Способ испытания трибологических свойств магнитной жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N3/56 

ф :л

Изобретение касается испытаний материалов и может быть использовано для проведения испытаний трибологи- ческих свойств магнитных жидкостей в контакте тел трения, например в подшипниках скольжения. Целью иэоб- ретения является повышение достовер-1 ности результатов испытания магнитной жидкости, а также расширение номенклатуры моделируемых узлов трения. Это достигается путем создания с помощью постоянных магнитов с периодическим намагничиванием магнитного поля, убывающего по высоте зазора и однородное в двух других направлениях. Для реализации способа используется устройство, включающее вал с дискЪм, который состоит кз набора магнитов, контртело, контактирующее с диском, узел нагружения, в котором Нагрузка передается с помощью скобы с ножевыми опорами, расположенной в . касательной к поверхности диска плоскости и перпендикулярно к образующей диска. Это исключает поворот диска и обеспечивает равномерное распределение нагрузки. 2 с.п. и 1 з.п, Ь-лы, 8 ил. W

Изобретение касается испытаний материалов, в частности испытаний трибологических свойств (трение, без- ызносные нагрузки, толщины смазочных слоев, структурная прочность слоев и др.) магнитной жидкости в контакте тел трения применительно к узлам трения, рабочие поверхности которых образуют внутренний контакт, К числу таких уалов трения относятся шарниры с цилиндрической поверхностью, зубчатые передачи с внутренним зацеплением Новикова, подшипники скольжения, уплотнительные узлы и фрикционные передачи.

Цель изобретения - повышение достоверности путем организации требуемой топографии магнитного поля и обеспечения равномерности распределения нагрузки в зоне контакта.

На фиг,1 представлено устройство для испытаний, общий вид; на фиг.2 - конструкция скобы, оправки и диска; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид на ножевые опоры скобы и оправки; на фиг.5 и 6 - варианты

СЛ

Ј

(диск

конструкции диска; на фиг. 7 и 8 - схема испытания диск-колодка выполнен по фиг.6),

Устройство содержит станину 1 , установленный на ней с возможностью вращения вал 2 с диском 3, узел 4 на- гружения, оправку 5 с контртелом 6 и узел 7 измерения силы трения.

Скоба 8 (см,фиг,.) установлена между оправкой 5 и узлом 7 нагружения С последним скоба 8 .;связана через насадку и призму (на чертежах не показаны) , Скоба 8 снабжена двумя ножевыми опорами 9, взаимодействующими с коническими углублениями 10„ выполненными в оправке 5, Оси ножевых опор 9 размещены в плоскости, касательной к внешней цилиндрической поверхности диска 3, по разные стороны относительно зоны контакта диска 3 с контртелом 6 и перпендикулярно обраэутацей диска 3, по которой происходит начальный контакт диска 3 с контртелом 6. В результате этого возникающая в контакте диска 3 с контртелом 6 сила трения компенсируется силами трения опор 9 с углублениями 10, что исключает проворо оправки 5 под действием силы трения Кроме этого, в направлении продоль-. ной оси диска 3 обеспечивается рав- номерное распределение нагрузки. Дис , 3 закрепляется на валу 2 с помощью гайки 1 1 и- пружинной шайбы 1 2,

Диск 3 (см.фиг.5) выполнен в виде чередующихся кольцевых постоянных магнитов 13-21 с радиальным и осевым направлениями намагниченности (векторы намагниченности изображены стрелками). В зазоре между диском 3 и контртелом 6 магнитная жидкость 22 удерживается магнитным полем, создавемым постоянными магнитами 13-21. Направления намагниченности соседних идентичных магнитов (например, магнитов 13 и 15, 4 и 16, 15 и 179 16 и 18 и т.д.) выбирают противоположными друг другу. Магниты с радиальным направлением намагниченности (например, магниты 15, 17е 19 и т.д.) обращены к магнитной жидкости полюсом, одноименным с обращенными к нему полюсами соседних магнитов с осевпй намагниченностью (соответст

венно магниты 14 и 16, 16 и 18 и т.Да) Крайние магниты 13 и 21 имеют радиальное направление намагниченности и обращены к магнитной жидкое5

0

Q 5 О

35

40

45

50

55

ТИ 22 южным полюсом Р, Причем ширину этих магнитов берут равной половине ширкгы магнитов 14-20. Вал 2 выполнен из магнитного материала, а контртело 6 - из немагнитного материала.

Оси ножевых опор 9 скобы 8 и углублений 10 оправки 5 размещены в плоскости, проходящей через середину среднего магнита 17 (см.фиг.5,) или магнита 15 (см.фиг.6), у которых направление намагниченности радиальное. Суммарную протяженность ножевых опор 9 выбирают из условия отсутствия их перемещения по углублениям Н) для худшего случая (разрушенный слой жидкости в контакте диска 3 с контр-телом 6) .

Для аскирення номенклатуры моделируемых уьлов трения предусмотрены кроме испытаний магнитных жидкостей по схеме диск-втулка (см.фиг.28 где контртело 6 выполнено в виде втулки) испытания по схеме диск-колодка (см,фиг,7), где контртело 6 выполнено в виде колодки с исполнением диска 3 по фиг,6. В этом случае на пальце 23 каретки 24 установлен рычаг 7.5, к которому с помощью болтов 26 и пружинных шайб (на чертежах не показаны) крепится скоба 80 Причем в ходе испытаний магнитной жидкости расстояние между осями пальца 23 каретки 24 и валом 2 с диском 3 обеспечивают равным радиусу диска 3,

Конструктивное размещение ножевых опор 9 и оси пальца 23 в плоскости действия возникающей в контакте диска 3 с контртелом 6 силы трения исключает опрокидывающий момент от этой СЕ-ЩЫ (плечо равно нулю), Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки в контакте, что, в свою очередь, повышает достоверность результатов испытания магнитной жидкости,

В описанной выгае конструкции диска 3 векторы намагниченности соседних магнитов составляют прямой угол. Чередование магнитов, показанное на фиг.5 и 6, приводит к замыканию магнитного потока через магнитную жидкость 22, в то время как на противоположной стороне магнитный лоток практически отсутствует. Использование крайних магнитов с радиальным направлением намагниченности снижает краевой эффект в сравнении с вариантом, когда крайние магниты имеют осо- яое направление намагниченности. Для

5f6

этой же цели берут ширину крайних магнитов в два раза меньше ширины внутренних магнитов. В результате этого концентрируют магнитное поле Б заполненном магнитной жидкость зазоре между диском 3 и контртелом 6. Для обеспечения симметричного распределения магнитного поля вдоль оси диска 3 крайние магниты берут с оди- наковыч направлением намагниченности, что выполняется при количестве магнитов, равном (4п+1), где (см.Лиг.6), (см.фиг.5), и т.д.

Для измерения температуры используют хромель-копелевые термопары (на чертежах не -показаны), взаимодействующие с контртелом 6 и магнитной жидкостью.

Предусмотрен вариант с электрической изоляцией контртела 6 от станины для определения толщины слоя жидкости и его структурой прочности известными способами, основанными на ре- гистрации электрического сопротивления контакта.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливают на вал 2 магнит 13 с радиальным направлением намагниченности, у которого к магнитной жидкости 22 обращен полюс S. Рядом устанавливают магнит 14 с осевым направлением намагниченности так, чтобы к уже установленному магниту был обращен полюс К. Далее устанавливают магнит I5 с радиальным направлением намагниченности, обращенный к магнитной жидкости полюсом N. Магнит 16 с осевым направлением намагниченности устанавливают полюсом N к магниту 15. Магниты 17-20 устанавливают соответственно магнитам 13-16. Магнит 21 устанавливают аналогично магниту 13,

При указанном расположении магнитов магнитные потоки, выходя из полюсов N магнитов, намагниченных в осевом направлении, например магниты 14 и 16, проходят через радиально намаг- ничейный магнит 15, складываются с его магнитным потоком и выходят из полюса N последнего. Далее магнитный поток искривляется и замыкается через ближайшие радиально намагниченные магниты 13 и 17. С другой стороны, магнитный поток, выходящий из полюса N магнита 17, компенсируется направленными встречно магнит

п 5

0

5

о п

5

5

546

ными потоками магнитов 16 и 18. Закрепляют набор этих магнитов на валу 2 с помощью шайбы 12 и гайки 11. .После этого закрепляют контртело 6 ц оправке 5 и размещают последнюю на диске 3. Затем с помощью узла 4 на- гружения, скобы 8, ножевых опор 9 прикладывают сжимающую нагрузку Р к контртелу 6 и диску 3, разделенных слоем магнитной жидкости 22, удерживаемой в зазоре магнитным полем. Проводят во вращение вал 2 и регистрируют возникающую в контакте силу трения с помощью узла 7.

В ходе испытаний магнитной жидкости изменяют скорости вращения вала 2, нагрузку на контакт, температуру диска 3 и магнитной жидкости 22. Регистрируют указанные параметры. Регистрируют также силу трения, безыз- носные нагрузки, нагрузки, при которых превосходится структурная прочность слоя магнитной жидкости и начинается износ контртела, диапазоны изменения контактных параметров, при которых не превосходится несущая способность слоя магнитной жидкости при воздействии на нее сформированным в зазоре магнитным полем, напряженность которого определяется по приведенной зависимости.

Эффективность изобретения обусловлена повышением достоверности испытания магнитной жидкости путем приближения условий испытания к эксплуатационным и формирования в зазоре тел трения магнитного поля требуемых топографии и напряженности. Э.то ста.- ло возможным благодаря созданию существенно асимметричного магнитного поля, удерживающего магнитную жидкость в зазоре тел трения, концентрации магнитного поля на обращенной к магнитной жидкости поверхности одного из тел трения, определению напряженности магнитного поля с максимальным использованием магнитных свойств магнитов, конструктивному исполнению узлов устройства, исключающему опрокидывающий момент от силы трения и обеспечивающему равномерность распределения нагрузки по зоне контакта.

Формула изобретения

о J7 -Ы 4cb Н м (1 - е ) е ,

где М - намагниченность магнитов; d - ширина одного из средних

магнитовJ4 h - высота зазора между телами

трения, k-2fi/ft;

ft - расстояние между двумя магнитами с одинаковым направлением намагниченности, 2, Устройство для испытания три- бологических свойств магнитной жидкости, содержащее станину, установленный на ней с возможностью вращения вал с диском, установленные на станине каретку с пальцем и узел на- гружения, связанную с последним опра ку с контртелом, предназначенным для контактирования с диском через слой магнитной жидкости, и узел измерения параметров трения в контакте, отличающееся тем, что оно снабжено установленной между оправкой и узлом нагружения скобой с двумя ножевыми опорами, оси которых расположены в касательной к внешней цилиндрической поверхности диска плоскости и по разные стороны от зоны

контакта диска и контртела, на оправке выполнены предназначенные для взаимодействия с ножевыми опорами конические углубления, оси которых расположены в этой же плоскости, диск

с выполнен в виде набора чередующихся кольцевых постоянных магнитов с радиальным и осевым направлениями намагниченности и с противоположным направлением намагниченности у сосед„ них идентичных магнитов, соседние

магниты с радиальным и осевым направлениями намагниченности обращены к зазору между диском и контртелом одноименными полюсами, ширина крайних

5 магнитов набора равна половине ширины остальных, вал выполнен из магнитного материала, контртело - из немагнитного материала, а оси ножевых опор скобы и конических углублений

Q оправки размещены в плоскости, проходящей через середину среднего магнита с радиальным направлением чама:- ниченности.

радиусу , а контртело выполнено в виде колодки.

Фиг.1

фиг.З

10

аа

€

5

Фиг Ц

HQZ6L 81 it 9t si Ы #

veiIS9i

гг

tt 91 Si Ы Ј1

$ ЗЛф

/

ii

Фиг. 8