ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ Российский патент 2011 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] для определения молекулярной составляющей коэффициента трения, т.е. прочности, для исследования прочности адгезионных связей исследуемых материалов на срез, содержащий корпус, механизм нагружения, установленные против друг друга с возможностью сближения держатели образцов с параллельными опорными поверхностями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленным в ней сферическим индентором, механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору крутящего момента.

В процессе испытаний индентор 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, необходимо измерять отпечаток на плоских образцах, так как в расчетную формулу входит радиус отпечатка. Это вносит дополнительные погрешности при определении молекулярной составляющей коэффициента трения в условиях трения скольжения.

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 охватывающей сегмент по дуге гибкой связи, на которую воздействует нагрузка.

Недостатком описанного технического решения является невозможность учета влияния магнитного потока, 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 держатели 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 жестко закрепленного на оправке рычага, который имеет возможность поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям образцов, неподвижно установленного на рычаге сегмента и магнитпровода 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.

Известен 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 одновременное взаимодействие молекулярной составляющей силы трения и общей силы трения различных материалов в контакте с любой средой (газообразной, жидкой и твердой).

Недостатком описанного технического решения является невозможность учета на коэффициент трения действия внешних воздействий в виде магнитного, электрического и вибрационной составляющей тягового усилия.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является образец для определения коэффициента трения [5]. Он содержит рабочую полусферическую рабочую поверхность, полый цилиндр, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчик осевого усилия, ось, датчик осевого усилия, крепежные гайки, исследуемую пластину и силоизмерительное устройство. 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. Образец находится на исследуемой пластине внутри единого магнитного контура, образуемого пластиной и магнитопроводом, между которыми имеется регулируемый зазор, полый цилиндр и исследуемая пластина соединены с источником питания, ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, а исследуемая пластина установлена на магнитоэлектроизоляционную подставку без относительного перемещения. Источник импульсной осевой нагрузки выполнен в виде электромагнитной катушки возбуждения.

Недостатком описанного технического решения, принятого за прототип, является невозможность учета влияния на коэффициент трения и его составляющие вертикальной, переменной во времени и перпендикулярной оси тяговой нагрузки F_ПУЛЬС образца, нагрузки F_B [6, 7].

Задачей изобретения является повышение точности определения общего коэффициента трения и его составляющих при воздействии на образец вертикальной, переменной во времени и перпендикулярной оси тягововой нагрузки F_ПУЛЬС образца, нагрузки F_B при действии внешних воздействий в виде магнитного, электрического и вибрационной составляющей тягового усилия.

Указанная задача решается тем, что образец для определения коэффициента трения, выполненный с полусферической рабочей поверхностью, снабжен полым цилиндром, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчиком осевого усилия, силоизмерительным устройством, 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, 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, ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, выполненной в виде электромагнитной катушки возбуждения, исследуемая пластина установлена на магнитоэлектроизоляционную подставку, отличается тем, что вертикальная, переменная во времени и перпендикулярная оси тяговой нагрузки F_ПУЛЬС образца, нагрузка F_B передается на образец через шток, установленный в соленоиде, пружину, рычаг, а между рычагом и цилиндром образца установлена прокладка. Прокладка между рычагом и образцом изготовлена из антифрикционного материала с низким коэффициентом трения.

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

Образец содержит рабочую полусферическую рабочую поверхность 1, полый цилиндр 2, диаметр которого равен диаметру полусферы, 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.

Образец находится на исследуемой пластине 6 внутри единого магнитного контура, образованного пластиной 6 и магнитопроводом 8, между которыми имеется регулируемый зазор А (фиг.2), полый цилиндр 2, исследуемая пластина 6 соединены с источником питания 9, ось 3 соединена с источником импульсной осевой нагрузки 11, а исследуемая пластина 6 установлена на магнитоэлектроизоляционную подставку 10 без относительного перемещения. Источник импульсной осевой нагрузки 11 выполнен в виде электромагнитной катушки возбуждения.

Новым в изобретении является то, что вертикальная, переменная во времени и перпендикулярная оси тяговой нагрузки F_ПУЛЬС образца, нагрузка F_B передается на образец через шток 14, установленный в соленоиде 15, пружину 13, рычаг 12, а между рычагом 12 и цилиндром образца 2 установлена прокладка 16, которая изготовлена из антифрикционного материала с низким коэффициентом трения для уменьшения трения между рычагом 12 и цилиндром 2, например, из фторопласта.

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 образец находится определенное время. Затем включается в действие магнитной контур, состоящий из магнитопровода 8 и пластины 6. Одновременно подается ток от источника питания 9 на цилиндр 2 и пластину 6, и питание на соленоид 15, создающий вертикальную, переменную во времени и перпендикулярную оси тяговой нагрузки F_ПУЛЬС образца, нагрузку F_B через шток 14, пружину 13, рычаг 12 и прокладку 16, воздействующую на цилиндр 2 образца.

Производится перемещение образца относительно пластины 6 и магнитоэлектроизолирующей подставки 10 с помощью источника импульсной осевой нагрузки 11. Указанные внешние силовые факторы можно менять в диапазоне требуемых величин.

Силоизмерительным устройством 7 фиксируется сила относительного перемещения, которая определяет общий коэффициент трения. Общий коэффициент трения состоит из молекулярной составляющей, обусловленной взаимодействием цилиндра и пластины F₁ из молекулярной F_2мол. деформационной F_3деф. составляющих, обусловленных взаимодействием полусферы с пластиной. На общую силу молекулярного трения влияют внешние воздействия проходящего магнитного потока через образец и пластину 6, силы электрического тока от источника 9, проходящего через образец и пластину 6, вертикальной переменной во времени нагрузки. На деформационную составляющую коэффициента трения влияет вертикальная, переменная во времени нагрузка. При этом на общий коэффициент трения влияет тяговая пульсирующая нагрузка от источника 11.

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

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

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машинострение, 1977, - с.426.

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

3. Патент RU 2279664 C1, М.Кл. G01N 19/02, опубл. 10.07.2006, бюл. №19.

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

5. Патент RU 2351914, М. Кл. G01N 19/02, опубл. 10.04.2009, бюл. №10.

6. Чичинадзе, А.В. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника). М.: Машиностроение, 2003. - 103 с.

7. Н.К.Мышкин, В.В.ончиц, М.Браунович. Электрические контакты. Долгопрудный. Издательский дом «Интеллект», 2008. - 68 с.

Настоящее изобретение относится к области испытательной техники. Образец содержит полусферическую рабочую поверхность, полый цилиндр, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчик осевого усилия, силоизмерительное устройство. 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. Образец установлен на исследуемой пластине, образующей единый магнитный контур с магнитопроводом, между ними имеется регулируемый зазор. Полый цилиндр и исследуемая пластина соединены с источником питания. Ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, выполненной в виде электромагнитной катушки возбуждения. Исследуемая пластина установлена на магнитоэлектроизоляционную подставку. Вертикальная, переменная во времени и перпендикулярная оси тяговой нагрузки образца, нагрузка передается на образец через шток, установленный в соленоиде, пружину, рычаг, а между рычагом и цилиндром образца установлена прокладка. Технический результат: повышение точности определения общего коэффициента трения и его составляющих. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Образец для определения коэффициента трения, выполненный с полусферической рабочей поверхностью, снабжен полым цилиндром, диаметр которого равен диаметру полусферы, датчиком осевого усилия, силоизмерительным устройством, полусфера снабжена осью, полый цилиндр установлен на оси и одним своим торцом взаимодействует с торцом полусферы, а датчик осевого усилия, установленный соосно с цилиндром, взаимодействует с другим его торцом, 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, ось соединена с источником импульсной осевой нагрузки, выполненной в виде электромагнитной катушки возбуждения, исследуемая пластина установлена на магнитоэлектроизоляционную подставку, отличающийся тем, что вертикальная, переменная во времени и перпендикулярная оси тяговой нагрузки F_пульс образца нагрузка F_B передается на образец через шток, установленный в соленоиде, пружину, рычаг, а между рычагом и цилиндром образца установлена прокладка.

2. Образец для определения коэффициента трения по п.1, отличающийся тем, что прокладка между рычагом и образцом изготовлена из антифрикционного материала с низким коэффициентом трения.