ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к образцам для определения коэффициента трения и его составляющих.

Известен прибор [1] определения молекулярной составляющей коэффициента трения, т.е. для исследования прочности адгезионных (молекулярных) связей исследуемых материалов на срез, содержащий корпус, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держателями оправку с закрепленным в ней сферическим индентором (шаром), механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору крутящего момента.

В процессе испытаний индентор (шар) вдавливается в исследуемые поверхности плоских образцов и к нему прикладывается крутящий момент, обеспечивающий вращение индентора в плоскости, параллельной плоскостям образцов. В указанном приборе реализуется схема трения верчения. В зоне контакта распределение скоростей неравномерно. Кроме этого, измерять отпечаток на плоских образцах сложно, так как в расчетную формулу входит радиус отпечатка. Это вносит дополнительные погрешности при определении молекулярной составляющей коэффициента трения верчения.

Известен прибор [2] для определения молекулярной составляющей в условиях трения скольжения, в котором механизм поворота индентора выполнен в виде установленного с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям держателей, и жестко закрепленного на оправке рычага, неподвижно установленного на нем сегмента, дуга которого описана из центра индентора, и охватывающий сегмент по дуге гибкой связью, на которую воздействует нагрузка.

Недостатком описанного технического решения является невозможность учета влияния магнитного поля, электрического тока и вибрации на молекулярную составляющую трения.

Известен прибор [3] для определения молекулярной составляющей коэффициента трения, содержащий корпус, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держателей образцов с параллельными опорными плоскостями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленным сферическим индентором, механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору крутящего момента, при этом механизм поворота индентора выполнен в виде жесткого, закрепленного на оправке рычага, который имеет возможность поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям образцов, неподвижно установленного на рычаге сегмента и магнитопровода с расположенной на нем электромагнитной катушкой, который образует вместе с держателями образцов, образцами и сферическим индентором общий магнитный контур, и источник тока, подключенный токопроводящими проводами к образцам.

Недостатком этого технического решения является невозможность определения общего коэффициента трения и влияния импульсной нагрузки на коэффициент трения, наличии внешних возмущающих воздействиях (магнитного поля и электрического тока).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является образец для определения коэффициента трения [4].

Образец снабжен полым цилиндром, диаметр которого равен диаметру рабочей полусферы, датчиком осевого усилия и силоизмерительным устройством. При этом полусфера снабжена осью, полый цилиндр установлен на оси и одним своим торцом взаимодействует с торцом полусферы, а датчик осевого усилия, установленный соосно цилиндру, взаимодействует с другим его торцом. Указанный прототип позволяет определять молекулярные составляющие силы трения и общую силу трения различных материалов в контакте с любой средой (газообразной, жидкой и твердой).

Недостатком описанного технического решения, принятого в качестве прототипа, является невозможность учета влияния на общий коэффициент трения действия внешних воздействий в виде магнитного поля, электрического тока и импульсной составляющей тягового усилия.

Целью изобретения является повышение точности измерения молекулярной составляющей силы трения и общей силы трения различных материалов в контакте с любой средой (газообразной, жидкой и твердой) при действии внешних воздействий в виде магнитного поля, электрического тока и импульсной составляющей тягового усилия.

На чертежах изображена принципиальная схема предлагаемого образца (фиг.1) и его разрез А-А на фиг.1 (фиг.2).

Образец содержит рабочую полусферическую поверхность 1, полый цилиндр 2, диаметр которого равен диаметру полусферы 1, ось 3, датчик осевого усилия 4, крепежные гайки 5, исследуемую пластину 6 и силоизмерительное устройство 7 (фиг.1).

Полый цилиндр установлен на оси 3 и одним своим торцом взаимодействует с торцом полусферы 1, а датчик осевого усилия 4, установленный соосно цилиндру 2, взаимодействует с другим его торцом.

Новым в изобретении является то, что образец находится на исследуемой пластине 6 внутри магнитного контура, образованного пластиной 6 и магнитопроводом 8, между которыми имеется регулируемый зазор Δ (фиг.2), полый цилиндр 2 и исследуемая пластина 6 соединены с источником питания 9, ось 3 соединена с источником импульсной осевой нагрузки 11, а исследуемая пластина 6 установлена на изоляционную подставку 10 без относительного перемещения друг относительно друга.

Источник импульсной осевой нагрузки 11 может быть выполнен в виде электромагнитной катушки возбуждения.

Образец работает следующим образом.

Образец устанавливается на исследуемую пластину 6 (контробразец, который может представлять металл, пластмассу, земной грунт, жидкую среду и т.д.), прикладывается нормальная нагрузка, под действием которой находится определенное время. Затем включается электромагнитная катушка 12, находящаяся на магнитном контуре, состоящим из магнитопровода 8 и пластины 6. Одновременно подается ток от источника питания 9 на цилиндр 2 и пластину 6.

Затем производится перемещение образца относительно пластины 6 и изоляционной подставки 10 с помощью источника импульсной осевой нагрузки 11. Указанные внешние силовые факторы можно изменять от нулевого значения до требуемых величин.

Силоизмерительным устройством 7 фиксируется сила относительного перемещения, которая определяет общую силу трения. Общая сила трения состоит из молекулярной составляющей, обусловленной взаимодействием цилиндра и пластины F₁, молекулярной F_2мол. и деформационной F_3деф. составляющих, обусловленных взаимодействием полусферы с пластиной, а также на общую силу молекулярного трения влияют внешние воздействия от магнитного поля, проходящего через образец и пластину 6, силы электрического тока от источника 9, проходящего через образец и пластину 6. При этом учитывается влияние импульсной нагрузки, создаваемой источником 11.

Сила, необходимая для перемещения только цилиндра относительно пластины, фиксируется датчиком 4 осевого усилия.

При разовом проходе образца по пластине одновременно определяются как молекулярные составляющие силы трения, так и общая сила трения.

При неоднократных проходах образца по пластине 6 возможно определение влиянии на коэффициент трения внешних воздействий независимо друг от друга.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с. (с.426).

2. А.С. РФ №348927, М. Кл. G01N 19/02, опубл. 23.08.1972, бюл. №25.

3. Патент RU 2279664, М. Кл. С1, G01N 19/2, опубл. 10.07.2006, бюл. №19.

4. А.С. РФ №392381, М. Кл. G01N 19/02, опубл. 27.07.1973, бюл. №32.

Предложенное изобретение относится к области испытательной техники, в частности к образцам для определения коэффициента трения и его составляющих. Данное изобретение позволяет повысить точность измерения молекулярной составляющей силы трения различных материалов в контакте с любой средой при действии внешних воздействий в виде магнитного поля, электрического тока и импульсной составляющей тягового усилия. Образец для определения коэффициента трения и его составляющих выполнен с полусферической рабочей поверхностью, снабжен полым цилиндром, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчиком осевого усилия, силоизмерительным устройством, полусфера снабжена осью, полуцилиндр установлен на оси и одним своим торцом взаимодействует с торцом полусферы, а датчик осевого усилия установлен соосно цилиндру, взаимодействует с другим его торцом, при этом образец установлен на исследуемой пластине, образующей единый магнитный контур с магнитопроводом, между ними имеется регулируемый зазор Δ, полый цилиндр и исследуемая пластина соединены с источником питания, при этом ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, а исследуемая пластина установлена на изоляционную подставку. Дополнительно для описанного выше образца источник импульсной осевой нагрузки может быть выполнен в виде электромагнитной катушки возбуждения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Образец для определения коэффициента трения и его составляющих, выполненный с полусферической рабочей поверхностью, снабженный полым цилиндром, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчиком осевого усилия, силоизмерительным устройством, полусфера снабжена осью, полуцилиндр установлен на оси и одним своим торцом взаимодействует с торцом полусферы, а датчик осевого усилия установлен соосно с цилиндром, взаимодействует с другим его торцом, отличающийся тем, что образец установлен на исследуемой пластине, образующей единый магнитный контур с магнитопроводом, между ними имеется регулируемый зазор Δ, полый цилиндр и исследуемая пластина соединены с источником питания, при этом ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, а исследуемая пластина установлена на изоляционную подставку.

2. Образец для определения коэффициента трения и его составляющих по п.1, отличающийся тем, что источник импульсной осевой нагрузки выполнен в виде электромагнитной катушки возбуждения.