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.
Известно устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов (патент на полезную модель РФ №192398 МПК G01N 19/02, опубл. 16.09.2019. Бюл. №26. Аналог), 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 является малая универсальность замены изношенного контртела в виде конической втулки на новую, связанная со сложностью его изготовления, а также получения отверстий для фиксации, и отверстий для направляющих шпилек, приводящее к дополнительным материальным затратам и времени изготовления.
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, на котором расположены упорная гайка, коническая направляющая втулка, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки, индентор, направляющая втулка, где в отверстие подвижного вала установлен половинчатый индентор, с возможностью контактировать одним концом с контертелом в виде конической втулки, а другим с нагрузочной пружиной, служащей для создания необходимой нагрузки контактных металлических пар путем подбора различных по жесткости пружин. На подвижном валу установлено сопло с возможностью подачи смазывающей технологической среды (СТС) в распыленном состоянии непосредственно в зону контакта металлических пар. Для регистрации крутящего момента применен электрический трехкомпонентный динамометр М30-3-6к, который подключен к ПК, позволяющий повысить точность измерения коэффициента трения смазочных материалов. Для снижения трения, возникающего при контакте конической направляющей втулки и направляющей втулки с подвижным валом, в отверстиях конической направляющей втулки и направляющей втулки расположены линейные подшипники, зафиксированные стопорными кольцами. Техническим результатом полезной модели является повышение точности определения коэффициента трения смазочных материалов и универсальность замены испытуемых образцов.
Недостатками известного устройства является сложность регулировки величины нагрузки на контактную пару, для чего необходимо подбирать соответствующую пружину необходимой жесткости.
Техническим результатом полезной модели является высокая точность определения коэффициента трения смазочных материалов, а также универсальность замены испытуемых образцов.
Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее неподвижный вал, на котором расположены направляющая коническая втулка, контртело в виде конической втулки, индентор, линейный подшипник, при этом измерение значений крутящего момента осуществляется при помощи электронного динамометра, кинематически связанного с неподвижным валом, также с целью снижения сил трения на неподвижном валу установлен линейный подшипник, расположенный в отверстии направляющей конической втулки, при этом необходимая нагрузка на контактную пару обеспечивается путем перемещения клина при помощи упорного болта и пружины, который посредством толкателя создает необходимую нагрузку на контактную пару, в свою очередь, контроль нагрузки осуществляется при помощи тензодатчика, расположенного между индентором и толкателем, соединенного с электронным динамометром через электропровод.
Отличием данного технического решения от прототипа является тот факт, что нагрузка на контактную металлическую пару обеспечивается путем перемещения клина при помощи упорного болта и пружины, контактирующего с толкателем, благодаря чему создается необходимая нагрузка на контактную пару, при этом контроль нагрузки осуществляется при помощи тензодатчика, расположенного между индентором и толкателем. Полезная модель представлена на чертеже:
На фигуре представлена конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении.
Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит электронный динамометр 1, стопорные кольца 2, 15, 19, шпильку 3, подшипники качения 4, державку 5, упорный болт 6, электропровод 7, вставку 8, установочный винт 9, сопло 10, металлическую пластину 11, резиновую прокладку 12, индентор 13, контртело в виде конической втулки 14, линейный подшипник 16, кулачки токарного патрона 17, коническую направляющую втулку 18, упорный подшипник 20, фиксирующий винт 21, упорное кольцо 22, неподвижный вал 23, пружину 24, тензодатчик 25, толкатель 26, клин 27. Принцип работы устройства заключается в следующем.
Коническая направляющая втулка 18 с контртелом в виде конической втулки 14 закрепляется при помощи кулачков токарного патрона 17 на токарном станке (на чертеже не указан), при этом индентор 13 установлен в отверстии неподвижного вала 23 контактирующий с контртелом в виде конической втулки 14, при этом контактная нагрузка индентора 13 и контртела в виде конической втулки 14 регулируется путем перемещения клина 27 при помощи упорного болта 6 и пружины 24, который через толкатель 26 создает необходимую нагрузку на контактную пару, при этом упорный болт 6 расположен в отверстии неподвижного вала 23 и установлен при помощи вставки 8, зафиксированной установочным винтом 9. Контроль нагрузки осуществляется при помощи тензодатчика 25, расположенного между толкателем 26 и индентором 13 и соединенного с электронным динамометром 1 через электропровод 7. Для гашения вибраций, вызванных наличием микронеровностей на поверхности контртела в виде конической втулки 14, между тензодатчиком 25 и индентором 13 установлена резиновая прокладка 12 и металлическая пластина 11.
Коническая направляющая втулка 18 содержит линейный подшипник 16, зафиксированный при помощи стопорных колец 15, 19, в свою очередь, неподвижный вал 23 расположен в отверстии конической направляющей втулки 18, также на неподвижном валу 23 установлен упорный подшипник 20, зафиксированный при помощи упорного кольца 22 и фиксирующих винтов 21.
Подача СТС в контактную зону индентора 13 и контртела в виде конической втулки 14 осуществляется при помощи сопла 10.
На неподвижном валу 23 имеется лапка со шпилькой 3, которая зафиксирована при помощи стопорных колец 2, и установленными в ней подшипниками качения 4, контактирующие с державкой 5, при вращении конической направляющей втулки 18 с контртелом в виде конической втулки 14, в свою очередь, державка 5 установлена в электронном динамометре 1, при помощи которого производится регистрация значений крутящего момента.
Устройство работает следующим образом: эксплуатация устройства осуществляется на токарном станке (на чертеже не указан), в котором предусмотрено наличие частотного преобразователя, позволяющего в широком диапазоне регулировать частоту вращения шпинделя и соответственно конической направляющей втулки.
Коническая направляющая втулка устанавливается в четырехкулачковом патроне. Индентор, расположенный в отверстии неподвижного вала контактирует с контртелом в виде конической втулки, а нагрузка контактной пары регулируется путем перемещения клина при помощи упорного болта и пружины, который через толкатель создает необходимую нагрузку на контактную пару, при этом контроль нагрузки осуществляется при помощи тензодатчика, соединенного с электронным динамометром через электропровод, в свою очередь контртело в виде конической втулки установлено в отверстии конической направляющей втулки, которая содержит линейный подшипник и упорный подшипник, позволяющие осуществлять прямолинейное и вращательное движение направляющей конической втулки и контртела в виде конической втулки, в результате чего имеется возможность путем осевого перемещения контртела в виде конической втулки относительно индентора проводить экспериментальные исследования, используя поверхность упомянутого контртела в виде конической втулки по всей длине образующей.
На неподвижном валу расположена специальная лапка, с закрепленной на ней шпилькой, на которую устанавливаются подшипники качения, контактирующие с установленной в электронном динамометре державкой. При вращении конической направляющей втулки, индентор контактирует с контртелом в виде конической втулки, в результате чего создается крутящий момент на неподвижном валу, который передается через лапку с расположенной в ней шпилькой на державку, установленную в динамометре, при помощи которого производится регистрация показаний. Подача СТС в контактную зону индентора и контртела в виде конической втулки осуществляется при помощи сопла.