Устройство для испытания материалов на трение Советский патент 1992 года по МПК G01N3/56 G01N19/02 

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на трение, в частности применительно к условиям работы зубчатых передач в различных средах (вакуум, контролируемая газовая или жидкая среда).

Известно устройство, состоящее из комплекта роликов для моделирования цилиндрической эвольвентной косозубой передачи, содержащее не менее двух установленных на параллельных осях роликов, принудительно вращаемых м нагруженных радиальным усилием. Рамки выполнены в виде набора фасонных дисков, рабочие поверхности которых представляют собой узкие пояса, разнесенные в осевом направлении, комплект снабжен упругими элементами, посредством которых пояса взаимно действуют с поясом, по крайней мере одного из роликов и датчиками напряжений, установленными на упругих элементах. Пояса фасонных дисков выполнены в виде цилиндров, радиусы которых равны радиусам кривизны профилей моделируемой передачи в моделируемых точках контакта. Датчики напряжений расположены в одной осевой плоскости ролика по одну сторону от его оси.

Недостатком данного устройства является невозможность проведения натурных испытаний зубчатых колёс при регулируемом уровне момента сопротивления на выходном валу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для/ испытаний материалов на трение и износ, содержащее корпус, установленные в нем валы с параллельными осями и закрепленными на них соответственно опорами, испытуемым и нажимным образцами в виде роликов, нагружающий узел, измеритель момента трения и связанный с ним регистрируемый элемент. Измеритель момента трения выполнен в видетюдвижной относительно вэла нажимного образца рамки с двумя диаметральными выступами, один из которых взаимодействует с регистрирующим элементом, а другой - с нагружающим узлом, корпус снабжен сильфонами, размещенными на выступах рамки, выполнен герметичным. На корпусе закреплен выполненный в виде трех гибких тяг фиксатор радиального перемещения, взаимодействующий с выступом рамки, связанным с нагружающим узлом.

Недостатком известного устройства является то, что испытуемые образцы-ролики не полностью моделируют работу зубчатых зацеплений. Кроме того, в устройстве не

обеспечивается возможность испытания зубчатых колес различного диаметра и все опоры валов (подшипники) находятся в вакууме, что снижает их долговечность и может оказывать влияние на состав газовой среды в испытательной камере. Измеритель момента трения выполнен в виде, рамки, взаимодействующей одновременно с регистрирующим и нагружающим элементами,

0 что в большинстве случаев приводит к взаимному их влиянию и снижению точности измерений момента трения.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей путем

5 проведения испытаний не только при атмосферных условиях, но и в вакууме и газовой среде.

Устройство, содержащее станину, закрепленную на ней герметичную камеру с

0 крышками ввода, параллельно установленные в крышках валы, предназначенные для размещения контактирующих образцов материала, узел охлаждения и нагрева, предназначенный для регулирования

5 температуры образцов, механизм регулирования момента сопротивления на ведомом валу, систему измерения момента трения с датчиком и привод вращения ведущего вала, снабжено направляющими, установленными в камере в перпендикулярной осям валов плоскости, установленными в направляющих с возможностью перемещения вдоль них шарнирными опорами, двуплечими рычагами, соединенными одними плечами с соответствующими шарнирными опорами, а другими - с узлом охлаждения и нагрева, валы установлены в крышках ввода эксцентрично, каждый из валов состоит по д/1ине из двух частей, в частях валов, размещенных в камере, выполнены глухие осевые отверстия со стороны торцов, расположенных вне камеры, во вторых частях валов выполнены сквозные осевые отверстия, предназначенные для подвода термостати5 рующей среды, диаметр сквозных отвер. стий в местах соединений частей больше диаметра другой части вала, а зазор заполнен термоизолирующей средой.

На фиг. 1 показаны предлагаемое устройство, общий вид и вид А; на фиг. 2 камера для испытания зубчатых колес в вакууме и различных газовых средах, общий вид; на фиг. 3 - устройство ввода вала в вакуумную камеру. ,

5 Устройство (фиг.1) состоит из сварной рамы 1, на которой установлены электродвигатель 2, генератор 3 постоянного тока и вакуумная камера 4. Через шкивы 5 и 6 вращающий момент от электродвигателя передается клиновым ремнем на вал 7 вакуумной камеры. Второй вал, выходящий из вакуумной камеры через шкивы В и 9, передаёт вращающий момент на систему торможения (генератор) 3, Для натяжения ремней предусмотрены натяжные устройства 10. На приводном валу 7 кроме шкивов смонтированы токосьемные кольца 11 электрический сигнал с которых подается на измерительную аппаратуру. Сигнал на токосъемные кольца подводится от тензометрических датчиков и термопары. В торце вала расположен штуцер 12 для подачи плоскости (подниматься и опускаться) в зависимости от размеров зубчатых колес, а также при замене зубчатьЛх колес, так как крепление его осуществляется при помощи кронштейнов 24 и подвижных опор, .фиксирующихся в необходимом положении. С противоположной стороны камеры имеется смотровое окно через которое можно наблюдать за работой зубчатых колес в процессе опыта. Приводной и ведомый валы уплотнены в местах ввода в камеру магнитожидкостными уплотнениями (фиг.З). Валы выполнены разрезными и состоят из двух мастей 25 и 26. Часть 25 вала входит через магнитное уплотнение в вакуумную камеру.. Магнитожидкостное уплотнение состоит из магнита 27 и шайб 28 с проточками, помещенных в специальной обойме 29 крышки 16. В зазорах между проточками шайб и валом, магнитом и валом находится магнитная жидкость (суспензия на основе минеральных масел и ферромагнитных порошков), которая удерживается там постоянным магнитом и служит герметизирующим элементом подвижного сопряжения. Состороны камеры в обойме, устанавливается уплотнительная прокладка 30. На консольной части вала посредством шпоночного соединения 31 посажено зубчатое колесо 20. Вторая часть вала изолирована от первой термоизоляционной вставкой 32 с целью устранения теплопередачи от части 25 вала к части 26 вала,.на которой размещены тензометриЧеские/датчики для замера величины крутящего момента. Часть 26 вала установлена на подшипниках 33 качения и на ней же установлен приводной шкив 6 и токосьемные кольца 10. Внутри частей вала проходит штуцер 12, по которому подается термостабилизирующая жидкость (например, вода). Крышки ввода валов, кроме специальной обоймы 29, включают устройство для предварительного зажима (герметизации) крышки относительно корпуса камеры. состоящее из специальной трехпальцевой скОбы 34 и резьбового, механизма термостабилизирующей жидкости во внутреннюю полость вала. В камере имеется затвор 13, соединяющий камеру с вакуумным HacoCQM, и патрубки 14 измерителей степени разре жения (вакуума) в рабочей камере. Камера для испытания зубчатых колес в вакууме и различных газовых средах (фиг.2) . состоит из коробчатого корпуса 15, на котором крепятся крышки 16 ввода валов (приводного 7 и ведомого 17). Крышки выполнены герметизирующимися относительйо корпуса при помощи эластичных прокладок 18 и механизма 19 зажима и могут свободно проворачиваться вокруг всей оси при отпущенном механизме зажима и отсутствии вакуума. В крышках ввода эксцентрично выполнено отверстие для ввода приводного или вывода ведомого валов и размещения узла герметизации. Эксцентричный ввод валов дает возможность плавно изменять межосевое расстояние между валами путем простого поворота крышек ввода .вокруг своей оси на необходимый угол. Зубчатые ведущие 20 и ведомое 21 колеса посажены на соответствующие валы посредством шпоночного соединения. Внутри камеры расположены нагревательные элементы, которые в случае необходимости могут выполнять роль элементов для охлаждения исследуемых шестерен (проведения исследований триботехнических характеристик при пониженных температурах). Над сопрягаемой парой зубчатых колес установлен универсальный нагреватель-охладитель, выполненный в виде трубок 22, внутри которых расположены электроизолированные спирали сопротивления. Кроме того, нагреватель-охладитель имеет разделительную камеру 23, необходимую для подвода охлаждающих агентов (например, жидкого азота). При необходимости нагрева включаются спирали, а при необходимости о {лаждения через соответствующие секции и.трубки подводится и отводится хладагент. Весь нагреватель-охладитель может перемещаться в вертикальной 19 зажима. Герметизация механизма зажима осуществляется при помощи металлического сильфона 35. В корпусе камеры предусмотрено смотровое окно 36(фиг. 1 и2).. Устройство работает следующим обрадом.. Смотровое окно. 36 снимается, универсальный нагреватель-охладитель поднимается вверх, для чего ослабляют подвижные опоры кронштейнов 24 и перемещают их вдоль направляющих. Винт 37 (фиг.З) отпускается и крышка 1 б ввода проворачивается вокруг своей оси таким образом, чтобы установить необходимое межосевре расстоя «ие валов. При повороте на угол «{фиг.2) межосевое расстояние увеличиваемся от значения AI до значения Аа. На выходные части валов (например, 25} насаживаются испытуемые зубчатые колеса 20 и 21. которые/закрепляются шпонками и гайками.

rtpii демонтаже колес большого диаметра нагреватель всегда устанавливается в первое положение (вверх). Кроме того, его всегда можно снять, вынув ось крепления его с кронштейнами 24. Дополнительным поворотом крышек ввода уточняется межосевое расстояние валов, а затем крышки фиксируются относительно корпуса при помощи устройства предварительного зажима. Для этого при помощи винта 37 создается усилие затяга между крышкой 16 ввода и корпусом камеры, так как трехпальцевая скоба входит в зацепление с корпусом камеры по внутренней поверхности, а с другой стороны она через резьбовое соединение в сильфон связана с крышкой ввода.

Универсальный нагреватель-охладитель опускается и фиксируется так, что середина его трубчатых элементов находится напротив зубчатого зацепления колес. Смотровое окно устанавливается на место и фиксируется винтами. Через вакуумный затвор 13 производится откачка воздуха из камеры 4. При достижении требуемого уровня вакуума включается электродвигатель 2 и крутящий момент через клиноременную передачу, приводной вал камеры, зубчатые зацепления, ведомый вал и клиноременную передачу передается на генератор 3 (тормозное устройство для создания регулируемого момента сопротивления в зубчатом зацеплении). Величина момента торможения определяется посредством тензодатчиков, установленных на участке максимального диаметра части 26 вала..

В случае необ одимости производится регулирование генератора для обеспечения требуемого момента торможения. Провода от тензодатчиков пропущены через полый вали подсоединены ктокосъемным кольцам

10, откуда сигнал поступает на измерительную и регистрирующую аппаратуру. С помог щью штуцера 12, установленного соосно в полом валу, осуществляется подача термостабилизирующий жидкости в полость вала (для температурной стабилизации режима работы тензодатчиков). Нагрев или охлажение испытуемых колес осуществляется подключением к сети спиралей сопротивления, пропусканием через трубки совмещенного нагревателя-охладителя жидкого азота.

Фор м у лаизобретения

Устройство для испытания материалов на трение, содержащее станину, закрепленную на ней герметичную камеру с крышками ввода, параллельно установленные в крышках- валы, предназначенные для размещения контактирующих образцов материала, узел охлаждения и нагрева, предназначенный для регулирования температуры образцов, механизм регулирования м1рмента сопротивления на ведомом валу, систему измерения момента трения с датчиком и привод вращения ведущего бала, отличающ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем проведения испытаний не только при атмосферных условиях, но и в вакууме и газовой среде, оно снабжено направляющими,.установленными в камере в перпендикулярной осям валов плоскости, установленными в направляющих с возможностью перемещения вдоль них шарнирными , двуплечими рычагами, соединенными одними плечами с соответствующими шарнирными опорами, а другими - с узлом охлаждения и нагрева, валы установлены вкрышках ввода

эксцентрично, каждый из валов состоит по длине из двух частей, в частях валов, размещенных в камере, выполнены глухие осевые отверстия сО:Стороны торцов, расположенных вне камеры, во вторых частях ваЛов

выполнены сквозные осевые отверстия, предназначенные для подвода термостатирующей среды, диаметр сквозных отверстий в местах соединения частей больше диаметра другой части вала, а зазор заполиен термоизрлирующей средой. J

Изобретение относится к испытанию материалов на трение. Целью изобретенияявляется расширение функциональных возможностей путем проведения испытаний не только при атмосферных условиях, но и Bia- кууме и газовой среды. Поворотом крь1шки 16 ввода Устанавливают требуемое межцентральное расстояние для испытуемых зубчатых колес 20 и 21'. Устанавливают в требуемом положении узел охлаждения и нагрева зубчатых колес. После создания в камере 4 необходимого уровня вакуума приводят во вращение'ведущее зубчатое колесо, а на ведомом валу создают соответствующий момент Сопротивления. В ходе испытаний регистрируют параметры, трения. Предусмотрена возможность испытаний зубчатых колес в газовой среде. 3 ил.21(36^ 2J 22 22 ,20 21 Фиг.21^^ •^^^ ^ ^ СО