Устройство для испытания материалов на трение и износ Российский патент 2019 года по МПК G01N3/56 

Описание патента на изобретение RU2693796C1

Предлагаемое изобретение относится к области исследования триботехнических свойств материалов и касается конструкции устройства для этих целей, обеспечивающего возможность исследования фрикционных характеристик не только в нормальных условиях, но и в специфических условиях, в частности в условиях космоса, воздействия радиации, излучений.

Известно многопозиционное устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса (см. журнал «Трение и износ», т.24, №6, 2003г., с.626-635), содержащее узлы трения типа «диск-индентор», каждый из которых представляет собой диск с двумя поверхностями трения, по которым скользят два полусферических индентора. Диск жёстко закреплён на валу привода, а инденторы – на специальных рычагах. Нормальная нагрузка на инденторы задается с помощью тарированной пружины.

Все узлы трения приводятся во вращение выходным валом привода через зубчатый редуктор. Момент трения в паре «диск-индентор» измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор при наземных испытаниях или в бортовую систему телеметрии космического аппарата при испытаниях в космическом пространстве.

Недостатками известного устройства являются достаточно большие массогабаритные характеристики, что обусловлено использованием в качестве привода двигателя с редуктором, относительно невысокая точность измерения фрикционных характеристик, обусловленная использованием значительных масс, участвующих в измерениях, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.

Решением, наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому и принятому за прототип, является устройство для испытания материалов на трение и износ, содержащее корпус, внутри которого на подшипниках установлен ротор для крепления испытуемого образца, держатель контробразца, выполненный в виде закреплённой на корпусе тензометрической балки с гнездом под пальчиковый контробразец, образующий с диском испытуемую пару трения, механизм её нормального нагружения, выполненный в виде винтовой пары, обеспечивающей упругое деформирование тензометрической балки, а также привод вращения ротора (патент RU №2379648, МПК G01N 3/00, опубл. 20.01.2010 г.).

Заявляемое в качестве изобретения устройство для испытания материалов на терние и износ направлено на повышение точности определения фрикционных характеристик испытуемой пары материалов и их зависимости от скорости, а также на существенное снижение трудоёмкости при проведении экспериментов.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что

- оно снабжено жёстко закреплённым на роторе диском с заданным моментом инерции и с выполненными на нём реперными метками,

- регистратором местоположения реперных меток,

- и разъёмной муфтой, соединяющей вал привода с ротором,

- а упругая балка держателя контробразца закреплена по концам, при этом её продольная ось совпадает с вектором силы трения.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве регистратора использована кинокамера.

Указанный результат достигается также тем, что тензобалка установлена с возможностью её радиального смещения.

Указанный результат достигается также тем, что реперных меток наносится как минимум две, одна из которых расположена на оси вращения ротора.

Указанный результат достигается также тем, что при проведении испытаний кинокамера устанавливается из условия постоянного удержания в поле зрения всех реперных меток.

Указанный результат достигается также тем, что кинокамера выбрана из условия, чтобы частота кадров съёмки превышала частоту вращения инерционного диска.

На фиг. 1 схематично представлено продольное сечение предложенного устройства для испытания материалов на трение и износ.

На фиг. 2 представлено расположение образца и пальчикового контробразца.

На фиг. 3 представлен вид по стрелке А со снятым инерционным диском.

Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит корпус 1, внутри которого на подшипниках 2 установлен ротор 3 с инерционным диском 4 и диском 5 из испытуемого материала. На торце инерционного диска 4 расположены (выполнены) реперные метки, в качестве которых могут быть использованы метки любого типа, в т.ч. отражатели, штыри, сквозные прорези и т.п. (не показаны). Пальчиковый контробразец 6 установлен в механизме нормального нагружения пары трения 8, закреплённом на тензобалке 7 (фиг.3), которая в свою очередь жёстко закреплена по обоим концам на торце корпуса таким образом, чтобы её продольная ось совпадала с вектором силы трения. При этом тензобалка 7 может быть не единственной (фиг. 3), и устанавливаться с возможностью её радиального смещения для расположения контробразцов 6 на разных дорожках трения.

Механизм нормального нагружения пары трения выполнен в виде винтового пары 8, обеспечивающей упругое деформирование тензобалок7.

Электропривод 9, соединённый с помощью муфты 10 с ротором 3, обеспечивает вращение ротора и, при необходимости, отключается по достижении им заданной угловой скорости.

Движение реперных меток регистрируется во времени кинокамерой 11 (фиг.1).

Момент инерции диска 4выбирается из условия, чтобы запас кинетической энергии раскрученного ротора 3 с инерционным диском 4 до заданной рабочей скорости был достаточным для преодоления момента трения испытуемой пары материалов за требуемый промежуток времени.

В качестве регистратора импульсов от реперных меток может быть использован излучатель-приемник сигналов от них любого типа – электрических, световых, лазерных и пр. (не показан), а также кинокамера, в частности скоростная.

Определение потерь на трение испытуемой пары материалов осуществляется на данном устройстве по разности зарегистрированных скоростных зависимостей моментов сопротивления вращению ротора при наличии испытуемой пары трения и при её отсутствии.

Для этого электроприводом 9 с помощью муфты 10 раскручивают ротор 3 с установленными на нём инерционным диском 4 и испытуемым диском 5, к которому с заданным нормальным усилием прижимается пальчиковый контробразец 6, создавая необходимое контактное давление. При этом непрерывно контролируют (записывают) скоростную зависимость развиваемого двигателем крутящего момента, которая включает в себя потери на трение в опорах самого двигателя и в опорах ротора, а также потери на трение сопряжённой пары испытуемых материалов. По достижении заданной угловой скорости с помощью разъёмной муфты 10 отключают ротором 3 от привода 9. Таким образом, ротор 3 оказывается в состоянии свободного вращения, и его торможение обусловлено потерями на трение в опорах ротора и трением испытуемой пары. В течение выбранного интервала времени, в частности вплоть до полного останова, фиксируют (записывают) временную зависимость скорости вращения ротора 3 с помощью, в частности, скоростной камеры 11.

Повторяют эту же операцию при отведенном от испытываемого диска 5контробразце 6.При этом замедление вращения ротора 3 обусловлено потерями на трение только в его подшипниках, и записывают скоростную зависимость момента сопротивления подшипников.

Сопоставляя обе скоростные зависимости, полученные при прочих равных условиях, определяют зависимость коэффициента трения испытуемой пары от скорости скольжения.

Оснащение известного устройства для испытаний на трение и износ инерционным диском с расположенными на нем реперными метками (например, нанесённой заданной шероховатостью поверхности, метками в виде штырей, сквозных прорезей и т.п.), регистратором их положения (излучатель-приемник сигналов от них любого типа – электрических, световых, лазерных и пр. (не показан), кинокамера, в частности скоростная, стробоскоп и т.п.) в течение всего периода измерений, а также муфтой для отключения ротора от привода, обеспечивает возможность непрерывной регистрации движения меток при вращении ротора, в том числе на этапе замедления вращения ротора после отключения привода. Разработанная специальная компьютерная программа позволяет по движению меток рассчитать момент сопротивления в подшипниках и коэффициенты трения скольжения в парах исследуемых материалов.

Тем самым исключается необходимость многократного повторения эксперимента при различных скоростях скольжения и качения, и повышается точность измерения определяемых параметров.

Кроме того, точность измерений трибологических характеристик повышается за счёт исключения влияния разогрева статора привода на испытываемые материалы.

Кроме того, точность измерений повышается за счёт исключения влияния вибраций привода на трение испытываемых материалов.

Кроме того, точность измерений повышается за счёт исключения взаимного влияния средств измерения тангенциальных и нормальных сил.

Кроме того, точность измерений повышается за счёт уменьшения влияния широкого диапазона температур, радиации, излучений на датчики тензометрических устройств.

Кроме того, упрощается конструкция устройства.

Похожие патенты RU2693796C1

название год авторы номер документа
Устройство для испытания материалов подшипников на трение и износ 2021
  • Броновец Марат Александрович
RU2766270C1
Способ определения фрикционных свойств материалов и устройство для его реализации 2019
  • Броновец Марат Александрович
RU2718562C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС 2008
  • Броновец Марат Александрович
  • Володин Николай Михайлович
RU2379648C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ 2011
  • Ненашев Максим Владимирович
  • Калашников Владимир Васильевич
  • Деморецкий Дмитрий Анатольевич
  • Ибатуллин Ильдар Дугласович
  • Нечаев Илья Владимирович
  • Журавлев Андрей Николаевич
  • Мурзин Андрей Юрьевич
  • Ганигин Сергей Юрьевич
  • Якунин Константин Петрович
  • Кобякина Ольга Анатольевна
  • Чеботаев Александр Анатольевич
  • Утянкин Арсений Владимирович
  • Шашкина Тамара Александровна
  • Неяглова Роза Рустямовна
  • Трофимова Елена Александровна
  • Галлямов Альберт Хафисович
RU2482464C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС 2005
  • Броновец Марат Александрович
RU2279057C1
Устройство для исследования трения полимерных материалов 1983
  • Морозов Владимир Иванович
  • Зубкова Валентина Алексеевна
  • Савельев Анатолий Павлович
SU1185190A1
Установка для испытания материалов на трение и износ 1978
  • Назаренко Павел Васильевич
  • Макаркин Александр Николаевич
SU721659A1
УЗЕЛ ТРЕНИЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС МАТЕРИАЛОВ С ПОКРЫТИЕМ СОПРЯЖЕНИЙ ТИПА ВАЛ - ВТУЛКА 1993
  • Сутягин Олег Вениаминович
  • Деменков Эдуард Алексеевич
  • Туманова Ольга Олеговна
  • Ярош Владимир Митрофанович
RU2073847C1
Многопозиционная машина трения 1971
  • Бакрадзе Иван Ираклиевич
  • Чичинадзе Автандил Виссарионович
  • Браун Эдуард Давидович
  • Николаев Сергей Минович
  • Чикваидзе Ламара Михайловна
SU438899A1
Установка для испытания пары трения на износ 1987
  • Дергобузов Дмитрий Аркадьевич
  • Обищенко Людмила Николаевна
  • Незаметдинов Рашид Эрфанович
  • Гантимиров Багаудин Мухтарович
  • Жуков Олег Игоревич
SU1490597A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 693 796 C1

Реферат патента 2019 года Устройство для испытания материалов на трение и износ

Изобретение относится к области исследования триботехнических характеристик материалов пар трения и может быть использовано для их определения с высокой точностью не только в нормальных, но и в специфических условиях, в частности в условиях открытого космоса, в зоне действия ионизирующих излучений, экстремальных температур и т.п. Устройство содержит корпус, в котором на подшипниках установлен ротор для крепления испытуемого образца, выполненного в виде диска, держатель контробразца, выполненный в виде закреплённой на корпусе тензометрической балки с установленным на ней винтовым механизмом нормального нагружения пары трения, обеспечивающим её упругое деформирование, в котором установлен пальчиковый контробразец, образующий с диском испытуемую пару трения, а также привод вращения ротора. Устройство снабжено жёстко закреплённым на роторе диском с заданным моментом инерции и с выполненными на нём реперными метками, регистратором местоположения реперных меток, муфтой, отключающей ротор от привода, а тензобалка держателя контробразца закреплена по концам, при этом её продольная ось совпадает с вектором силы трения. Технический результат: повышение точности определения триботехнических свойств исследуемых материалов, упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик устройства, снижение трудоёмкости испытаний, перспектива практически полной автоматизации, вплоть до роботизации, процесса испытаний и контроля, расширение области его использования. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 693 796 C1

1. Устройство для испытания материалов на трение и износ, содержащее корпус, в котором на подшипниках установлен ротор для крепления испытуемого образца, выполненного в виде диска, держатель контробразца, выполненный в виде закреплённой на корпусе тензометрической балки с установленным на ней винтовым механизмом нормального нагружения пары трения, обеспечивающим её упругое деформирование, в котором установлен пальчиковый контробразец, образующий с диском испытуемую пару трения, а также привод вращения ротора, отличающееся тем, что оно снабжено жёстко закреплённым на роторе диском с заданным моментом инерции и с выполненными на нём реперными метками, регистратором местоположения реперных меток, муфтой, отключающей ротор от привода, а тензобалка держателя контробразца закреплена по концам, при этом её продольная ось совпадает с вектором силы трения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число реперных меток минимум две, одна из которых расположена на оси вращения ротора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тензобалка установлена с возможностью её радиального смещения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве регистратора использована кинокамера.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что при проведении испытаний кинокамера устанавливается из условия непрерывного удержания в поле съёмки всех реперных меток.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кинокамера выбрана из условия, чтобы частота её кадров превышала максимальную частоту вращения диска.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что видеофиксация кинокамерой производится с регистрацией времени.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что частота кадров камеры выбирается из условия получения в кадре следа реперных точек в виде дуги окружности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2693796C1

Устройство для испытания материалов на трение и износ 1982
  • Назаренко Павел Васильевич
  • Макаркин Александр Николаевич
  • Ковальский Василий Степанович
SU1035467A1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ КОНТАКТИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 1997
  • Кретинин О.В.
  • Кварталов А.Р.
  • Лахонин А.Н.
  • Кудрявцев С.А.
RU2139517C1
Кольцевое сверло 1949
  • Баженов И.И.
SU91171A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ГАРМОНИЧЕСКОГОСИГНАЛА 0
  • Ю. В. Хомич, А. Калинин А. Е. Качайлов
SU172556A1
JP 5133867 A, 28.05.1993.

RU 2 693 796 C1

Авторы

Броновец Марат Александрович

Даты

2019-07-04Публикация

2018-11-24Подача