Устройство для определения фактической площади контакта в подшипниках качения Российский патент 2025 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к испытательной технике, так как касается исследования характеристик контактирования в подшипниках качения и может быть использовано для измерения фактической площади контакта в подшипниках качения.

Из уровня техники известны исследования фактической площади контакта с помощью метода Меха, при котором одна из контактирующих поверхностей прозрачна, а другая нет (Бартенев Г.М, Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров, 1983).

В 1939 г. профессор Меха предложил использовать в качестве прозрачного тела стеклянную призму, на которые подается параллельный пучок света и где происходит полное внутреннее отражение в местах контакта.

Известно устройство для двухракурсного определения фактической площади контакта в телах качения (патент РФ 124392), где оптический образец выполнен в виде усеченной призмы, нормаль к грани которой расположена вдоль радиуса вала. Контробразец выполнен с одной парой граней больше 42 градусов, а с другой парой меньше 42 градусов. Это решение направлено на исследования в двух направлениях площади контакта тел качения с помощью призмы из двух пар граней.

Известно устройство для определения фактической площади контакта в шарикоподшипниках (А.С. 1227994), выбранное в качестве прототипа, где контробразец выполнен из оптически прозрачного материала с трапецеидальным сечением в радиальном направлении, большее основание которого контактирует с соответствующей поверхностью образца. Техническое решение направлено на исследование площади контакта цилиндрической поверхности с шариками.

Это устройство позволяет определить фактическую площадь контакта подшипников скольжения с контактом цилиндрических поверхностей и в радиоупорных шарикоподшипниках.

Основным недостатком прототипа является отсутствие возможности регистрировать площадь контакта конических и плоских поверхностей взаимодействия с телами и контакта тел качения с наружной цилиндрической поверхностью из-за трапецеидальной формы прозрачного тела с неопределенной величиной верхнего основания; а также необоснованная связь коэффициентов преломления оптических материалов с углом падения света в соответствии с законом преломления.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства для определения фактической площади контакта в подшипниках качения.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемого изобретения, является обеспечение одновременного контроля всей поверхности контактирования образцов в подшипниках качения.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для определения фактической площади контакта в подшипниках качения, содержащем корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью вращения, образец, прикрепляемый на свободном конце опоры вращения, механизм нагружения, закрепленный на корпусе, с возможностью взаимодействия с опорой, кольцевой осветитель, контробразец выполнен из прозрачного материала, согласно заявленному техническому решению, с целью обеспечения одновременного контроля всей поверхности контактирования образцов, на валу установлен образец (роликовый, упорный, конический подшипник качения), контробразец выполнен в виде тела вращения с сечением в осевом направлении в виде равнобедренного треугольника, боковые стороны которого расположены под углом больше 41,5 градусов, из полированных поверхностей прозрачных материалов и основанием, отражающим лучи от преломления.

Предлагаемая конструкция устройства для определения фактической площади контакта в подшипниках качения поясняется чертежами: фиг.1 - схема устройства для определения фактической площади контакта в роликовых подшипниках (игольчатых, бомбических и др.), фиг.2 - схема расположения и форма выполнения образца и контробразца при испытании упорных подшипников, фиг.3 - схема расположения и форма выполнения образца и контробразца при испытании в конических подшипниках качения, фиг.4 - чертежи контробразцов (три варианта исполнения - a,b,c) в осевом сечении из прозрачного материала с полированными поверхностями.

1 - корпус, 2 - втулка, 3, 4 - подшипник, 5 - вал, 6 - приводной двигатель, 7 - образец, 8 - механизм осевого нагружения, 9 - держатель, 10 - контробразец, 11 - основание, 12 - микроскоп, 13 - осветитель, 14 - тороидальная оптическая система, 15 - конический шарикоподшипник, 16 - шарик, 17 - сепаратор, D,d - диаметры, h=0,5…1 D - расстояние между вершинами конусов.

Устройство содержит корпус 1 (фиг.1), установленную в нем опору, выполненную в виде подвижной в осевом направлении втулки 2, установленного в ней на подшипниках 3 и 4 вала 5 и связанного с ним приводного двигателя 6. Вал 5 (фиг.2, 3) имеет по торцам конические поверхности с углом больше 41,5 градусов. На наружную поверхность вала 5 может быть установлено волокно для определения фактической площади контакта не прозрачных нитей. На свободном конце вала 5 закреплен испытуемый образец 7. На корпусе 1 закреплен с возможностью взаимодействия с втулкой 2 механизм 8 осевого нагружения. На корпусе 1 установлен с помощью держателя 9 контробразец 10 из оптически прозрачного материала (стекла, кварца, полиэтилена). Большое основание 11 в треугольном сечении в осевом направлении установлено под углом больше 41,5 градусов для полиэтилена ПЭ-150 (для оптического стекла (ГОСТ 3514-94) α(альфа) = arcsin (1|1,47= 43, для дистиллированной воды - 46 градусов) относительно боковых сторон. Значение показателя преломления n зависит от частоты падающего света, т.е. для него характерна дисперсия, которая для полимеров может быть либо нормальной (при увеличении частоты v значение n возрастает), либо аномальной (при увеличении v значение n убывает). Интенсивность I света, проходящего через вещество, ослабляется согласно закону Ламберта.

Основание 11 контактирует с соответствующей поверхностью образца 7 и установлено на корпусе 1 соосно с валом 5 с возможностью осевого перемещения. В устройстве установлены микроскоп 12, осветитель 13, выполненный в виде кольцевого источника света, и тороидальная оптическая система 14. При испытании конических подшипников образец 7 имеет форму конуса. В качестве образца (фиг.2, 3) используют конические шарикоподшипники 15 с шариками 16 и сепаратором 17. При испытании упорных шарикоподшипников шарики 16 контактируют с полированной плоскостью прозрачного тела (контробразца) 10. Варианты исполнения контробразца представлены на фиг.4 в виде трех вариантов - a,b,c.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии испытуемый образец 7 закрепляют на валу 5, а контробразец 10 - в держателе 9. С помощью механизма 8 осевого нагружения прижимают рабочие поверхности образца 7 и контробразца 10 друг к другу с заданным усилием. При изменении включают источник монохроматического света 13 и кольцевой пучок света формируется тороидальный оптической системой 14 и направляется по нормали к боковой поверхности конртобразца 10 и распространяется под углом полного внутреннего отражения. При этом через микроскоп 12 (при импульсных нагрузках применяют фотодатчик (ТФД-50). ПЗС-матрица 614 АВА, компьютер) регистрирует темные локальные участки фактической площади контакта на светлом фоне и получают интегральную оценку. При необходимости включают двигатель 6 и обеспечивают относительное вращение образца 7 и контробразца 10.

Изобретение относится к испытательной технике, так как касается исследования характеристик контактирования в подшипниках качения и может быть использовано для измерения фактической площади контакта в подшипниках качения. Устройство для определения фактической площади контакта в подшипниках качения содержит корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью вращения, образец, прикрепляемый на свободном конце опоры вращения, механизм нагружения, закрепленный на корпусе, с возможностью взаимодействия с опорой, кольцевой осветитель, контробразец выполнен из прозрачного материала, согласно заявленному техническому решению, с целью обеспечения одновременного контроля всей поверхности контактирования образцов, на валу установлен образец - элемент качения, контробразец выполнен в виде тела вращения с сечением в осевом направлении в виде равнобедренного треугольника, боковые стороны которого расположены под углом больше 41,5 градусов, из полированных поверхностей прозрачных материалов и основанием, отражающим лучи от преломления. Технический результат - обеспечение одновременного контроля всей поверхности контактирования образцов в подшипниках качения. 4 ил.

Устройство для определения фактической площади контакта в подшипниках качения, содержащее корпус, опору, установленную в корпусе одним концом с возможностью вращения, образец, прикрепляемый на свободном конце опоры вращения, механизм нагружения, закрепленный на корпусе, с возможностью взаимодействия с опорой, кольцевой осветитель, контробразец, выполненный из прозрачного материала, отличающееся тем, что образец выполнен в виде тела качения, контробразец выполнен в виде тела вращения с сечением в осевом направлении в виде равнобедренного треугольника, боковые стороны которого расположены под углом больше 41,5 градусов, из полированных поверхностей прозрачных материалов и основанием, отражающим лучи от преломления.