Машина трения

Полезная модель относится к испытательной технике триботехнических свойств материалов и может быть использована при испытаниях на износ.
Известна машина трения (полезная модель РФ №131488, МПК G01N 3/56, 2013), содержащая нагружающее устройство, привод вращения, пару трения.
Недостатком данной машины является отсутствие возможности измерения диффузионно-активного водорода.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является машина трения (патент РФ №156176, МПК G01N 3/56, 2015), принятая за прототип, содержащая пару трения, нагружающее устройство, привод вращения.
Недостатками прототипа являются отсутствие возможности измерения диффузионно-активного водорода в исследуемом и смазочном материалах и его влияние на износостойкость образцов.
Цель полезной модели - измерение диффузионно-активного водорода в исследуемом и смазочном материалах в процессе испытаний и автоматизированная оценка его влияния на износ исследуемого материала.
Поставленная цель достигается тем, что в предложенной полезной модели использован датчик определении количества водорода в воздухе, установленный на кожух, который выполнен из прозрачного оргстекла в виде короба с трубой в верхней части, такой длины и диаметра, чтобы обеспечивалась тяга из короба в окружающую среду выделившегося водорода, за счет разности температур в зоне трения и окружающей среде, а также снабжена датчиками температуры, давления, износа образца и суммарного износа пары трения, с целью сопоставления (установления корреляционных связей) количества выделившегося водорода из зоны трения с контактным давлением и температурой в зоне трения, износом образца и суммарным износом пары трения и интенсивности изнашивания.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сбоку; на фиг. 2 - главный вид; на фиг. 3 - зона трения.
Машина трения содержит электродвигатель 1 (фиг. 1), закрепленный на Г-образной стойке 2. В стойке 2 имеется отверстие для выхода вала электродвигателя 1. На валу электродвигателя 1 установлена втулка 3 и захват 4. Захват 4 (фиг 3) выполнен из двух одинаковых частей в виде втулок, снабженных пазом по наружному диаметру так, что при соединении частей захвата 4 пазы соприкасаются. Втулка 3 обеспечивает зазор между захватом 4 и стойкой 2. Кольцо 6 установлено в захват 4 так, что оно зажато между частями захвата 4, что не дает кольцу 6 перемещаться в различных направлениях. Захват 4 закреплен на валу электродвигателя 1 болтом 5, который не дает захвату 4 соскользнуть с вала электродвигателя 1.
На стойке 2 посредством болта 7 (фиг. 2) закреплен рычаг 8, на котором имеется выемка для закрепления исследуемого образца 9, зафиксированного болтом 10. Рычаг 8 служит для нагружения образца 9 в процессе испытаний. В рычаг 8 вставлена шпилька 11, зафиксированная болтом 15. На шпильку 11 навешены грузы 12. Грузы удерживает от падения шайба 13 и болт 14.
На рычаге 8 закреплен болтами 16 лазерный датчик расстояния 17 таким образом, что его луч направлен на столешницу (на фиг. не показана), на которой в процессе испытаний установлена машина трения. Также на рычаге 8 установлена пластина 18, на которой закреплен болтами 19 лазерный датчик расстояния 20. Луч датчика 20 направлен на кольцо 6 (фиг. 1), а конкретно в середину кольца 6 (на фиг. 3 показана пунктирной линией). Такая установка позволяет датчику 20 осуществлять измерение износа кольца 6 в процессе испытаний. Между рычагом 8 и исследуемым образцом 9 установлен датчик давления 21 (фиг. 3).
К стойке 2 (фиг. 2) присоединен кожух 22, выполненный из прозрачного оргстекла. В верхней части кожуха 22 имеется отверстие с присоединенной трубой, определенной длины и диаметра. Длина и диаметр трубы кожуха 22 выбирается исходя из необходимости обеспечить тягу в трубе, то есть на основе разности температур в зоне трения и в помещении, где установлена машин трения. Температура в зоне трения контролируется бесконтактным датчиком температуры 23, установленным на кожухе 22 и направленным в зону трения (место контакта образца 9 и кольца 6). В трубе кожуха 22 установлен датчик водорода 24. На кожухе 22 (фиг. 1) закреплен датчик циклов 24, направленный в зону нанесения линии 25 на захвате 4.
Нижняя часть кольца 6 (фиг. 1) в зависимости от требуемых условий испытаний может быть помещена в смазочный материал, расположенный в ванночке 26 (фиг. 2). На стойке 2 расположен блок управления и контроля 27, который имеет возможность передавать информацию на ЭВМ.
Машина трения работает следующим образом. В захват 4 (фиг. 1) устанавливается кольцо 6, которое служит контртелом в процессе испытаний. В рычаг 8 (фиг. 2) устанавливается исследуемый образец 9 и поджимается болтом 10. На шпильку 11 навешиваются грузы 12. Число и масса грузов определяется требуемой заданной нагрузкой при испытаниях.
2
1
Электродвигатель 1 (фиг. 1) вращает захват 4 совместно с кольцом 6. Кольцо 6 (фиг. 3) трется об образец 9. Датчик давления 21 (фиг. 3) фиксирует значение давления Р в зоне трения. Датчик температуры 23 (фиг. 2) фиксирует значение температуры t в зоне трения. Датчик циклов 24 (фиг. 1) работает следующим образом. При каждой последующий фиксации датчиком циклов 24 (фиг. 1) зоны нанесения линии 25 счетчик циклов увеличивается на единицу. Таким образом, датчик циклов 24 определяет число оборотов n, совершенных захватом 4 совместно с кольцом 6. Датчик водорода 24 (фиг. 2) фиксирует число водорода, выделившегося в процессе испытаний ppm. Изменение показаний датчика расстояния 17 определяет суммарный износ h пары трения образца 9 (фиг. 3) и кольца 6. Изменение показаний датчика расстояния 20 (фиг. 2) определяет износ h кольца 6.
1
2
h3
h1
h2
3
3
2
1
hi
i
3
Датчик давления 21 (фиг. 3), датчик циклов 28 (фиг. 1), датчик температуры 23 (фиг. 2), датчик водорода 24 и датчики расстояния 17 и 20 передают информацию в блок управления и контроля 27. На блоке управления и контроля 27 (или на ЭВМ по желания оператора) отображаются в графическом и числовом вариантах в реальном времени значения температуры в зоне трения t, число циклов n, количество выделившегося диффузионно-активного водорода ppm, давление в зоне трения Р, износ контртела h, суммарный износ пары трения h, износ образца h,. интенсивность изнашивания исследуемого образца I, контртела I и суммарную интенсивность изнашивания I. Износ исследуемого образца h определяется как разность суммарного износа и износа контртела h=h-h Интенсивность изнашивания определяется по следующей общей зависимости I=h/L, где L - путь трения, определяемый как произведение числа циклов и длины окружности кольца 6 (фиг. 1) L=n * р. Длину окружности кольца 6 можно измерить перед проведением испытаний.
h
Выполнение устройства в данном виде позволяет измерять количество диффузионно-активного водорода в исследуемом и смазочном материалах в процессе испытаний и сопоставлять данные износа h и интенсивности изнашивания I с количеством выделившегося диффузионно-активного водорода ppm и его влияние на износ, с учетом температуры в зоне трения t и давления Р.