МАШИНА ТРЕНИЯ С ПРИВОДОМ ВРАЩЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания материалов на трение и износ. Устройство предназначено для использования в лабораторных стендах с приводом вращения, требующих повышенной надежности удержания испытуемого образца с возможностью саморегулирования его положения в держателях. При этом устройство имеет достаточно простую конструкцию и не требует больших затрат на изготовление.
В большинстве известных машин трения с приводом вращения, проблема удержания испытуемого образца с возможностью саморегулирования его положения в держателях, либо не решается (пат. РФ №73735, G01N 3/56, опубл. 27.05.2008; пат. РФ №83335, G01N 3/56, опубл. 27.05.2009), либо решается за счет значительного усложнения устройства и увеличения стоимости его изготовления (лабораторный стенд для испытания трения, износа и смазки, установленный в Институте машиноведения им. А.А.Благонравова РАН).
В указанном выше аналоге испытуемый образец в виде колодки крепится к неподвижному валику, закрепляемому в каретке машины трения. При вращении ролика саморегулирование образца-колодки в случае торцевого биения ролика обеспечивается возможностью вращения колодки вокруг оси валика. Стабильность положения образца в плоскости вращения ролика достигается за счет высокой точности посадки в сопряжении колодка-ролик, при этом быстрота приработки колодки обеспечивается малой шириной ее рабочей части. В результате приработки достигается постоянство коэффициента взаимного перекрытия.
Недостатком известного устройства, как указывалось выше, является сложность конструкции держателя и образца-колодки и значительные затраты, связанные с их изготовлением.
Из известных решений наиболее близким аналогом к предложенному устройству является машина трения, описанная в книге Прохорова B.C. Трибологические методы испытания масел и присадок. - М.: Машиностроение, 1983. - с.78-79). Известное устройство содержит два вала, установленные в станине параллельно друг другу, один из которых соединен с приводом вращения, а другой - неподвижен, держатель испытуемого образца, размещенный на неподвижном валу и выполненный в виде ролика, дисковый контробразец, размещенный на вращающемся валу, и нагрузочное устройство. В известном устройстве в качестве образца используется колодка дугообразной формы, что позволяет фиксировать ее положение в плоскости вращения ролика. Для надежного удержания образца в держателе с возможностью его саморегулирования, машина трения дополнительно снабжена пружиной и шаровой опорой. Для чего в колодке и ролике по окружности выполнены выемки сферической формы, внутри колодки выполнена сквозная канавка, а по всей окружности ролика - кольцевой паз. В результате пружина, проходящая сквозь канавку в колодке и охватывающая ролик, достаточно плотно прижимает колодку к ролику в радиальном направлении, оставляя при этом в случае торцевого биения ролика свободу перемещения колодки в осевом направлении за счет шаровой опоры.
Недостатком известной машины трения является сложность изготовления держателя и образца. Это связано с тем, что для обеспечения постоянного коэффициента взаимного перекрытия неподвижного образца-колодки и дискового контробразца, приработка колодки должна произойти по всей ее поверхности, что можно осуществить сравнительно быстро только, если радиусы поверхностей трения колодки и дискового контробразца будут иметь отклонения от номинального значения в пределах допуска, соответствующего 5-6-кратному квалитету. Такая точность делает изготовление образцов очень дорогим. Для сокращения площади поверхности трения и времени приработки, колодки часто изготавливают с выступом, имеющим ширину 1,5-2 мм, однако это приводит к усложнению конструкции колодки и, как следствие, к удорожанию ее изготовления. Определенную сложность вызывает и выполнение в образце-колодке и ролике выемок для шаровой опоры и сквозной канавки - для пружины.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в упрощении конструкции и изготовления машины трения при сохранении надежной установки образца с возможностью саморегулирования его положения.
Для решения поставленной задачи машина трения с приводом вращения, (содержащая также как и прототип, два вала, установленные в станине параллельно друг другу, один из которых соединен с приводом вращения, размещенные на неподвижном валу - ролик, а на вращающемся - дисковый контробразец, между которыми установлен неподвижный образец, и нагрузочное устройство), в отличие от прототипа, дополнительно снабжена опорой, закрепленной на станине, и рычагом, состоящим из двух частей, одна из которых соединена с неподвижным образцом, а другая, конец которой выполнен в форме конуса, упирается в опору, при этом оси указанных частей рычага расположены параллельно и смещены одна относительно другой на величину, равную половине высоты неподвижного образца. Кроме того, в отличие от прототипа неподвижный образец выполнен в виде квадратной или прямоугольной пластины. В свою очередь, ролик выполнен с двухсторонним коническим профилем.
В результате получена достаточно простая и легкая в изготовлении и сборке конструкция в виде «плавающего» рычага, продольная ось нижней части которого проходит через центр упора и точку контакта неподвижного и подвижного образцов, а верхней части - через середину неподвижного образца. Это с одной стороны позволяет надежно фиксировать неподвижный образец в машине за счет исключения возможности его бокового перемещения при вращении контробразца, а с другой - при изменении формы контактирующих поверхностей образцов при их истирании - с помощью нижней части рычага переустанавливать образец.
Сопоставление предлагаемой конструкции и прототипа, а также анализ выявленной информации в области испытательной техники показал, что поставленная задача - упрощение конструкции машины трения при обеспечении надежной установки образца с возможностью саморегулирования его положения, решается в результате новой совокупности признаков и позволяет сделать вывод о соответствии устройства, предлагаемого в качестве полезной модели, критерию «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, где
на фиг.1 - приведено схематическое изображение конструкции машины
трения с приводом вращения.
Предлагаемое устройство содержит (фиг.1) станину 1, на которой параллельно друг другу установлены два вала, один из которых 2 соединен с приводом вращения, а другой 3 - неподвижен. На валах 3 и 2 размещены соответственно ролик 4 и дисковый контробразец 5, между которыми установлен неподвижный образец 6. Машина также оборудована нагрузочным устройством 7, опорой 8 и рычагом 9, состоящим из двух частей, одна из которых 10 соединена с неподвижным образцом 6, а другая 11, конец которой выполнен в форме конуса упирается в опору 8. При этом оси указанных частей 10, 11 рычага 9 параллельны между собой и смещены одна относительно другой на половину высоты неподвижного образца. Испытуемый образец 6 выполнен в виде квадратной или прямоугольной пластины. В свою очередь, ролик 4, установленный на неподвижном валу 3, выполнен с двухсторонним коническим профилем.
Для обеспечения регулировки положения рычага, в опоре 8 выполнено резьбовое отверстие под регулировочный болт 12, в торце которого сделана лунка, в которую упирается конус рычага 9. В торцевой части 10 рычага 9 выполнено отверстие с резьбой под винт 13, с помощью которого крепится образец 6. При этом нагрузка на образец 6 передается в точке 14, лежащей вместе с точкой 15, в которую упирается рычаг, в плоскости вращения контробразца 5. Оси частей 10 и 11 рычага 9 смещены таким образом, что сила трения совпадает с осью упорной части и проходит через точку упора. Сила, прижимающая неподвижный образец к вращающемуся контробразца 5, прикладывается к неподвижному образцу 6 в точке, лежащей, как и точка упора рычага, в плоскости вращения контробразца 5.
Таким образом, полученный узел «опора - рычаг - неподвижный образец» позволяет надежно удерживать последний в машине, обеспечивая одновременно эффект саморегулирования образца. При этом, как видно из чертежа, конструкция достаточно проста и легка в изготовлении и сборке.
Устройство работает следующим образом.
Контробразец 5 крепят на шпинделе машины трения. Испытуемый образец 6 закрепляют в рычаге 9 винтом 13. На неподвижном валу каретки 16 машины трения крепят ролик 4 с двухсторонним коническим профилем таким образом, чтобы он имел одну степень свободы - вращение на неподвижном валу 3 каретки. Образцы 5 и 6 прижимают друг к другу поворотом каретки 10 и соответственно перемещением ролика 4. Приводят во вращение контробразец 5, включив машину трения. Усилие прижима F образцов 5 и 6 регулируют нагрузочным устройством 7 машины трения. Сила трения, возникающая в зоне контакта, направленная по касательной к поверхности трения в сторону вращения ролика, проходит по оси рычага 9, через точку контакта рычага и болта 12, закрепленного в опоре 8. Таким образом, опрокидывающий момент силы трения в плоскости вращения ролика равен нулю, а значит, при изменениях силы трения в процессе испытаний положение образца 6 по отношению к контробразцу 5 в плоскости вращения диска остается неизменным. При этом, так как опорные точки 14 и 15 лежат в плоскости вращения контробразца 5, образец 6 имеет возможность совершать свободные колебания с рычагом 9 вокруг оси винта 13, тем самым, исключая перекос образца 6 по отношению к поверхности трения контробразца 5.
Описанное устройство разработано специалистами кафедры технологии судоремонта Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций в составе лабораторного стенда для измерения коэффициентов трения и исследования свойств смазочных материалов. Машина трения предназначена для испытания материалов при вращательном движении, при котором реализуется трение по образующей с коэффициентом взаимного перекрытия, близким к нулю (по типу машин трения Амслера). Испытания устройства дали положительный результат, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».