УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС
DEVICE TO TEST MATERIALS FOR FRICTION AND WEAR

Изобретение относится к технике исследования триботехнических свойств материалов и покрытий и может быть использовано при испытаниях на трение и износ.
Известно устройство для испытаний материалов на трение и износ, содержащее три массивные плиты, соединенные стойками. Нижняя плита служит основанием для установки, на верхней плите закреплено устройство для нагружения. На средней плите закреплен нижний образец держатель, на хвостовике которого установлен радиальный шарикоподшипник. На внешнем кольце подшипника запрессовано зубчатое колесо, соединенное с помощью штифтов с чашкой, которая может свободно перемещаться относительно колеса в вертикальном направлении, и не может проворачиваться относительно него. В двух взаимно перпендикулярных направлениях в чашке выполнены прямые пазы, в которые вставлены плоские пружины с наклеенными тензодатчиками. Другим концом пружины закреплены в пазах головок винтов, ввернутых в оправку, в центре которой запрессован шаровой индентор. Плоские пружины закреплены в головках винтов, ввернутых в оправку стопорными винтами. Зубчатое колесо находится в зацеплении с шестерней, закрепленной неподвижно на валу электродвигателя [Н.М. Михин. Внешнее трение твердых тел. М.: Издательство «Наука», 1977, с.118-121].
Недостатком данного устройства является искажение при определении нормальной нагрузки из-за потерь на трение и из-за перекосов в сопряжении вал-втулка, а также из-за наличия шарикоподшипника в приводе вращения приводящего к погрешности в измерении момента трения и трудности реализации торцевой схемы трения.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для испытания материалов на трение и износ, содержащее основание, размещенные на нем держатель контробразца, взаимодействующий с приводом вращения, держатель образца, узел нагружения и тензодатчики измерения момента трения и износа, при этом привод вращения контробразца имеет возможность контролируемого датчиками возвратно-поступательного перемещения вдоль вертикальной оси устройства от кинематически связанного с ним узла нагружения, выполненного в виде силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, а вход блока связан с выходами тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя, выполненного в виде держателя образца [RU, №2073846, МПК G01N 3/56, 1997].
Недостатком данного изобретения являются ограниченные габариты привода вращения, изготовление упругих элементов, предназначенных для измерения нормальной нагрузки и момента сопротивления, в виде одной детали, что негативно сказывается на точности измерения параметров испытаний. Наличие в приводе задания нормальной нагрузки пары винт-гайка и электродвигателя усложняет устройство.
Задачей изобретения является разработка устройства для испытания материалов на трение и износ с измененной компоновкой конструкции, устраняющей в приводе нормальную нагрузку пары винт-гайка и электродвигателя
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что устройство для испытания материалов на трение и износ содержит основание, узел нагружения, связанный с датчиком износа, регистрирующий прибор, привод вращения, взаимодействующий с держателем контробразца, силоизмеритель с упругими элементами и датчики деформации. Согласно изобретению силоизмеритель дополнительно содержит кольцо, на торцевых сторонах которого радиально закреплены упругие элементы, выполненные в виде пластин, три из которых, воспринимающие момент сопротивления от держателя образца, симметрично установлены на ребро с верхней стороны кольца, при этом свободные концы пластин ограничены с двух сторон упорами, а три упругих элемента, воспринимающих нормальную нагрузку, смонтированы симметрично по отношению друг к другу с нижней стороны кольца, при этом плоскости кольца и пластин совмещены. При этом узел нагружения, связанный с основанием кронштейном, выполнен в виде груза, противовеса и рычага, взаимодействующего с направляющей, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения.
Расположение упругих элементов с двух противоположных сторон кольца, дополнительно введенного в силоизмеритель, обеспечивает повышение точности измеряемых характеристик за счет разделения упругих элементов, а введение в конструкцию узла нагружения, выполненного в виде груза, противовеса и рычага, связанного с основанием кронштейном и взаимодействующего с направляющей, обеспечивает упрощение конструкции.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, вид спереди; на фиг.2 - сечение A-A на фиг.1.
Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит основание 1, узел нагружения, связанный с датчиком износа 2, регистрирующий прибор 3, привод вращения 4, взаимодействующий с держателем 5 контробразца 6. Силоизмеритель содержит упругие элементы 7, воспринимающие момент сопротивления от держателя образца, и упругие элементы 8, воспринимающих нормальную нагрузку, а также датчики деформации 9, 10. Упругие элементы 7 и 8 выполнены в виде пластин и закреплены радиально на кольце 11 с торцевых его сторон. При этом три упругих элемента 7, воспринимающие момент сопротивления от держателя 12 образца 13, симметрично установлены на ребро с верхней стороны кольца 11, свободные концы пластин ограничены с двух сторон упорами 14, а три упругих элемента 8, воспринимающих нормальную нагрузку, смонтированы симметрично по отношению друг к другу с нижней стороны кольца 11, при этом плоскости кольца 11 и пластин 8 совмещены. Узел нагружения, связанный с основанием 1 кронштейном 15, выполнен в виде груза 16, противовеса 17 и рычага 18, взаимодействующего с направляющей 19, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения.
Устройство для испытания материалов на трение и износ работает следующим образом. Контробразец 6 устанавливают в держатель 5 контробразца 6, а образец 13 - в держатель 12. Груз 16 и противовес 17 задает необходимую нормальную нагрузку, передает ее через рычаг 15 и направляющую 19 упругим элементам 8, деформируя их. Привод вращения 4 передает крутящий момент паре трения, прижимая контробразец 6 к образцу 12. При этом тангенсальная нагрузка деформирует упругие элементы 7. Датчики 9 и 10 линейных перемещений отражают величину деформации упругих элементов 7 и 8 и передают их на регистрирующий прибор 3.
В ходе испытаний происходит износ пары трения, величину которого регистрирует датчик износа 2 и передает ее на регистрирующий прибор 3.
Выполнение устройства в данном виде позволяет:
1. Повысить точность за счет разделения упругих элементов;
2. Устранить ограничения привода вращения по мощности и габаритам за счет изменения компоновки конструкции;
3. Упростить конструкцию за счет устранения в приводе нормальной нагрузки пары винт-гайка и электродвигателя.
Данное изобретение находится на стадии лабораторных испытаний.