МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС

Техническое решение относится к испытательной технике, а именно к машинам для испытания материалов на трение и износ (машины трения).
Известны машины трения для испытания материалов на трение и износ, содержащие вал с приводом вращения, держатели образцов, узел статического нагружения пар трения и контробразцы. Каждый из держателей образцов установлен на концах равноплечего рычага, соединенного с узлом статического нагружения, состоящего из двух, соединенных между собой шарниром стержней, один из которых жестко закреплен, на конце второго размещена штанга с грузом, а контробразцы выполнены в виде двух дисков трения, закрепленных на валу [см. патент РФ №61423 от 24.10.2006 г.].
Недостатком таких машин является большой вес и высокая инерционность, как привода вращения, так и дисков трения, что не позволяет измерять динамические процессы, возникающие при трении.
Известна машина для испытания материалов на трение и износ содержащая два диска, на торцевых поверхностях которых закреплены образцы, один из дисков имеет привод вращения от размещенного в станине электродвигателя, а другой установлен в корпусе на нагружающем штоке и соединен гибкой связью с охватывающим шток полым валом, на котором установлен рычаг, взаимодействующий с датчиком момента трения (далее силы трения), закрепленным на корпусе, а также узел силонагружения, системы измерения и управления, причем консольный упругий элемент датчика момента трения, работающего на изгиб, установлен перпендикулярно линии действия силы от рычага, а узел силонагружения содержит манометры для измерения давления на образцы [Патент RU 2381481 С1].
Недостатком известной машины для испытания материалов на трение и износ является большая инерционность не только маятника, но и большая масса деталей всей совокупности конструкции узла силонагружения, что не позволяет измерять динамические процессы во время работы сил трения и препятствует ее использованию для научно-лабораторных исследований.
Задачей предлагаемого технического решения является создание надежной малогабаритной машины для испытания материалов на трение и износ с улучшенными метрологическими свойствами.
Поставленная задача решается тем, что в машине для испытания материалов на трение и износ, содержащей размещенный в станине электродвигатель привода вращения диска, фрикционную пару образцов из различных материалов, один из которых находится в непосредственном контакте с диском, узел силонагружения с датчиком и системой измерения силы трения, размещенный в отдельном корпусе, согласно новому техническому решению, электродвигатель привода вращения диска установлен в станине так, что ось вращения диска расположена вертикально, узел силонагружения дополнительно включает поводковое устройство, а в другом образце фрикционной пары выполнено гнездо для его сопряжения с поводковым устройством узла силонагружения.
На Фиг. 1 представлена схематически машина для испытания материалов на трение и износ. На фиг. 2 и 3 - изометрия и общий вид устройства машины без нагрузки исследуемого образца. На фиг. 4 - изометрия узла силонагружения. На фиг. 5 - разрез узла силонагружения.
Машина для испытания материалов на трение и износ содержит станину 1, с Т-образным пазом 2, а также электродвигатель 3 с вертикально расположенным валом. На торцевой части вала электродвигателя 3 установлена ступица 4 с опорным диском 5. На опорном диске 5 закреплен сменный образец 6 дисковой конфигурации, выполненный из исследуемого материала. На стойке 7 станины 1 установлен корпус 8 узла силонагружения, посредством шайб 9 и гаек 10. В корпусе 8 с крышкой 11 размещено поводковое устройство с крестообразной подвижной кареткой 12 и роликами 13. Крестообразная подвижная каретка 12 снабжена отверстием 14, с размещенным в нем поводковым стержнем 15 с конусообразным наконечником 16. На сменном образце 6 дисковой конфигурации уложен второй образец 17 фрикционной пары, в котором выполнено гнездо (например, в виде конусообразного отверстия), посредством которого осуществляется сопряжение образца 17 с наконечником 16 поводкового стержня 15, являющегося ведущим элементом подвижной каретки 12 поводкового устройства. На поводковом стержне 15 установлен сменный разновес 18, являющийся осевой нагрузкой для второго образца 17. В узле силонагружения непосредственно перед подвижной крестообразной кареткой 12 установлена фасонная пружина 19, обратная сторона которой находится также в сопряжении и с индикатором 20 посредством измерительного стержня 21 системы измерения силы трения.
Работа машины для испытания материалов на трение и износ совершается следующим образом.
тр
На опорном диске 5 машины для испытания материалов на трение и износ крепят сменный образец 6 дисковой конфигурации из исследуемого материала. На сменный образец 6 дисковой конфигурации укладывают второй образец 17 (известной массы) фрикционной пары с гнездом в виде конусообразного отверстия, сопряженного с наконечником 16 (также конусообразной формы) поводкового стержня 15 поводкового устройства узла силонагружения. Затем настраивают систему измерения момента трения с индикатором 20 и его измерительным стержнем 21, т.е. перемещают его до контакта с фасонной пружиной 19 с некоторым натягом, и это положение фиксируют. На поводковый стержень 15 поводкового устройства узла силонагружения устанавливают сменный разновес 18, с помощью которого второй образец 17 прижимается к сменному образцу 6, и регистрируют показания на шкале индикатора 20 (в качестве которого использована, например, измерительная головка часового типа ИЧ-10). Включают электродвигатель 3 для вращения опорного диска 5 вместе со сменным образцом 6. Сменный образец 6 посредством сил трения приводит в движение второй образец 17. Посредством сопряженного с образцом 17 конусообразного наконечника 16 поводковое устройство перемещается вместе с подвижной крестообразной кареткой 12, которая непосредственно воздействует на пружину 19 (датчик силы трения), деформируя ее. Величина силы трения Р, воспринимаемая фасонной пружиной 19 (датчиком силы трения), посредством измерительного стержня 21 передается на индикатор 20 и регистрируется.
При этом соблюдается условие равновесия
тp
NfR=PR.
Отсюда можно определить основной показатель трущейся пары - коэффициент трения.
тр
f=P/N
где f - коэффициент трения трущейся пары (образцов 6 и 17);
N - осевая нагрузка на образец 17, кг;
тр
Р - сила трения, кг;
R - радиус расположения образца 17, м.
В зависимости от длительности работы данной пары и величины потери массы определяют величину износа образца 17.
Таким образом, предлагаемая машина для испытания материалов на трение и износ в сравнении с известной характеризуется тем, что
- относительная погрешность измерения усилия прижима (т.е. осевой нагрузки на исследуемый образец 17) снижается за счет того, что определяется непосредственно усилие прижима образцов с помощью разновеса 18, а не замеряемая по манометру косвенная величина давления в пневмоцилиндре;
- в основе ее создания заложена однодисковая пара трения, с компактным узлом силонагружения, содержащим минимальное количество вращающихся деталей с уменьшенной инерционностью, что позволило упростить конструкцию, повысив ее надежность, и долговечность;
- она используется для исследования малогабаритных образцов, т.е. повышается скорость износа образца 17, что сказывается на повышении производительности исследования.
Такая машина может быть использована для ведения научно-исследовательских работ в области испытания материалов на трение и износ в стесненных лабораторных условиях.