УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ ТРЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для исследования трибологических свойств подшипников скольжения, в частности радиальных подшипников валов скважинных центробежных насосов.
Известны стенды для испытаний радиальных подшипников скольжения, в которых момент сил трения замеряется с помощью мотор-весов [1]. Точность измерений в таких стендах низкая, так как в них не учитываются потери на вязкое трение рабочей среды о корпус, а также и другие дополнительные потери на трение, например, потери в подшипниках трансмиссии.
Техническим решением, наиболее близким к предложенному по своему функциональному назначению и конструктивному исполнению, является устройство для измерения сил трения в подшипниках скольжения (Авторское свидетельство РФ на изобретение 386305, МПК. G01M 13/04 14/06/1971). Устройство содержит приводной вал, держатель образца с втулкой-образцом, нагрузочное и измерительное приспособления.
Кроме того, держатель образца выполнен в виде подшипника качения с наружной и внутренней обоймами. К наружной обойме жестко прикреплен хомут для подвесных грузов, а внутренняя обойма напрессована на стакан с внутренним фиксируемым кольцом. Стакан связан посредством съемной державки и упорной пластины с измерительным приспособлением.
Таким образом, при измерении силы трения данным устройством уменьшаются паразитные силы, возникающие при приложении нагрузки за счет того, что хомут и стакан соединены подшипником качения, имеющим малую величину силы трения.
К недостаткам этого устройства можно отнести то, что пластина, передающая момент трения подшипника на датчик, установлена консольно относительно длины втулки, а равнодействующая силы трения и нагрузка, прикладываемая по центру втулки, действуют в одной плоскости, проходящей через середину втулки и перпендикулярно оси вращения. Это приводит к возникновению дополнительного момента сопротивления и возможному перекосу втулки-образца относительно вала, снижающие точность измерения и создающие преждевременные условия наступления задира вследствие краевого эффекта между валом и втулкой-образцом.
Кроме того, в устройстве для создания нагрузки используются подвесные грузы, что снижает точность и дискретность измерений и возможность проведения испытаний по программе с изменением нагрузки.
Кроме того, разрушение масляной пленки при нагружении приводит к износу поверхности вала и необходимости его замены при проведении дальнейших опытов, а, следовательно, приводит к материальным издержкам.
Таким образом, задача, которая была поставлена при усовершенствовании известного устройства, состояла в повышении достоверности снятых характеристик при испытании подшипников скольжения на трение, работающих при любом виде смазки (граничной, смешанной, жидкостной) и расширении возможностей измерения.
Задача решается тем, что в устройстве для измерения сил трения подшипников скольжения погружных насосов, содержащем приводной вал, держатель образца с наружной втулкой подшипника, нагрузочное устройство и измерительное приспособление, устанавливается на внутреннюю втулку подшипника. Причем внутренняя втулка подшипника имеет два торцевых паза, позволяющие с помощью штифтов фиксировать ее на приводном валу. Наружная втулка подшипника неподвижно закреплена в держателе, выполненном в виде обоймы. На наружной поверхности обоймы сделаны две выточки по краям, в которые устанавливаются внутренние кольца шарикоподшипников. На наружных кольцах шарикоподшипников закрепляется стакан, к которому прикладывается сила от нагрузочного устройства. Между нагрузочным устройством и стаканом на гибкой связи установлен датчик силы. Для измерения силы трения используется упорная пластина, установленная на резьбе в держателе и опирающаяся другим концом на измерительное приспособление. Причем упорная пластина свободно перемещается в пределах упругих деформаций в отверстии стакана.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения нагрузочное устройство может быть выполнено в виде электромеханического двигателя, позволяющего изменять нагрузку на исследуемый подшипник непрерывно по заданной программе.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, в гибкую связь может быть вмонтирован тензометрический датчик силы.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения сил трения подшипников скольжения содержащит образец подшипника в виде сопряженных внутренней и наружной втулок, а также приводной вал, держатель образца, нагрузочное и измерительное приспособления. Внутренняя втулка образца установлена на ступенчатом приводном вале по легкой прессовой посадке и зафиксирована по центру вала с помощью торцевых штифтов, проставочных колец и прижимного винта с шайбой.
На наружной втулке образца закреплен держатель, выполненный в виде обоймы, внутренняя поверхность которой соединена неподвижно с наружной втулкой образца, а в выточках наружной поверхности обоймы установлены симметрично два подшипника качения. При этом снаружи на кольцах закреплен стакан, имеющий с двух противоположных сторон сквозные отверстия, через которые с одной стороны с помощью гибкой связи к обойме присоединено нагрузочное устройство, а с другой стороны - свободно проходит стержень, одним концом закрепленный неподвижно в обойме, а другим опирающийся на измерительное приспособление, установленное на независимой опоре.
Нагрузочное устройство выполнено в виде электромеханического пружинного механизма, позволяющего изменять нагрузку на исследуемый образец подшипника скольжения непрерывно по заданной программе. В гибкую связь крепления груза вмонтирован тензометрический датчик
Приводной вал с установленными на нем образцом и держателем могут быть расположены внутри камеры с заполненной до определенного уровня смазывающей жидкостью, при этом в местах вращения приводного вала и перемещения гибкой связи груза установлены сальники, а в верхней крышке камеры выполнена прорезь по ходу стержня измерительного приспособления.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство в разрезе, фиг. 1 и нагрузочный узел, фиг. 2.
Устройство содержит приводной вал 1, передающий крутящий момент на внутреннюю втулку подшипника 2. Внутренняя втулка подшипника крепится на приводном валу посредством двух торцевых пазов, в которые входят одним концом два штифта 3, установленные в торце приводного вала. Для установки внутренней втулки подшипника по центру вала предусмотрены проставочные кольца 4 и 5. В проставочном кольце 4 сделаны два отверстия под штифты 3. От осевого перемещения на приводном валу внутренняя втулка подшипника закреплена винтом с шайбой 6.
Наружная втулка подшипника 7, контактирующая внутренней поверхностью с наружной поверхностью внутренней втулки подшипника 2, неподвижно закреплена от проворота в держателе образца 8, выполненном в виде обоймы, зафиксированной с помощью штифта 9, устанавливаемого в продольных пазах держателя образца 8 и наружной втулки подшипника 7. Наружная поверхность держателя образца имеет две выточки по краям, в которых симметрично устанавливаются внутренние кольца радиальных шариковых подшипников 10.
На наружных кольцах радиальных шариковых подшипников 10 закреплен стакан 11, имеющий соосно расположенные верхний и нижний пазы. Через верхний паз свободно проходит стержень 12, передающий окружное усилие держателя образца измерительному приспособлению 13. В нижнем пазе установлена серьга 14, имеющая возможность вращения на оси 15, и соединенная с гибкой связью 16. Гибкая связь, одним концом закрепленная на серьге, имеет закрепление на датчике силы 17 нагрузочного устройства 18. Шарнир 19 служит для соединения датчика силы 17 с нагрузочным устройством 18. Для испытания подшипника в жидкой смазке устройство снабжено испытательной камерой 20, ввод приводного вала в которую производится посредством манжетного уплотнения 21. Для герметичности гибкая связь соединена с мембранным уплотнением 22.
Нагрузочное устройство, представленное на фиг. 2, в частном случае выполнено в виде электромеханического пружинного механизма и состоит из винта 23, соединенного с гайкой электропривода 24, пружины 25, штифта 26 и стоек 27. При перемещении вверх соединенного с гайкой электропривода 24 вдоль стоек 27 по винту 23, зафиксированного от проворота штифтом 26, пружина 25 сжимается, и возникающее усилие передается посредством гибкой связи 16 на стакан 11. Блоки питания, а также средства усиления, преобразования и записи сигналов от соответствующих датчиков на чертеже не показаны.
Измерение силы трения подшипника скольжения осуществляется следующим образом.
При вращении приводного вала 1 с установленной на нем внутренней втулкой подшипника 2 наружная втулка подшипника 7 вместе с держателем образца 8 увлекаются под действием возникающих сил трения. При этом стержень 12, закрепленный в держателе образца 8 упирается в измерительное приспособление 13. С помощью компьютерной системы сбора данных регистрируют сигнал с измерительного приспособления 13 при заданной частоте вращения приводного вала и без приложения нагрузки. Зарегистрированное значение сигнала с измерительного приспособления пересчитывают по заранее известной тарировочной зависимости в силу трения на холостом ходе. Затем производят нагружение подшипника нагрузочным устройством 18. Записывают изменение силы трения и вычитают из этой величины значение силы трения при холостом ходе.
При проведении испытаний с жидкой смазкой испытательную камеру закрывают герметично крышкой и заливают в камеру жидкую смазку.
В частном случае использования нагрузочного устройства в виде электромеханического пружинного механизма изменение нагрузки на исследуемый подшипник производится непрерывно по заданной программе.