Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к методам исследования коэффициента трения различных по составу смазочных материалов.
Известно устройство для испытания трущихся материалов и масел (А.с. СССР №983522, МПК G01N 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел. Бюл. №47, 1982 г. Аналог), содержащее станину, установленные на ней держатели образца и контробразца, узлы измерения момента трения и нагружения образцов и привод вращения образцов, плиту, установленную перпендикулярно к станине с возможностью перемещения вдоль нее, три платформы, из которых средняя закреплена на плите шарнирно, а две другие установлены под углом 45° к средней, которые расположены на платформах и взаимодействующие с держателями контробразцов, направляющие и поджимные ролики, установленные на плите с возможностью поворота в плоскости держателей, передаточные звенья, взаимодействующие через подшипники качения соответственно с держателями контробразцов и узлами нагружения, а последние снабжены штоками, имеющими две степени свободы (механизмы для передачи нагрузки на контробразцы).
Основной недостаток известного устройства заключается в сложной и точной установке передаточных звеньев под прямым углом к направляющим, что приводит к большим погрешностям получаемых результатов, при испытаниях.
Известно устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса, содержащий узел трения «диск-индентор», который представляет собой диск с двумя поверхностями трения и по которым скользят два полусферических индентора (см. Журнал «Трение и износ», т. 24, №6, 2003 г., с. 626-635. Аналог). При этом диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.
Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через зубчатые колеса. Момент трения в паре «диск-индентор» измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная использованием большого количества элементов, сложностью его использования из-за постоянной тарировки нагружающих пружин, влияющие на погрешность измерения, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов (патент на полезную модель РФ №200035 МПК G01N 19/02, опубл. 01.10.2020. Бюл. №28. Прототип), содержащее подвижный вал, установленный во вращающийся центр посредством упорной гайки, контактирующая с упорными подшипниками, направляющую коническую втулку, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки, направляющую втулку, индентор с нагрузочной пружиной и упорное кольцо с установочными винтами.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал одним концом закрепляется в кулачках токарного патрона, а другим поджимается вращающимся центром, при этом индентор установлен в отверстии подвижного вала, контактирующий с контртелом в виде конической втулки. Путем подбора жесткости нагрузочных пружин, устанавливаемых в отверстие подвижного вала создается необходимая контактная нагрузка между индентором и контртелом в виде конической втулки, которая в свою очередь устанавливается в направляющую коническую втулку, установленной на подвижном валу, на котором также установлена направляющая втулка, содержащая линейный подшипник, упорный подшипник и направляющие шпильки, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке. Далее устанавливается на подвижный вал упорное кольцо, фиксируемое при помощи установочных винтов, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки при линейном перемещении направляющей конической втулки относительно оси направляющих шпилек контактирующих с пружинами. Линейное перемещение конической направляющей втулки осуществляется при помощи упорной гайки, расположенной на подвижном валу.
Недостатками данного устройства является то, что во время проведения испытаний возможен перекос индетора относительно конической втулки, возникновение вибраций и дестабилизация процесса трения, ведущее к заклиниванию устройства, при этом передаваемая нагрузка происходит не линейно, а колебательно, что приводит к большим погрешностям полученных результатов при испытаниях.
Техническим результатом полезной модели является повышение работоспособности устройства и точности определения коэффициента трения смазочных материалов.
Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее подвижный вал, на котором расположены упорная гайка, коническая направляющая втулка, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки, инденторы, направляющая втулка, при этом в отверстия подвижного вала установлены индеторы перпендикулярно оси вала под углом 120° между собой, обеспечивая автоматическое их центрирование относительно контртела в виде конической втулки, и при этом исключается перекос инденторов, ведущее к и стабилизации процесса трения, а также установкой в отверстие подвижного вала центровочного шарика, обеспечивающего центрирование нагрузочных пружин относительно оси вала.
Полезная модель представлена на чертежах:
фиг. 1 - конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении,
фиг. 2 - вид сбоку устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов.
Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит подвижный вал 1, упорную гайку 2, вращающийся центр 3, упорные подшипники 4, 5, линейные подшипники 6, 7, направляющую коническую втулку 8, направляющие шпильки 9, контртело в виде конической втулки 10, центровочный шарик 11, нагрузочные пружины 12, инденторы 13, пружины 14, направляющую втулку 15, установочные винты 16, упорное кольцо 17, кулачки токарного патрона 18, державку 19, динамометр 20, шпильку 21, подшипники качения 22.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал 1 одним концом закрепляется в кулачках токарного патрона 18, а другим поджимается вращающимся центром 3, при этом индентора 13 устанавливаются в отверстия подвижного вала 1 перпендикулярно его оси, контактирующие с контртелом в виде конической втулки 10. Путем подбора жесткости нагрузочных пружин 12, устанавливаемых в отверстия подвижного вала 1, куда заранее устанавливается центровочный шарик 11, создается необходимая контактная нагрузка между инденторами 13 и контртелом в виде конической втулки 10, которая в свою очередь устанавливается в направляющую коническую втулку 8, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 4, установленной на подвижном валу 1, на котором также установлена направляющая втулка 15, содержащая линейный подшипник 7, упорный подшипник 5 и направляющие шпильки 9, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке 8. Далее устанавливается на подвижный вал 1 упорное кольцо 17, фиксируемое при помощи установочных винтов 16, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 15 при линейном перемещении направляющей конической втулки 8 относительно оси направляющих шпилек 9 контактирующих с пружинами 14. Линейное перемещение конической направляющей втулки 8 осуществляется при помощи упорной гайки 2, расположенной на подвижном валу 1.
Необходимое усилие контакта между инденторами 13 и контртела в виде конической втулки 10 обеспечивается за счет подбора по жесткости нагрузочных пружин 12.
Перпендикулярное расположение индеторов 13 относительно оси вала 1 между собой под углом 120° обеспечивает автоматическое их центрирование относительно контртела в виде конической втулки 10, а центровочный шарик 11 установленный в отверстие вала 1 позволяет обеспечить центрирование нагрузочных пружин 12 относительно оси вала 1. Такое расположение инденторов позволяет исключить перекос инденторов 13 относительно контртела в виде конической втулки 10 и стабилизировать процесс трения, что ведет к повышению работоспособности устройства и точности определения коэффициента трения смазочных материалов.
На направляющей конической втулке 8 имеется лапка, в которую устанавливается шпилька 21 с подшипниками качения 22 имеющая кинематическую связь с державкой 19 установленной в динамометре 20, при помощи которого производится регистрация значений коэффициента трения.
Устройство работает следующим образом. Эксплуатация устройства осуществляется на токарном станке, в котором предусмотрен частотный преобразователь, позволяющий в широком диапазоне регулировать частоту вращения шпинделя. Подвижный вал одним концом закрепляется в кулачках токарного патрона и поджимается вращающимся центром.
Инденторы, установленные в отверстия подвижного вала контактируют с контртелом в виде конической втулки, а нагрузка контактной пары регулируется путем подбора пружин различной жесткости. В свою очередь контртело в виде конической втулки установлено в отверстии направляющей конической втулки, содержащая линейный и упорный подшипники, позволяющая осуществлять прямолинейное и вращательное движение направляющей конической втулки и контртела в виде конической втулки. Перемещение направляющей конической втулки относительно индентора, осуществляется при помощи упорной гайки, контактирующей с упорным подшипником и направляющих винтов, соединенных с направляющей втулкой. В результате чего имеется возможность производить измерения используя контртело в виде конической втулки по всей длине образующей путем осевого перемещения контртела в виде конической втулки относительно индентора.
Путем подбора жесткости нагрузочных пружин 12, устанавливаемых в отверстия подвижного вала 1 создается необходимая контактная нагрузка между инденторами 13 и контртелом в виде конической втулки 10, которая устанавливается в направляющую коническую втулку 8, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 4, установленных на подвижном валу 1, содержащая направляющую втулку 15, линейный подшипник 7, упорный подшипник 5 и направляющие шпильки 9, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в направляющей конической втулке 8. Далее устанавливается на подвижный вал 1 упорное кольцо 17, фиксируемое при помощи установочных винтов 16, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 15 при линейном перемещении направляющей конической втулки 8 относительно оси направляющих шпилек 9 контактирующих с пружинами 14. Линейное перемещение направляющей конической втулки 8 осуществляется при помощи упорной гайки 2, расположенной на подвижном валу 1.
Для более точного позиционирования контртела в виде конической втулки относительно индентора, дополнительно используются пружины, расположенные на направляющих винтах, между направляющей втулкой и направляющей конической втулкой. В направляющей конической втулке расположена специальная лапка, с закрепленной на ней шпилькой, на которую устанавливаются подшипники качения, контактирующие с державкой, установленной в динамометре. При вращении подвижного вала, индентора контактируют с контртелом в виде конической втулки, в результате чего создается крутящий момент, который передается через лапку с расположенной в ней шпилькой державке, установленной в динамометре, при помощи которого производится регистрация показаний.