Прибор для определения коэффициентов трения Советский патент 1946 года по МПК G01N19/02 

В предлагаемом, согласно изобретению, приборе для определения коэфициентов трения один из испытуемых образцов, имеющий плоскую поверхность, укрепляется на поверхности поставленной на ребро линейки, установленной под углом к направлению своего прямолинейного перемещения. Второй образец связан с карандашом и вместе со своим держателем свободно лежит на бумаге, над которой движется линейка, причем держатель устроен так, что поверхность укрепленного в нем образца соприкасается с поверхностью образца, укрепленного на линейке. Коэфициент трения образцов друг по другу определяется по скольжению держателя со своим образцом вдоль поверхности держателя на линейке.

На чертеже фиг. 1 и 2 изображают действующие при работе прибора силы при различных коэфициентах трения образцов друг по другу, фиг. 3 - схематиче(;кий вид прибора сверху, фиг. 4 - схематический вид держателя с образцом сбоку.

Прямая плоская линейка АВ (фиг. 1), поставленная на ребро.

т. е. так, что плоскость ее перпендикулярна поверхности горизонтального стола, будучи перемещаема по поверхности последнего (на фиг. I, совпадающей с плоскостью чертежа) поступательно в направлении CD, при встрече с какимлибо твердым телом , свободно лежащем на столе, оказывает на последнее давление силою Р по направлению, перпендикулярному плоскости линейки АВ, так что

Z.ACP -J.

Если угол ACD, образуемый плоскостью линейки АВ с направлением ее движения CD, отличается от прямого, то сила Р образует с направлением CD перемещения линейки некоторый угол я, неравный нулю.

Для рассмотрения действий силы Р ее удобно разложить на слагающие S (по направлению CD перемещения линейки) и Т (вдоль линейки). Слагающая S толкает тело Е по направлению перемещения линейки, а слагающая Т стремится заставить тело Е скользить по линейке в направлении действия силы Т. Скольжению тела Е по плоскости линейки АВ стремится препятствовать сила трения F линейки по телу Е, направленная в сгорону, противоположную силе Т. При этом может иметь место один из двух случаев.

1,Z. у. / с , т. е. угол я не превосходит по своему численному значению угла трения (р линейки по телу Е. В этом случае сила трения F оказывается равной силе Т

/tga и, будучи ей противоположна, полностью ее уравновешивает. Таким образом тело Е оказывается под воздействием одной лишь силы 5, которая и перемещает его по направлению CD перемещения самой линейки. Относительно линейки тело Е не перемещается, и никакого скольжения тела Е по поверхности линейки не происходит.

2. Z.. этом случае сила трения достигает своего наибольшето возможного численного значения / Р1о- j-io так как Г Piija, а ,/а -Г, то Pig7. Pg, т. е. Т Р. Поэтому сила трения F уравновешивает собою не всю силу Т, а лишь равную себе часть ее (фиг. 2). Остающаяся неуравновешенной часть силы Т, равная (Т-F}, действуя на тело Е сов lecTHo с силой S, составляет с ней ззвнодействующую JR, проходящую

изнутри угла PCD а под углом к нормали Р, т. е. под углом (к - «) к направлению CD движения линейки.

Сила R есть единственная действующая (активная) сила, приложенная к телу Е со стороны линейки. Под действием этой силы У тело Е вынуждено перемещаться по ее направлению, т. е. по прямой СИ, по которой направлена сила R. Скользя по поверхности стола, тело Е испытывает сопротивление силы fztif I трения по столу, где G есть вес тела Е, а коэфици-ент трения тела Е по поверхности -стола. Но направление силы (a-tgb всегда прямо противоположно направлению силы R и зависит от него, а величина (численное значе-ние) силы R при равномерном -скольжении тела Е по столу всегда равна величине силы Gig Ф Поэтому сила Gtg -трения тела Е по столу не изменяет направления скольжения тела Е, и траектория тела Е остается отклоненной от нормали СР к линейке на угол -.

Если тело Е снабдить карандашом, а поверхность стола покрыть бумагою, то карандаш запишет на бумаге траекторию СЯ. Проведя с, помощью угольника нормаль СР к направлению АВ линейки так, чтобы эта нормаль в какой-либо точке С пересекалась с траекторией СН, получаем на бумахе угол РСН а, тангенс которого численно равен коэфищ{енту трения тела Е по поверхности линейки АВ.

Весьма удобно, не прибегая к непосредственным измерениям угла РСН, отложить от точки С на прямой СР отрезок СЕ, равный 100 мм, и в точке L восстановить перпендикуляр ЕК к прямой СЕ. Численное значение длины отрезка СЕ, измеренной в миллиметрах, разделенное на 100, равно численному значению тангенса угла ЕСН, т. е. коэфидиенту трения тела Е по поверхности линейки АВ.

Па этом основано устройсгво и применение предлагаемого прибора для определения коэфидиентов трения тел.

Линейка У (фиг. 3) шарнирно соединена с колодкой 2 посредством болта « гайки с барашком 3. Затяжкою гайкификсируется

угол между линейкой / и колодкою 2, угол Р - произвольный, но должен быть выбран , чтобы

- ср), где 9 есть угол

взаимного трения испытуемых тел. Линейка / в совокупности с колодкою 2 образует род рейсшины. Ко-лодка 2 скользит по обрезу горизонтально лежащей Пv ooкoй доски 5, опираясь в то же время на рабочую поверхность доски лапка:ми 4, удерживающими линейку / на некоторОй iBbicoTe над поверхностью чертежной доски. Свободный конец линейки / опирается «а полозок 6, гюддерживающий этот конец линейки «а той же высоте над чертежной доской, так что между линейкой / и поверхностью доски образуется свободный просвет.

К доске должна быть прикреплена бумага без складок и перегибов.

. На поверхности бумаги устанавливается вторая часть прибора, нижняя часть которой состоит из круг. лого цилиндрического кольца 7. Это кольцо свободно лежит на поверхности бумаги. Высота его (по геометрической оси цилиндра) не- сколько меньше вертикального размера просвета между бумагою и линейкой /, вследствие чего линейка 1 может проходить над кольцом 7 до соприкосновения с испытуемым образцом, зажатым в раздвижном зажиме S, состоящем из двух половин, скрепляемых между собою и с вертикальной стойкой 9 болтами 10 с барашками. В раздвижных половинах зажима 5 имеются горизонтальные прорезы для прохождения болтов 10. Стойка 9 представляет собою вертикальную пластинку, неподвижно прикрепленную нижним концом к кольцу 7 {фиг. 4).

Внутри кольца 7 имеется плоская перекладина 11с. отверстием в центре кольца. В это отверстие впаяна вертикальная трубка 12, несколько не доходяшая до бумаги, на которой лежит кольцо 7. В эту трубку свободно вставляется карандаш 13 так, что он может свободно скользить внутри трубки 12 в вертикальном направлении. Каран. даш 13 прижимается к бумаге весом груза 14, насаженного на верхний конец карандаша.

То из двух испытуемых тел, которое зажато в зажиме 8, должно быть расположено в нем таким образом, чтобы поверхность скольжения его по другому телу по возможности совпадала с вертикальной диаметральной плоскостью кольца. Второму телу испытуемой пары должна быть придана форма плоской полосы или ленты, которая

любым способом (например посредством струбцинок) прикрепляется к той вертикальной поверхности линейки, которая обращена в сторону ее движения, показанную на фиг. 3 стрелкою.

При поступательном перемеш,еяии рейсшины /, 2 по направлению,

показанному на фиг. 3 стрелкою, испытуемый образец, зажатый в зажимах 8, скользит по образцу, укрепленному на линейке 1, .пр; направлению от колодки 2 к свободному концу линейки /; при это.м карандаш 13 записывает на бумаге траекторию СН под углом трения ф к нормали к плоской поверхности образца, укрепленного на линейке. Дальнейшая обработка этой записи крайне проста и ясна из предыдущего.

Если поверхность укрепленного на линейке / испытуемего образца неоднородна и коэфициент трения ее по другому образцу (укрепленному в зажимах 8) неодинаков в различных местах по длине образца, то записанная на бумаге траектория СН (фиг. 2) будет представлять собою не прямую, а кривую линию и, путем проведения касательных к ней в различных точках, позволит проследить все изменения коэфициента трения по д.тине изучае.мого образца по углам, образуемым этими касательными с направлением нормали CL к плоской поверхности укрепленного на линейке образца.

Прибор в равной мере пригоден для определения коэфициентов трения взаилшого скольжения (в любых попарных комбинациях) таких тел, как образцы металла, дерева, ка.дп{я, стеблей, волокон, шпагата, почвы, решет, ремней, тканей, проволок и других. Так напри.д1ер, для определения коэф1щиента трения сноповязального шпагата по тому же шпагату поперек волокон, один отрезок шпагата натягивается вдоль линейки /, а два других вдоль вертикальных отогнутых краев зажимов 8.

Как монтаж всей установки для опытов, так равно и производство испытаний посредством этого прибора, весьма просты и требуют очень непродолжительного времени. Прибор при всей своей простоте очень чувствителен и дает весьма устойчивые показания, которые притом получаются зафиксированными на бумаге в виде графической записи, пригодной для обработки и проверки в любое время.

Предмет изобретения

Прибор для определения коэфициентов трения, отличающийся применением для укрепления одного из испытуемых образцов (в виде пластины, ленты или т. п.) поставленной на ребро линейки 1,

расположенной под углом к направлению своего прямолинейного перемещения по покрытой бумагой горизонтальной плоскости, на которой лежит державка с карандашом }3 к приспособлением 8-10 для крепления второго образца так, чтобы его одна боковая поверхность была открыта и могла сопрнкасаться с образцом на боковой поверхности линейки.

.j)

Фиг. 3

2 3

I 13

/ // 13 /2