МАШИНА ТРЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к испытательной технике, а именно к установкам для оценки эффективности притирочных (абразивных) составов (см. Дальский А.М. и др. Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1977. - С. 567-569), а также для испытания конструкционных материалов на трение и износ в условиях действия переменной по направлению силы трения с применением смазочного материала или без него, что характерно, например, для работы шаровых опор.
Известна машина трения 77 МТ-1 для испытания материалов на трение при возвратно-поступательном движении (см. В.Д. Зозуля и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / АН УССР. Ин-т проблем материаловедения. - 2-е изд. перераб. и доп. - Киев: Наук. Думка, 1990. - С. 121). Недостатком известного устройства является то, что в процессе испытаний вектор силы трения, действующей на образец, изменяет направление только на 180°, т.е. сила трения имеет только два направления действия - прямое и противоположное, а поэтому условия трения, характерные для шаровых опор или для притирки, воспроизводятся не полностью.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбрана машина трения по пат. RU №131488 МПК G01N 3/56, опубл. 20.08.2013. Известная машина трения содержит привод вращения вала, на котором закреплен диск-контртело, и нагрузочное устройство с рычагом и грузами, установленное с возможностью прижатия испытуемого образца к диску-контртелу, при этом образец выполнен с возможностью вращения вокруг собственной оси за счет вращения диска контртела. Таким образом, в прототипе трение осуществляется между двумя вращающимися объектами, которые контактируют плоскими поверхностями, между которыми помещается притирочная паста или смазочный материал. При этом один из дисков является ведущим: к нему прикладывается крутящий момент, а второй - ведомым: он получает вращение за счет силы трения между ним и ведущим диском. Вектор силы трения совершает равномерное вращение по отношению к поверхности ведомого диска, обеспечивая тем самым переменное по направлению трение.
Недостатком известной машины трения является то, что при исследовании свойств смазочных материалов на больших скоростях возникает центробежная сила, отбрасывающая жидкий смазочный материал (масло) к периферии ведущего диска.
Цель предлагаемого устройства заключается в исключении отбрасывания смазочного материала к периферии вращающегося диска-контртела в процессе испытаний.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков. В машине трения (содержащей также, как и прототип, привод вращения вала, диск-контртело и нагрузочное устройство, установленное с возможностью прижатия испытуемого образца плоской поверхностью к диску-контртелу), в отличие от прототипа, диск-контртело установлен с возможностью поступательного движения по кругу, в свою очередь, испытуемый образец зафиксирован нагрузочным устройством машины неподвижно с возможностью постоянного контакта всей своей плоской поверхностью с диском-контртелом. Причем для обеспечения поступательного движения диска-контртела по кругу и постоянного контакта его со всей плоской поверхностью трения испытуемого образца, центр симметрии диска-контртелл должен быть смещен относительно оси вала привода вращения на расстояние меньшее радиуса диска-контртела, что достигается за счет размещения диска-контртела на площадке, закрепленной на наружном кольце радиально-упорного подшипника качения, внутреннее кольцо которого закреплено на эксцентрике, установленном на валу привода вращения. Для выполнения условия обеспечения постоянного контакта диска-контртела со всей площадью поверхности трения испытуемого образца плоская поверхность последнего не должна выходить за пределы круга радиусом, равным разности радиуса диска-контртела и величины смещения центра симметрии диска от оси вала привода вращения, при этом центр круга расположен в точке пересечения оси вращения вала с плоской поверхностью диска-контртела
В указанном исполнении машины диск-контртело совершает не вращательное, а поступательное движение по кругу относительно неподвижного испытуемого образца, что в отличие от прототипа исключает появление центробежной силы, вызывающей на больших скоростях отбрасывание смазочного материала к периферии, но при этом сохраняет все достоинства прототипа.
Сравнение предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача - исключение отбрасывания смазочного материала к периферии, возникающего в процессе испытаний притирочных и абразивных материалов, а также конструкционных материалов на трение и износ - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна»
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 дано схематическое изображение заявляемой машины трения, на фиг.2 - схема движения диска-контртела.
Предлагаемое устройство выполнено следующим образом.
На валу 1 электродвигателя с помощью упорного подшипника 2 закреплено основание 3, на котором установлен эксцентрик 4. Для создания поступательного движения на эксцентрик своим внутренним кольцом установлен подшипник 5, на котором размещена круговая площадка 6, причем наружное кольцо подшипника 5 входит с натягом в выточку площадки 6. На площадке 6 в емкости 8 для смазки закреплен диск-контртело 7 с возможностью поступательного движения по кругу вместе с площадкой 6 при вращении детали 3. Ось круга совмещена с осью вала 1 привода. Диск-контртело 7 установлен таким образом, что его центр симметрии смещен от оси вращения вала электродвигателя на расстояние e меньшее радиуса R диска-контртела, с возможностью изменения расстояния смещения e. К торцевой поверхности диска 7 прижат своей плоской поверхностью неподвижный испытуемый образец 9. Максимальный линейный размер плоской поверхности трения образца 9 должен быть меньше разности (R-e). При этом образец 9 должен быть установлен таким образом, чтобы его поверхность трения лежала в пределах площади, ограниченной окружностью радиусом (R-e), описываемой при вращении эксцентрика 4 (фиг.2).
a
a
a
a
a
Как видно из фиг.2, при вращении вала (точка O) электродвигателя центр симметрии диска-контртела 7, двигаясь по кругу, ось которого совмещена с осью вала 1 привода, описывает окружность радиусом е, занимая последовательно положения , b, c и d. Однако, так как диск 7 установлен на основании 3 (фиг.1), закрепленном на эксцентрике с помощью подшипника качения 5, любая прямая, принадлежащая диску 7, например, ′″, последовательно занимает положения b′b″, c′c″ и d′d″. Причем прямые ′″, b′b″, c′c″ и d′d″ параллельны друг другу. Таким образом, диск 7 совершает поступательное движение, при этом все его точки движутся по окружностям одинакового радиуса, т.е. за один оборот вала электродвигателя вектор скорости любой точки поверхности трения диска 7, а значит и сила трения между ним и неподвижным испытуемым образцом 9, меняет направление от 0 до 360°.
Ниже приводится пример работы машины при проведении оценки эффективности твердого смазочного покрытия при работе в условиях смазывания минеральным маслом.
На плоскую поверхность силуминового образца 9, который изготовили в форме диска, нанесли твердое смазочное покрытие. Закрепили на площадке 6 емкость 8, а в ней - диск-контртело 7 из чугуна; в емкость налили минеральное масло. Установили образец 9 поверхностью с нанесенным твердым смазочным покрытием на поверхность диска 7. Обеспечили опирание ломаного рычага 10 торцом колена 77 на центр образца 9. Отрегулировали нагрузку на образец 9. Включили электродвигатель; при вращении эксцентрика 4 диск 7 начал совершать поступательное движение по кругу. С помощью балки 12 с наклеенными на нее по мостовой схеме тензодатчиками 13 осуществляли непрерывную регистрацию силы трения между образцами 7 и 9 с применением измерителя-регулятора 14. По окончанию опытов, остановили двигатель, сняли нагрузку и рычаг 10 с образца 9. Промыли образец 9, высушили и произвели оценку износа и состояния твердого смазочного покрытия.
Заявляемая полезная модель была разработана специалистами кафедры технологии судоремонта ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени С.О. Макарова» для оценки эффективности различных притирочных паст. Машина была изготовлена и проверена в лабораторных условиях. Проведенные испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства для оценки эффективности различных притирочных паст и для испытания конструкционных материалов на трение и износ. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».