УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС Российский патент 1997 года по МПК G01N3/56 

Предлагаемое изобретение относится к технике исследования триботехнический свойств материалов и покрытий и может быть использовано при лабораторных испытаниях на трение и износ.

Известен узел трения к устройству для испытания на трение и износ [1] содержащий держатель образцов, держатель кольцевого контробразца, привод вращения держателя контробразца и узел нагружения.

Недостатком данного устройства является наличие подшипников качения, что искажает измеряемый момент трения между образцами в той или иной степени и приводит к нестабильности результатов, получаемых во время испытаний.

К тому же к недостаткам следует отнести невозможность: 1) придания испытываемым образцам требуемой нагрузки с высокой точностью, что важно при испытаниях в диапазоне малых нагрузок; 2) определение износа образцов в процессе испытания. Для определения износа требуется остановка испытания и полная или частичная разборка узла трения. Это вызывает дополнительные трудности при испытаниях, повышает трудоемкость испытаний и вносит существенные погрешности при измерении момента трения и нестабильность результатов в процессе испытания.

К недостатку следует отнести и сложность изготовления отдельных элементов узла с требуемой точностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому относится устройство для испытания материалов на трение и износ [2] содержащее основание, держатель контробразца, выполненный в виде сферической пяты, держатель образца взаимодействующий с приводом вращения, силоизмерительные элементы, выполненные в виде упругих элементов с тензодатчиками, установленными на них, узел нагружения, состоящий из пневмосистемы, а приложение нагрузки к контробразцу осуществляется сжатым воздухом.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения испытаний в диапазоне малых нагрузок, что характерно при испытаниях твердосмазочных покрытий. Уменьшение нагрузки прикладываемой к контробразцу приводит к уменьшению воздушного зазора между держателем контробразца, выполненного в виде сферической пяты, и сферической опорой.

При некоторой критической нагрузке воздушного зазора настолько уменьшается, что приводит к взаимодействию микровыступов, расположенных на поверхности сферической опоры и сферической пяты, тем самым вызывая увеличение трения между опорой и пятой, величина которого становится сравнима с величиной трения между образцами, что искажает измеряемый момент трения между образцами в той или иной степени и приводит к ошибочности результатов, получаемых во время испытаний в диапазоне малых нагрузок. К недостаткам следует отнести и сложность изготовления отдельных деталей и узлов устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для испытания на трение и износ содержит основание, держатель контробразца, взаимодействующий с приводом вращения контробразца, имеющем возможность контролируемого датчиком, возвратно-поступательного перемещения, вдоль вертикальной оси устройства, от кинематически связанного с ним силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, а вход блока связан с выходом тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя выполненного в виде держателя образца и позволяющего измерять одновременно нормальные и тангенциальные усилия.

Силоизмеритель состоит из держателя образца и соосно расположенного с ним кольца, жестко связанных между собой тремя упругими элементами с тензодатчиками, установленными на них.

Новым по отношению к прототипу в предлагаемом устройстве для испытания на трение и износ является то, что привод вращения контробразца имеет возможность контролируемого датчиком возвратно-поступательного перемещения, вдоль вертикальной оси устройства от кинематически связанного с ним силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки прикладываемой к паре трение, а вход блока связан с выходом тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя выполненного в виде держателя образца.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1, 2, 3, 4 представлена схема устройства.

Устройство для испытания на трение и износ состоит из основания 1, держателя 2 контробразца 3, жестко связанного с приводом вращения 4 контробразца 3, силоизмерителя, состоящего из самого держателя 5 образца 6 и соосно расположенного с ним кольца 7, жестко связанных между собой тремя упругими элементами 8 с расположенными на них тензодатчиками 9, позволяющими измерять как нормальные (тензодатчики 9 а), так и тангенциальные (тензодатчики 9 б) усилия, прикладываемые к образцу 6. Выход тензодатчиков 9 а соединен со входом блока 10 задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, прикладываемой к паре трения, выход которого соединен со входом устройства нагружения, выполненного в виде силового привода возвратно-поступательного перемещения 11, кинематически связанного с приводом вращения 4 контробразца 3. На основании 1 жестко закреплен датчик износа 12 непосредственно контактирующий с приводом вращения 4 контробразца 2, выход которого связан со входом регистрирующего прибора 13.

Устройство для испытания на трение и износ работает следующим образом.

Контробразец 3 устанавливают в держатель контробразца 2, а образец 6 в держатель 5.

В блоке задания поддержания постоянной нормальной нагрузки 10 формируют сигнал, равный по величине нормальной нагрузке, которую необходимо приложить к паре трения для испытания на трение и износ.

Сформированный сигнал сравнивается с сигналом, поступаемым на вход блока 10 с тензодатчиков 9 а и, при их неравенстве по величине, блок подает сигнал на вход привода возвратно-поступательного перемещения 11, который кинематически связан с приводом вращения 4 контробразца 3, сообщая последнему вместе с держателем контробразца 2 возвратно-поступательное перемещение вдоль вертикальной оси устройства. При этом контробразец 3 прижимается к образцу 6, самоустанавливаясь по его торцу, а нормальная нагрузка привода вращения 4, деформирует упругие элементы 8 с расположенными на них тензодатчиками 9 а и 9 б. Сигнал с тензодатчиков 9 а, регистрирующих нормальную нагрузку, поступает на вход блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки 10, где сравнивают с заданным. Поступательное перемещение привода вращения 4 и держателя 2 контробразца 3 осуществляется до тех пор пока сигнал с тензодатчиков 9а, поступаемый на вход блока 10 не сравнивается по величине со сформированным в блоке 10 сигналом. При равенстве по величине сигналов поступательное перемещение привода вращения 4 прекращается, а сигнал, поступаемый с датчика износа 12 на регистрирующий прибор 13 по величине принимается равным нулевой величине износа.

Включается привод вращения 2 контробразца 3, а скорость вращения контробразца устанавливается с помощью тиристорного регулятора (ТР).

В процессе испытаний с тензодатчиков 9б поступает сигнал на регистрирующий прибор, величина которого свидетельствует о величине момента трения. Сигнал с тензодатчиков 9а поступает на вход блока 10 и сравнивается с заданным вначале испытания сигналом, соответствующим требуемой нормальной нагрузке для проведения испытания. При неравенстве этих сигналов блок вырабатывает сигнал, поступающий на вход привода возвратно-поступательного перемещения 11, который сообщает поступательно-возвратное перемещение приводу вращения 4 контробразца 3 до тех пор пока сигнал с тензодатчика 9а не сравняется по величине с заданным первоначально, а датчик износа 12 регистрирует перемещение привода вращения, величина которого равна величине износа в процессе испытаний. Таким образом, нормальная нагрузка прикладываемая перед началом испытаний к паре трения поддерживается постоянной в процессе испытания за счет поступательного перемещения привода вращения, а его величина равна износу образцов.

Заявляемое решение, по сравнению с прототипом, за счет упрощения конструкции позволяет с более высокой точностью и непрерывно измерять момент трения, износ образцов и поддерживать постоянной нормальную нагрузку, прикладываемую к паре трения в процессе испытаний.

Предполагается применение предлагаемого устройства в научно-исследовательских лабораториях при проведении испытаний на трение и износ антифрикционных материалов и покрытий.

Сущность изобретения: устройство содержит основание 1, держатель 2 контробразца, связанного с приводами вращения контробразца 3, связанного с приводом 4 вращения контробразца 3, силоизмеритель, состоящий из держателя 5 образца 6 и кольца 7. На кольце 7 размещены тензодатчики 9 для измерения усилий, прикладываемых к образцу. Устройство содержит также блок 10 задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, прикладываемой к образцу 6 и контробразцу 3. Выход блока 10 соединен со входом устройства нагружения 11, выполненного в виде силового привода 11 возвратно-поступательного перемещения, а его вход - с выходами тензодатчиков 9. 4 ил.

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, отличающееся тем, что 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.