Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к методам исследования коэффициента трения различных по составу смазочных материалов.
Известно устройство для испытания трущихся материалов и масел (А.с. СССР № 983522, МПК G01N 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел. Бюл. №47, 1982 г. Аналог), содержащее станину, установленные на ней держатели образца и контробразца, узлы измерения момента трения и нагружения образцов и привод вращения образцов, плиту, установленную перпендикулярно к станине с возможностью перемещения вдоль нее, три платформы, из которых средняя закреплена на плите шарнирно, а две другие установлены под углом 45° к средней, которые расположены на платформах и взаимодействующие с держателями контробразцов, направляющие и поджимные ролики, установленные на плите с возможностью поворота в плоскости держателей, передаточные звенья, взаимодействующие через подшипники качения соответственно с держателями контробразцов и узлами нагружения, а последние снабжены штоками, имеющими две степени свободы (механизмы для передачи нагрузки на контробразцы).
Основной недостаток известного устройства заключается в сложной и точной установке передаточных звеньев под прямым углом к направляющим, что приводит к большим погрешностям полученных результатов при испытаниях.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса, содержащий узел трения «диск-индентор», который представляет собой диск с двумя поверхностями трения и по которым скользят два полусферических индентора (см. Журнал «Трение и износ», т.24, №6, 2003 г., с.626-635). При этом диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.
Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через зубчатые колеса. Момент трения в паре «диск-индентор» измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная использованием большого количества элементов, сложностью его использования из-за постоянной тарировки нагружающих пружин, влияющие на погрешность измерения, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов (патент на полезную модель РФ №192398 МПК G01N 19/02, опубл. 16.09.2019. Бюл. №26. Прототип), содержащее основание для установки устройства, неподвижный вал с индетором, втулку с коническим отверстием (конртело), втулку из фторопласта, нагружающих (фиксирующих) винтов, упорное кольцо, упорный подшипник, и втулки для передачи крутящего момента.
Принцип работы устройства заключается в следующем: индентор закрепляют в отверстии неподвижного вала устройства и устанавливают втулку с коническим отверстием. При помощи нагружающих (фиксирующих) винтов создается давление на контактную пару и контролируется динамометрическим ключом, затем рычаг устанавливается на втулку зацепление которого осуществляется при помощи отверстий расположенных на внешней части, при этом на противоположной стороне рычага закрепляется приводной трос с динамометром. Изменение положения угла рычага осуществляется при помощи шкива и рукоятки, при этом система находится в нагруженном состоянии. При вращении устройства в положение измерения, возникающий при вращении индентора момент трения передается посредством рычага на измерительное устройство, по показаниям которого осуществляется определение коэффициента трения.
Недостатками известного устройства являются малая универсальность замены изношенной конической втулки (контртело) на новую, связанная со сложностью ее изготовления, а так же получения отверстий для фиксации и отверстий для направляющих шпилек, приводящее к дополнительным материальным затратам и времени изготовления.
Техническим результатом полезной модели является универсальность замены испытуемых образцов и повышение точности определения коэффициента трения смазочных материалов.
Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее основание для установки устройства, неподвижный вал с индетором, винты для фиксации направляющей втулки, винты контролирующие усилие контакта металлических пар, упорное кольцо, упорный подшипник, втулки из фторопласта, направляющую втулку, коническую втулку (контртело), коническую направляющую втулку и втулки для передачи крутящего момента,при этомконическая втулка (контртело) изготовлена отдельно от направляющей втулки и конической направляющей втулки, что упрощает замену испытуемых образцов для расширения технических возможностей устройства.
Для надежного сцепления с конической направляющей втулкой угол наклона образующей внешнего конуса конической втулки (контртело) равен углу наклона образующей конуса Морзе.
Упорное кольцо изготовлено с дополнительным кожухом, служащий для защиты упорного подшипника от попадания продуктов износа контактирующих пар.
Отличием данного технического решения от прототипа является тот факт, что коническая втулка (контртело) изготовлена отдельно от направляющей втулки и конической направляющей втулки, что упрощает замену испытуемых образцов для расширения технических возможностей устройства с наименьшими материальными затратами. При этом упорное кольцо изготовлено с дополнительным кожухом для защиты упорного подшипника от попадания продуктов износа контактирующих пар. С целью снижения коэффициента трения между втулкой для передачи крутящего момента и неподвижным валом дополнительно установлена фторопластовая втулка.
Полезная модель представлена на чертежах:
фиг. 1 - конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении.
фиг. 2 - вид сбоку устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов.
Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит неподвижный вал 1, фторопластовые втулки 2, 14, направляющую втулку 3, коническую втулку (контртело) 4, коническую направляющую втулку 5, индентор 6, упорное кольцо 7, фиксирующие винты 8, упорный подшипник 9, втулку для передачи крутящего момента 10, отверстия для фиксации рычага 11, прижимные винты 12, основание 13, направляющие шпильки 15, винты для фиксации направляющей втулки 16, винты 17 контролирующие усилие контакта металлических пар (4 и 5), стол 18, шкив 19, рукоятку 20, приводной трос 21, динамометр часового типа 22 и рычаг 23.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Коническая втулка (контртело) 4 имеет по наружной и внутренней поверхностям коническую форму. Угол наклона образующей внешнего конуса конической втулки (контртело) 4 равен углу наклона конуса Морзе для надежного сцепления с конической направляющей втулкой 5. Внутренний конус конической втулки (контртело) 4 обеспечивает надежный контакт с индентором 6, который расположен в отверстии неподвижного вала 1 перпендикулярно оси конического отверстия. Для снижения силы трения при эксплуатации устройства, дополнительно установлены фторопластовые втулки 2, 14, а так же для снижения силы трения между втулкой для передачи крутящего момента 10 и упорным кольцом 7, установлен упорный подшипник 9. Необходимое усилие контакта индентора 6 и конической втулки (контртело) 4, обеспечивается при помощи винтов 17 и динамометрического ключа (на фиг. 2 не изображен). Во избежание линейного перемещения втулки 10 в процессе затяжки, на валу установлено стопорное кольцо 7, которое фиксируется винтами 8. Для снижения силы трения между втулкой 10 и упорным кольцом 7 при вращении, на валу дополнительно установлен упорный подшипник 9. Устройство надежно фиксируется на основании 13 при помощи прижимных винтов 12. Для передачи крутящего момента от втулки 10 к конической направляющей втулке 5 с закрепленной конической втулкой (контртелом) 4 и направляющей втулке 3 предусмотрены специальные шпильки 15 и винты 17, которые так же служат как направляющие.
Вращение втулки для передачи крутящего момента 10 и конической направляющей втулки 5 с направляющей втулкой 3 и конической втулкой (контртело) 4 осуществляется путем изменения угла наклона рычага 23 установленного в отверстие 11 относительно стола 18 при помощи рукоятки 20 и шкива 19, где момент срыва фиксируется при помощи динамометра 22, кинематически связанного со шкивом 19 при помощи приводного троса 21.
Устройство работает следующим образом: индентор закрепляют в отверстии неподвижного вала устройства и устанавливают коническую направляющую втулку, затем коническую втулку (контртело), а также направляющую и фторопластовую втулки. При помощи винтов контролирующих усилие контакта металлических пар создается давление на контактную пару, которое контролируется динамометрическим ключом (на чертеже не изображен). Затем рычаг устанавливается в отверстие, расположенное во втулке для передачи крутящего момента, при этом на противоположной стороне рычага закрепляется динамометр часового типа с приводным тросом. Изменение положения угла рычага осуществляется при помощи рукоятки и шкива, при этом система находится в нагруженном состоянии. При вращении устройства в положение измерения, возникающий при вращении индентора момент трения передается посредством рычага на измерительное устройство, по показаниям которого осуществляется определение коэффициента трения.