндра с крышкой 14, имеющей отверстие для установки верхнего образца-конуса 1. Винт 16, приводимый во вращение через редуктор 15 от микродвигателя 19, воздействует на тензобалку 18, закрепленную на обойме 5. Для измерения величины коэффициента трения и его составляющих на тензобалке наклеены тензодатчики.
Работа прибора осуществляется следующим образом.
Первоначально с помощью вращения винта 10 осуществляется касание поверхности конуса и нижнего образца. Создается нагрузка с таким расчетом, чтобы обеспечить в контакте пластическую деформацию или упругий контакт. Перемещается винт 16 до касания балки 18. Для определения влияния внешнего магнитного поля на коэффициент трения (адгезионную составляющую) включается электромагнитная катушка на источник постоянного тока (на фиг. 1 не показан), по обмотке катушки проходит электрический ток, возникает магнитное поле., Магнитный поток, замыкается через магнитопровод 14 с верхним 1 и нижним 4 образцами, проходит через зону контакта верхнего образца-конуса 1 и второго образца 4. Затем с помощью винта 16, приводимого во вращение микродвигателем 19 обойма 5 с образцом 4 поворачивается, воздействуя на тензобалку 18 с наклеенными на нее тензорезисторами 17. 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 электромагнитной катушке определяется молекулярная (адгезионная) составляющая коэффициента трения без воздействия внешнего магнитного поля.