УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ И ИЗНАШИВАНИЕ ПРИ МАЛЫХ АМПЛИТУДАХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к испытанию материалов на износ при малых перемещениях.
Известна установка для испытания материалов на износ при возвратно-поступательном движении образца относительно контробразца [Крагельский И.В Трение и износ.- М: Машиностроение, 1968. - 480с. Стр.390, рис.214.], которая содержит регулируемый привод, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом, и установленный на направляющих ползун, на котором закреплен контробразец, взаимодействующий с подпружиненным образцом. Такая установка не позволяет проводить испытания в условиях малых относительных перемещений образца и контробразца.
Известно также устройство для испытания шлицевых соединений на износостойкость, содержащий основание, держатели образца и контробразца, узел нагружения и привод держателя образца [А.С. СССР №947701, кл. G01 N 3/56, 1982.].
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является устройство для испытания на трение и изнашивание при малых амплитудах перемещения, содержащее каркас на котором установлены электромотор с эксцентриком на валу, устройство для передачи возвратно-поступательного движения от двигателя на подвижные испытуемые образцы, устройство для закрепления и устройство для нагружения испытуемых образцов, обеспечивающее их контакт с неподвижными контр-образцами с заданными условиями сопряжения, [Установка МФК-1. ГОСТ 23.211-80. Метод испытаний материалов на изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии. М., 1980.]
Однако, известные устройства не позволяют испытывать сопряжения типа плоскость-плоскость и имеют сложную конструкцию.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения количества испытуемых образцов и использования датчиков, позволяющих оценивать параметры процесса испытания и его результаты.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания на трение и изнашивание при малых амплитудах перемещения, содержащем каркас на котором установлены электромотор с эксцентриком на валу, устройство для передачи возвратно-поступательного движения от двигателя на подвижные испытуемые образцы, устройство для закрепления и устройство для нагружения испытуемых образцов, обеспечивающее их контакт с неподвижными контр-образцами с заданными условиями сопряжения, в отличие от прототипа устройство для передачи возвратно-поступательного движения включает шток, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения по неподвижно закрепленной на каркасе направляющей, причем шток с одного конца соединен с эксцентриком через металлическую пружину, выполненную в виде полосы, а с противоположного конца шток через тензодатчик соединен с устройством для закрепления испытуемых образцов, в качестве которых используются образцы цилиндрической формы с плоскими торцами, причем испытуемые образцы закреплены в зажимах через их цилиндрическую поверхность, а их плоские торцы выступают за габариты зажимов и, с обеих сторон контактируют с плоской поверхностью контр-образцов, закрепленных в устройстве для нагружения испытуемых образцов и прижимающих испытуемые образцы по торцевым поверхностям через тензодатчики с нагрузкой, обеспечивающей заданные условия сопряжения контактирующих поверхностей образцов, причем устройство снабжено датчиком относительного положения испытуемых и контр-образцов, в качестве
которого используется лазерный триангуляционный датчик, а электромотор обеспечен связью с компьютером через контроллер, подключенный к датчикам усилия сжатия, усилия движения и относительного положения испытуемых и контр-образцов.
Технический результат достигается также тем, что в устройстве для испытания на трение и изнашивание обеспечивается возвратно-поступательное движение с частотой от 5 до 150 Гц, амплитуду взаимного перемещения от 5 до 1500 мкм, усилие прижатия образцов от 10 до 3500 Н, силу сопротивления перемещению в диапазоне от -1500 до +1500 Н, при температуре испытаний от -40°С до +100°С.
Технический результат достигается также тем, что в устройстве для испытания на трение и изнашивание обеспечивается испытание образцов в жидкой среде или в условиях окружающей среды.
7
9
Технический результат достигается также тем, что в устройстве для испытания на трение и изнашивание обеспечивается испытание образцов до 2·10 циклов нагружения, а также ресурс работы устройства без замены деталей на 1·10 циклов нагружения.
Технический результат достигается также тем, что в устройстве для испытания на трение и изнашивание размеры испытуемых образцов составляют: диаметр - от 3 до 50 мм, высота - от 5 до 100 мм, а размеры контр-образцов составляют: длина - от 5 до 100 мм, ширина от 5 до 100 мм, толщина от 5 до 20 мм, при условии, что соответствующий размер испытуемого образца, меньше, чем размер контр-образца, причем закрепляющее устройство снабжено либо индивидуальными зажимами для образцов, либо зажимами, обеспечивающими закрепление одновременно двух образцов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой (фиг.), где изображено устройство для испытания на трение и изнашивание при малых амплитудах перемещения пары образцов типа «палец - плоскость». Фиг. содержит: 1 - каркас; 2 - электромотор; 3 - эксцентрик; 4 - пружина-пластина; 5 -
шток; 6 - тензодатчики усилия перемещения; 7 - зажимы для подвижных образцов; 8 - подвижные образцы; 9 - неподвижные образцы; 10, 11 - тензодатчики усилия прижатия; 12 - прижимное устройство; Р - усилие в зоне контакта подвижных (испытуемых) и неподвижных (контр-) образцов; ω - угловая скорость вращения вала электромотора; стрелками обозначено возвратно-поступательное движение штока 5.
Все элементы устройства для испытания на трение и изнашивание сопряжений при малых амплитудах перемещения смонтированы на каркасе 1. Электромотор 2, закрепленный на каркасе 1 передает через вал вращательное движение с угловой скоростью ω эксцентрику 3, которое преобразуется через пластинчатую пружину 4 в возвратно-поступательное движение штока 5 с тензодатчиком 6 и зажимным устройством 7 с образцами 8 (показано стрелками на фиг.). Образцы 8 своими торцами контактируют с контр-образцами 9, прижатыми с обеих сторон усилием Р через тензодатчики усилия прижатия 10 и 11.
Подготовка устройства к работе осуществляется следующим образом. Образцы 8 закрепляются в зажиме 7 и образцы 9 в прижимном устройстве 12. Настраивается угловая скорость вращения вала электромотора 2, в зависимости от требуемой частоты относительного перемещения подвижных 8 и неподвижных 9 образцов, выбирая ее из диапазона от 5 до 150 Гц. За счет регулировки величины эксцентриситета эксцентрика 3 и длины пружины 4 обеспечении амплитуду взаимного перемещения подвижных 8 и неподвижных 9 образцов, подбирая ее из диапазона значений амплитуд от 5 до 1500 мкм. Регулируя силу Р взаимного прижатия образцов 8 и 9 через тензодатчики 10 и 11, подбирают требуемую силу Р, выбирая ее из диапазона значений от 10 до 3500 Н. При этом через тензометр 6 настраивают силу сопротивления перемещению в диапазоне от -1500 до +1500 Н. Устройство к работе подготовлено.
Устройство работает следующим образом. При включении электромотора 2 усилие вращение через вал электромотора 2 передается
эксцентрику 3. Пластинчатая пружина 4 преобразует вращательное движение эксцентрика в возвратно-поступательное движение штока 5. Шток 5 передает возвратно-поступательное движение с заданной частотой и амплитудой перемещения через тензодатчик 6 и зажим 7 образцам 8. Подвижные образцы 8, контактирующие через свои плоские торцы с неподвижными образцами 9 осуществляют относительные колебательные перемещения с заданной амплитудой и частотой, при заданном усилии прижатия контактирующих поверхностей. В результате взаимного трения образцов происходит их износ, позволяющий оценить как параметры процесса изнашивания так и свойства пары трения.
Для повышения надежности испытаний образцов устройство снабжено датчиком относительного положения испытуемых и контр-образцов, в качестве которого используется лазерный триангуляционный датчик, а электромотор обеспечен связью с компьютером через контроллер, подключенный к датчикам усилия сжатия, усилия движения и относительного положения испытуемых и контр-образцов.
Достоинствами описанной схемы устройства для испытания на трение и изнашивание при малых амплитудах перемещения являются:
- возможность использования образцов, изготовленных по реальным технологиям и качествам поверхности, соответствующим аналогичным изделиям, которые выпускаются серийно;
- относительная простота конструкции;
- относительная простота переналаживания по основным усилиям, амплитудам относительного движения, частотам;
- возможность осуществлять контроль осевого усилия в процессе испытания;
- самонастраиваемость установки, что исключает возникновение неравномерности удельного давления и осуществляет максимально плотное прилегание поверхностей.
9
9
Согласно предлагаемой полезной модели было изготовлено опытное устройство с приводом от электромотора. Результаты проведенной серии испытаний с различными вариантами параметров испытаний образцов в условиях фреттинг-коррозии показали наличие на испытанных образцах характерных для фреттинг-коррозии следы износа. Равномерность пятна контакта на образцах указывает на то, что устройство обеспечивает необходимую равномерность распределения контактного давления по поверхности образцов. Установлено, что усилия перемещения и прижатия образцов, а также амплитуда и частота колебаний относительного движения образцов остаются стабильными и постоянными в течение всех циклов испытаний. Ряд длительные испытаний, в совокупности превышающих количество циклов нагружения N>1·10, показали, что устройство обеспечивает ресурс работы устройства без замены деталей на более чем 1·10 циклов. Устройство было опробовано в диапазоне от 5 до 150Гц, при амплитудах взаимного перемещения от 5 до 1500мкм, при усилиях прижатия образцов от 10 до 3500Н, при обеспечении силы сопротивления перемещению в диапазоне от -1500 до +1500Н, при температурах испытаний от -40°С до +100°С.Испытания изготовленного устройства в указанных диапазонах показали высокую надежность его работы и данных по результатам испытаний образцов.