Установка для испытания материалов и покрытий на трение
INSTALLATION FOR TESTING OF MATERIALS AND COATINGS FOR FRICTION

Изобретение относится к технике испытаний на трение и износ материалов и покрытий в условиях атмосферы и в высоком вакууме.
Известно устройство для испытаний материалов на трение (см. авторское свидетельство №1714448 A1, G01N 3/56/G01N 19/02 от 03.10.1988), содержащее станину, закрепленную на ней герметичную камеру с крышками ввода, параллельно установленные в крышках валы, предназначенные для размещения контактирующих образцов материала, узел охлаждения и нагрева, механизм регулирования момента сопротивления на ведомом валу, систему измерения момента трения и привод вращения.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности проводить испытания тонких антифрикционных покрытий при высоких контактных давлениях, а именно по схеме шар-плоскость, палец-плоскость.
Отсутствует также возможность проведения испытаний в широком температурном диапазоне от -190 до +400°C.
Известно устройство для испытаний материалов, связанных с исследованием их работы в условиях космоса. Схема испытания диск - полусферический образец (см. справочник «Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов», Камбалов B.C. «Машиностроение», 2008 г., с. 319-321).
Это устройство содержит узел трения - дисковый образец в контакте с полусферическим образцом диаметром 0,4 см, установленные в вакуумной камере, которые приводятся во вращение относительно друг друга при помощи маятникового привода. Нагрузка на образец и измерение силы трения осуществляются с помощью рычажной системы через сильфон.
Недостатком данного устройства является невозможность создания объемной температуры в узле трения в широком температурном диапазоне от -190 до +400°C, большие габаритные параметры, присутствие опорных подшипников в вакуумной камере и сложность изготовления отдельных узлов.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее высоковакуумный агрегат, вакуумную камеру и встроенную в нее машину трения. Основными элементами их являются: откачной пост, состоящий из раздельно выполненных форвакуумного насоса и диффузионного насоса с азотной ловушкой, вакуумная камера, ввод в вакуумную камеру, гибкий сильфон, карданный шарнир, измерительный рычаг со съемным наконечником и тензодатчиками, установленными во внутренней его полости, кривошип, шатун, дисковый образец, электропривод с отдельным редуктором и ременной многоступенчатой передачей (см. А.А. Кутьков. Износостойкие и антифрикционные покрытия. М., Машиностроение, 1976, с. 20-23). Интервал температуры контртела от -185 до 250°C.
Недостатками данного устройства являются: большие габариты и вес, применение диффузионного насоса, азотной ловушки и форвакуумного насоса усложняет технологический процесс проведения испытаний материалов и влияет на качество получаемого вакуума, невозможно создание объемной повышенной температуры в зоне трения образца до 400°C, отсутствует возможность проведения на одном дисковом образце без разгерметизации и разборки камеры последовательно нескольких этапов испытаний, отсутствует плавная регулировка режима скольжения пары в процессе проведения испытаний.
Задачей предлагаемого в качестве изобретения устройства, является: обеспечение компактности и надежности работы установки, обеспечение более глубокого вакуума, повышения его чистоты, создание возможности более полного использования поверхности образца за счет образования новых дорожек перемещения контртела без разгерметизации вакуумной камеры, обеспечение плавности изменения скорости скольжения контртела по поверхности образца в процессе проведения испытаний, повышение надежности уплотнения фланцевых соединений разборных элементов установки, автоматизировние и упрощение обработки результатов испытаний.
Предлагаемое устройство для испытаний материалов и покрытий на трение, содержащее форвакуумный насос, измерительный рычаг со вставкой с контртелом, установленным во фланце оправки карданной крестовины, герметично соединенным с гибким сильфоном с неподвижно установленной вакуумной камерой, привод с эксцентриковым валом, связанным тягой с рычагом карданной крестовины, рычаг с грузом, испытываемый образец, закрепленный в крышке неподвижной вакуумной камеры, причем установка дополнительно содержит турбомолекулярный насос, объединенный с форвакуумным насосом в откачной пост, который через сильфон соединен с неподвижной вакуумной камерой, частотный преобразователь, который подсоединен к приводу, в качестве которого используется мотор-редуктор, содержащий червячный редуктор с трехфазным асинхронным электродвигателем, причем привод, карданная крестовина с подвижным фланцем гибкого сильфона и измерительным рычагом со вставкой с контртелом установлены на подвижной плите с возможностью многократного перемещения при помощи микрометрического винта в пределах допустимой деформации гибкого сильфона относительно неподвижного кронштейна и испытываемого образца, что дает возможность многократно создавать новые дорожки скольжения на испытываемом образце, увеличивая ресурс работы испытываемой пары трения.
-13
Положительный результат также достигается за счет того, что разборные фланцевые соединения выполнены с возможностью использования в качестве уплотняющих прокладок плоских колец из отожженной меди, обеспечивающих уровень вакуума до 1⋅10 торр и термостойкость соединений в пределах от -200 до +450°C без потери качества уплотнения.
Сущность заявляемого устройства для испытаний материалов и покрытий на трение и износ поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид установки.
На фиг. 2 представлен вид установки сверху.
На фиг. 3 представлен вид установки сбоку.
На фиг. 4 представлен узел трения установки.
Предлагаемое устройство содержит основание 1, совмещенный форвакуумный и турбомолекулярный насос 2, сильфон 3, вакуумную камеру 4, переходной фланец 5, закрепленный на неподвижном кронштейне 6, выполняющем функцию опоры вакуумной камеры, и герметично соединяет ее при помощи гибкого сильфона 7 с фланцем 8, выполненным заодно с измерительным рычагом 9, на концевом участке которого по скользящей посадке устанавливается вставка 10 со стандартным шариком 11 (контртело), зафиксированным стопорным винтом 12. Фланец 8 измерительного рычага 9 закреплен при помощи осей 13 в подшипниковых узлах 14 оправки 15 и может совершать вращательные движения относительно горизонтальной оси, проходящей через подшипниковые узлы. Оправка также закреплена при помощи осевых вставок 16 и подшипников 17 в скобе 18 и может совместно с фланцем 8 и измерительным рычагом 9 совершать вращательные движения относительно вертикальной оси (карданная крестовина). Вращательное движение оправки относительно вертикальной оси осуществляется перемещением оси рычага 19, тягой 20 и эксцентриковым валиком 21. Эксцентриковый валик 21 приводится во вращение мотор-редуктором 22. Вакуумная камера 4 имеет крышку 23, выполненную совместно с тонкостенным стаканом, по торцу которого имеется посадочное место для установки испытываемого образца 24, фиксируемого круглой гайкой 25. Скоба 18 карданной крестовины закреплена на подвижной плите 26, которая может перемещаться при помощи микрометрического винта 27, сжимая или растягивая гибкий сильфон 7, и перемещая измерительный рычаг 9 со вставкой 10 и шариком 11, создавая новую дорожку скольжения шарика по поверхности испытываемого образца 23.Усилие прижима шарика создается массой груза 28, перемещаемого по резьбе рычага 29, закрепленного при помощи фланца 30 с внешней стороны на фланце 8 измерительного рычага 9. Тензодатчики 31 для измерения момента трения испытываемой пары трения и определения усилия нормальной нагрузки на нее устанавливаются во внутренней полости (сверлении) измерительного рычага 9. Для преобразования однофазного тока в трехфазный и регулировки его частоты используется частотный преобразователь 32.
Устройство для испытания материалов на трение и износ в вакууме и внешней среде работает следующим образом. Контртело 11 прижимается к дисковому образцу 24 с определенным усилием, создаваемым массой груза 28, перемещаемого по резьбе специального рычага 29. При включении мотор-редуктора 22, вращающийся эксцентриковый вал 21, осуществляя возвратно поступательные движения тяги 20, перемещает ось рычага карданной крестовины 19, заставляя карданную крестовину и измерительный рычаг 9 вместе с контртелом 11 осуществлять горизонтальные возвратно-вращательные движения с заранее заданной скоростью, которая в процессе работы пары может быть изменена. Измерение силы трения и нормальной нагрузки на контртело осуществляется при помощи тензодатчиков 31, установленных во внутренней полости измерительного рычага 9. Полученный сигнал преобразовывается и передается на регистрирующее устройство, состоящее из платы-переходника и цифрового многоканального самописца с выходом на компьютер.