ТРИБОЛОГИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИДКИХ НАНОКОМПОЗИТОВ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в исследовании трибологических свойств жидких нанокомпозиционных материалов, в том числе материалов для протезов и аналогов синовиальной жидкости, а также управляемых присадок.
Из существующего уровня техники известно устройство (RU 2494370, G01N 3/56, опубл. 27.09.2013) для испытания блочных полимерных материалов, направленное на расширение технических возможностей машины трения и повышение достоверности для исследования структурно-зарядовых составляющих материалов, генерируемых во фрикционном процессе при переходе вещества поверхности трения в состояние трибоплазмы, а также для исследования воздействия на узел трения электромагнитных полей. Известно устройство (RU 2071601, G01N 3/56, опубл. 10.01.1997), относящееся к испытательной технике, в частности к стендам для исследования процессов изнашивания пар трения вращения при случайных и произвольных режимах нагружения и колебаниях скорости вращения. Общими недостатками данных технических решений являются значительный расход исследуемого материала, неравномерное распределение нагрузок по площади поверхности трения, высокий коэффициент трения.
Из существующего уровня техники известны устройства, предназначенные для измерения вязкости жидких сред (RU 118062, G01N 11/10, опубл. 10.07.2012), вязкоупругих свойств текучих сред (RU 118063, G01N 11/10, опубл. 10.07.2012), реологических характеристик вязкоупругопластичных систем (RU 36528, G01N 11/10, опубл. 10.03.2004), бесконтактного измерения вязкости высокотемпературных металлических расплавов (RU 69249, G01N 11/16, опубл. 10.12.2007). Общими недостатками данных технических решений являются значительный расход исследуемого материала, неравномерное распределение нагрузок по площади поверхности трения, высокий коэффициент трения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для триботехнических испытаний материалов (RU 2482464, G01N 3/56, опубл. 20.05.2013), предназначенное для исследования триботехнических свойств конструкционных и смазочных материалов, а именно к приспособлениям для проведения испытаний на трение и износ, позволяющим использовать в качестве привода токарные или сверлильные станки. Устройство для триботехнических испытаний материалов, включающее привод вращения, тензодатчики нормальных и касательных сил, размещенные в U-образном моноблоке, представляющем собой балку с концентраторами сил, регистрирующий блок, контробразец, узел фиксации контробразца, также дополнительно содержит следующие элементы: сменные вставки для установки в U-образный моноблок; сменные узлы крепления образцов, второй тензодатчик касательных сил, причем в U-образном моноблоке оси датчиков нормальной и касательной сил расположены перпендикулярно друг к другу, концентраторы сил выполнены в виде цилиндрических пазов, а сменные вставки содержат упругий элемент, жесткость которого меньше, чем жесткость U-образного моноблока. Устройство дополнительно содержит охладитель, датчик температуры, электронный ключ, связанный с приводом. Недостатками данного устройства являются значительный расход исследуемого материала, неравномерное распределение нагрузок по площади поверхности трения, высокий коэффициент трения, невозможность создания модели трения по типу скольжения/качения.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является наиболее точное измерение трибологических свойств малых объемов нанокомпозитов во взаимодействии с анатомической формой пары трения, что позволяет максимально эффективно подобрать присадки нанокомпозитов при равномерном распределении угловых нагрузок в воспроизведении движения качения и скольжения.
Данная задача решается за счет того, что трибологическая ячейка для исследования жидких нанокомпозитов как часть устройства для триботехнических испытаний материалов, характеризующаяся тем, что формой трущихся поверхностей являются «сфера-сфера», и включает чашу со сферическим углублением, с зазором между сферической насадкой, с отверстиями в основании чаши для ее фиксации на платформе исследовательской установки. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является реализация сложных трибологических исследований высокой точности за счет минимизации коэффициента трения при равномерном распределении угловых нагрузок, используя малые количества вещества.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
- на фиг. 1 изображен общий вид заявляемой полезной модели и ее сечение;
- на фиг. 2 - фото трибологической ячейки перед экспериментом, подтвердившем эффективность и практическую значимость заявленной полезной модели;
- на фиг. 3 - полученные с помощью предложенной полезной модели результаты трибологических испытаний различных присадок.
Полезная модель включает чашу со сферическим углублением (1), с зазором (2) между сферической насадкой (3). В основании чаши присутствуют отверстия (4) для ее фиксации на платформе исследовательской установки.
Изменение давления производится путем движения патрона с полусферой вверх-вниз относительно оси вращения рабочей насадки.
Устройство работает следующим образом:
Исследуемое вещество помещается в чашу, после чего полусфера опускается. Давление регулируется с помощью движения полусферы вверх-вниз по отношению к оси рабочей насадки. Параметры трения регистрируются любым тензометрическим датчиком (в нашем случае это была тензометрическая балка к креплениям).