МАШИНА ТРЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания материалов на абразивное изнашивание. Устройство предназначено для оценки эффективности притирочных составов, абразивных материалов, а также оценки результатов испытания конструкционных материалов на трение и износ.
Одной из известных установок для испытания материалов на абразивное изнашивание является машина трения Х4-Б (см. Крагельский И.В. Трение и износ. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с), в которой на вращающийся диск крепится абразивная бумага или полотно, а образец в виде цилиндра диаметром 2 мм прижимается с помощью грузов торцом к абразивному материалу. Образец при вращении абразивного диска перемещается радиально, т.е. траектория образца при перемещении его по поверхности диска представляет собой спираль Архимеда.
Однако применение образца небольшого диаметра приводит к тому, что при больших нагрузках он прорывает абразивную ткань (бумагу) на диске. При этом направление вектора скорости по отношению к конкретной точке поверхности скольжения образца изменяется несущественно, что не позволяет воспроизвести на ней движения, характерные для процесса притирки, когда притир или заготовка совершают разнонаправленные движения. При таком движении наилучшие результаты дает процесс, при котором траектории движения каждого зерна относительно обрабатываемой поверхности не повторяются (см. Дальский А.М. и др.
Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1977. - С.567-569.)
В качестве прототипа заявляемого устройства выбрана машина трения АИ-2-С (см. Виноградов В.Н. и др. Абразивное изнашивание. - М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.), содержащая два привода, один из которых обеспечивает вращение вала с закрепленным на нем диском (контртелом), а второй - вращение вокруг собственной оси испытуемого образца. Нагружение и прижатие образца к диску осуществляется рычагом с грузами. Установка позволяет проводить испытания при трении металла по металлу, а также металла по абразиву, в последнем случае на металлический диск-контртело наносят абразивный материал. Оценка эффективности абразивных материалов, притирочных составов, а также результатов испытания конструкционных материалов на трение и износ определяется по потере массы образца за цикл испытаний.
Недостатком машины является недостаточная точность оценки указанных параметров из-за того, что при измерениях силы трения, действующей на образец, невозможно однозначно трактовать полученные значения. Это объясняется тем, что на разные точки рабочей поверхности цилиндрического образца из-за его независимого от отдельного привода вращения могут действовать противоположные по направлению силы трения со стороны диска-контртела, при этом для разных точек поверхности образца закон изменения действующей на них силы трения по направлению и величине неодинаков. Наличие отдельного привода, кроме того, усложняет в целом конструкцию машины.
Заявляемое устройство позволяет получить новый по сравнению с прототипом технический результат, заключающийся в повышении точности оценки эффективности притирочных и абразивных материалов и результатов испытания конструкционных материалов на трение и износ при одновременном упрощении конструкции машины. Указанный технический результат достигается за счет обеспечения условий одинакового непрерывного изменения удельных сил трения, распределенных по поверхности трения испытуемого образца, при одинаковых их значениях для разных точек поверхности образца.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков. В машине трения (содержащей также как и прототип, привод вращения вала, на котором закреплен цилиндрический диск-контртело, и нагрузочное устройство с рычагом и навешиваемыми на него грузами, установленное с возможностью осевой фиксации испытуемого цилиндрического образца и прижатия его торцевой поверхностью к поверхности диска-контртела, при этом образец установлен с возможностью вращения вокруг собственной оси, смещенной относительно оси вращения диска-контртела), в отличие от прототипа, испытуемый образец установлен с возможностью вращения за счет вращения диска-контртела, при этом габариты образца при вращении находятся в пределах габаритов диска-контртела.
В таком исполнении машины диск-контртело выполняет функцию ведущего звена - к нему прикладывается крутящий момент, а испытуемый образец - ведомого, получающего вращение за счет силы трения между ним и ведущим диском. Это с одной стороны создает условия для полного и одинакового во всех точках прилегания контактирующих поверхностей испытуемого образца и диска-контртела, что в свою очередь позволяет обеспечить одинаковое непрерывное изменение направления сил трения, распределенных по поверхности трения испытуемого образца, при одинаковых их значениях для разных точек поверхности образца. С другой стороны упрощает машину за счет исключения из конструкции отдельного привода.
Для создания необходимой величины прижатия образца к контртелу, обеспечивающей полное и одинаковое во всех точках прилегание контактирующих поверхностей указанных элементов, в машине рычаг нагрузочного устройства соединен с испытуемым цилиндрическим образцом стержнем, расположенным вдоль оси образца, при этом верхняя часть стержня закреплена в рычаге, а нижняя - упирается в подвижную опору, например, в виде шарика, размещенного в расточке, выполненной в центре торцевой поверхности испытуемого образца.
Сравнение предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача - повышение точности оценки эффективности притирочных и абразивных материалов и результатов испытания конструкционных материалов на трение и износ при одновременном упрощении конструкции машины решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна»
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена кинематическая схема заявляемой машины трения.
Предлагаемое устройство содержит ведущий диск-контртело 1, установленный на валу 2 электродвигателя 3. К торцевой поверхности диска 1 плотно прилегает всей торцевой поверхностью испытуемый образец 4. Фиксация образца 4 вдоль оси вращения и его равномерное прижатие к диску-контртелу 1 осуществляется стержнем, нижний конец которого упирается в подвижную опору (шарик) 5, установленную в расточке образца 4, а верхний конец закреплен в рычаге 6 нагрузочного устройства. Для выполнения условия, при котором габариты образца при вращении не выходили бы за пределы габаритов диска-контртела, диаметр последнего выбирают в 2÷4 раза больше диаметра образца, а расстояния между осями устанавливают в пределах 0,1÷0,25 диаметра диска-контртела. Например, для лабораторной установки, разработанной в ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени С.О.Макарова», были изготовлены диск-контртело и образец с размерами 100 и 50 мм соответственно.. Рычаг 6 одним концом упирается в опорную планку скобы 7, а на его второй конец крепится подвеска 8 для навешивания грузов 9. Под действием силы трения образец 4 начинает вращаться вслед за вращением диска 1. Силу трения измеряют с помощью тяги 10, препятствующей повороту рычага 6 под действием силы трения, и динамометра (на рис.не показан). Оценка эффективности абразивных материалов, притирочных составов, а также результатов испытания конструкционных материалов на трение и износ определяется, как и в прототипе, по потере массы образца за цикл испытаний.
Заявляемая машина работает следующим образом. Ниже приводится пример работы машины при проведении оценки эффективности притирочного или смазочного состава.
На поверхность диска-контртела 1 наносят исследуемый состав. Укладывают на поверхность диска 1 торцевой поверхностью дисковый образец 4. Рычаг 6 устанавливают выступом в выемку опорной планки скобы 7, а нижний конец стержня упирают в шарик 5 в центральной проточке образца, прижимая последний к диску-контртелу 1. Придерживая рычаг 6, подсоединяют к нему тягу динамометра. На свободный конец рычага крепят подвеску 8, на которую навешивают необходимое количество грузов. Включают двигатель 3, диск-контртело начинает вращаться, приводя в движение образец 4. С помощью динамометра через заданные промежутки времени регистрируют силу трения. По окончанию опытов, останавливают двигатель, снимают грузы с подвески, отсоединяют тягу динамометра от рычага, и рычаг снимают. Промывают дисковый образец, высушивают, взвешивают, оценивают износ.
Заявляемая полезная модель была разработана специалистами кафедры технологии судоремонта ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова» для оценки эффективности различных притирочных паст. Машина была изготовлена и апробирована в лабораторных условиях. Проведенные испытания дали положительный результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».