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 получаемых результатов, при испытаниях.
Известно 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. Аналог). 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 №200035 МПК G01N 19/02, опубл. 01.10.2020. Бюл. №28. Прототип), содержащее подвижный вал, установленный во вращающийся центр посредством упорной гайки, контактирующая с упорными подшипниками, направляющую коническую втулку, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки, направляющую втулку, индентор с нагрузочной пружиной и упорное кольцо с установочными винтами.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал одним концом закрепляется в кулачках токарного патрона, а другим поджимается вращающимся центром, при этом индентор установлен в отверстии подвижного вала, контактирующий с контртелом в виде конической втулки. Путем подбора жесткости нагрузочных пружин, устанавливаемых в отверстие подвижного вала создается необходимая контактная нагрузка между индентором и контртелом в виде конической втулки, которая, в свою очередь, устанавливается в направляющую коническую втулку, установленной на подвижном валу, на котором также установлена направляющая втулка, содержащая линейный подшипник, упорный подшипник и направляющие шпильки, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке. Далее устанавливается на подвижный вал упорное кольцо, фиксируемое при помощи установочных винтов, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки при линейном перемещении направляющей конической втулки относительно оси направляющих шпилек контактирующих с пружинами. Линейное перемещение конической направляющей втулки осуществляется при помощи упорной гайки, расположенной на подвижном валу.
Недостатками данного устройства является то, что во время проведения испытаний взаимодействие индентора с конической втулки происходит не по всей площади, а только по линии контакта, приводящее к высоким нагрузкам и перекосу индетора относительно конической втулки, что приводит к большим погрешностям полученных результатов при испытаниях.
Техническим результатом полезной модели является необходимость расширения арсенала технических средств для повышения работоспособности устройства и точности определения коэффициента трения смазочных материалов.
Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее два подвижных вала, на одном из которых расположены упорная гайка, коническая направляющая втулка, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки с круговым пазом, индентор, направляющая втулка, при этом в отверстие одного из подвижных валов установлен индентор имеющий форму сверла с углом при вершине, контактирующий вторым концом с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, где нагрузка на контактную пару создается за счет перемещения вращающегося центра путем изменения его положения.
Отличием от прототипа является тот факт, что установлен тензодатчик, позволяющий регистрировать создаваемую нагрузку между индентором и контртелом в виде конической втулки с круговым пазом.
На фиг. представлена конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении.
Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит два подвижных вала 1 и 2, упорную гайку 3, вращающийся центр 4, упорные подшипники 5, 16, линейные подшипники 6, 15, направляющую коническую втулку 7, направляющие шпильки 8, контртело в виде конической втулки 9 с круговым пазом, индентор 10, винт крепления индентора, сопло 12, пружины 13, направляющую втулку 14, установочные винты 17, упорное кольцо 18, кулачки токарного патрона 19, болт 20, кольцо подачи СТС 21, резиновые прокладки 22, распылитель 23, переходник 24, уплотнительные кольцевые прокладки 25, державку 26, динамометр 27, шпильку 28, подшипники качения 29 и тензодатчик 30.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал 1 закрепляется в кулачках токарного патрона 19. Другой подвижный вал 2 поджимается вращающимся центром 4, при этом индентор 10 имеет форму сверла с углом при вершине и установлен одним концом в отверстии подвижного вала 1, зафиксированный с помощью винта крепления 11, а другим концом контактирует с контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом. Упорная гайка 3 служит для фиксации направляющей конической втулки 7.
Путем линейного перемещения конической направляющей втулки 7 осуществляемая за счет изменения положения вращающегося центра 4, создается необходимая контактная нагрузка, регистрируемая тензодатчиком 30, между индентором 10 и контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом, которая, в свою очередь, устанавливается в направляющую коническую втулку 7, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 5. На подвижном валу 1 установлена направляющая втулка 14, содержащая линейный подшипник 15, упорный подшипник 16 и направляющие шпильки 8, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке 7. Далее устанавливается на подвижный вал 1 упорное кольцо 18, фиксируемое при помощи установочных винтов 17, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 14 при линейном перемещении направляющей конической втулки 7 относительно оси направляющих шпилек 8 контактирующих с пружинами 13. Предотвращение перекоса направляющей конической втулки 7 относительно направляющей втулки 14 осуществляется за счет направляющих шпилек 8.
Подача смазочной технологической среды (СТС) в контактную зону индентора 10 и контртело в виде конической втулки 9 с круговым пазом осуществляется при помощи распылителя 23, установленного в кольцо для подачи СТС 21 при помощи переходника 24, герметичность которых осуществляется кольцевыми прокладками 25 и резиновыми прокладками 22. Далее СТС в распыленном состоянии поступает через отверстие, выполненное подвижном валу 1 в сопло 12.
На направляющей конической втулке 7 имеется лапка, в которую устанавливается шпилька 28 с подшипниками качения 29 имеющую кинематическую связь с державкой 26 установленной в динамометре 27, при помощи которого производится регистрация значений момента трения.
Устройство работает следующим образом. Эксплуатация устройства осуществляется на токарном станке, в котором предусмотрен частотный преобразователь, позволяющий в широком диапазоне регулировать частоту вращения шпинделя. Подвижный вал закрепляется в кулачках токарного патрона, а второй подвижный вал поджимается вращающимся центром.
Индентор, установленный в отверстии подвижного вала, контактирует с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, где нагрузка контактной пары регулируется путем перемещения конической направляющей втулки относительно индентора, за счет изменения положения вращающегося центра, контактирующего с подвижным валом, который в свою очередь контактирует с конической направляющей втулкой через линейный подшипник. Упорная гайка контактирует с упорным подшипником, который установлен на подвижном валу и контактирует с направляющей конической втулкой. В свою очередь, контртело в виде конической втулки с круговым пазом установлено в отверстии направляющей конической втулки, позволяющей осуществлять прямолинейное и вращательное движение направляющей конической втулки и контртела в виде конической втулки с круговым пазом. В результате чего имеется возможность производить измерения, используя контртело в виде конической втулки с круговым пазом, позволяющим имитировать процесс граничного трения, и обеспечивая процесс трения-скольжения инструмента по конической поверхности контртела.
Путем перемещения направляющей конической втулки 7 относительно индентора 10, установленного в отверстие подвижного вала 1, создается необходимая контактная нагрузка между индентором 10 и контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом, которая устанавливается в направляющую коническую втулку 7, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 5, установленные на подвижном валу 2.
В свою очередь, направляющая втулка 14, линейный подшипник 15, упорный подшипник 16 и направляющие шпильки 8, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в направляющей конической втулке 7, установлены на подвижном валу 1. Далее устанавливается упорное кольцо 18 на подвижный вал 1, фиксируемое при помощи установочных винтов 17, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 14 при линейном перемещении направляющей конической втулки 7 относительно оси направляющих шпилек 8, контактирующих с пружинами 13.
Для более точного позиционирования контртела в виде конической втулки с круговым пазом относительно индентора дополнительно используются пружины, расположенные на направляющих винтах, между направляющей втулкой и направляющей конической втулкой. Направляющая втулка, в свою очередь, содержит линейный подшипник, а в качестве упора при линейном перемещении конической направляющей втулки используется упорный подшипник, зафиксированный при помощи упорного кольца и установочных винтов. В свою очередь, в направляющей конической втулке расположена специальная лапка с закрепленной на ней шпилькой, на которую устанавливаются подшипники качения, контактирующие с державкой, установленной в динамометре. В месте закрепления индентора установлен тензодатчик, подключенный к динамометру, позволяющий регистрировать создаваемую нагрузку между индентором и контртелом в виде конической втулки с круговым пазом.
При вращении подвижного вала индентор контактирует с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, в результате чего создается крутящий момент, который передается через лапку с расположенной в ней шпилькой державке, установленной в динамометре, при помощи которого производится регистрация показаний. Подача смазывающих технологических сред в контактную зону индентора и контртела в виде конической втулки с круговым пазом осуществляется при помощи распылителя, герметично установленного в переходнике при помощи резиновых прокладок, в свою очередь, переходник установлен в кольце подачи СТС, при помощи которого осуществляется подача СТС при вращательном движении подвижного вала, благодаря наличию уплотнительных кольцевых прокладок, далее СТС в распыленном состоянии поступает по каналу, расположенному в подвижном валу, и далее поступает в сопло. Также для обеспечения герметичности системы подачи СТС предусмотрено использование дополнительного болта.