устройство для измерения силы трения

Формула изобретения

Устройство для измерения силы трения, содержащее основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей, закрепленной на каретке перпендикулярно поверхности образца, штоком, перемещающимся в направляющей поступательно, узлом нагружения, закрепленным на одном конце штока, шарниром, расположенным на другом конце штока, причем шарнир выполнен с осью качания, параллельной поверхности образца и перпендикулярной направлению перемещения образца и контртела, держателем в виде стержня, один конец которого закреплен на оси шарнира, а на другом крепится контртело, пружиной и измерителем силы трения, установленными на каретке оппозитно с разных сторон держателя контртела и параллельно плоскости образца на равном расстоянии от оси шарнира до рабочей поверхности образца и удерживающими держатель контртела перпендикулярно рабочей плоскости образца усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области испытания материалов, в частности к устройствам измерения силы трения.

Известно устройство измерения силы трения (Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968, с.389), содержащее основание, на котором размещен образец, измеритель силы трения, каретку, на которой установлены контртело и узел нагружения, а также привод перемещения каретки.

Основным недостатком устройства-аналога является проведение оценки сил трения при однонаправленном движении, а также интегральный характер оценки, так как регистрация сил трения производится при одновременном испытании трех и более образцов типа палец, перемещающихся с помощью привода по плоскому образцу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения силы трения (А.с. №1388768, G 01 N 19/02, 1988, БИ №14, "Устройство для измерения силы трения"), содержащее основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей.

Недостатком известного устройства является расположение измерительного элемента на неподвижном основании, приводящее к необходимости применения гибкого упругого элемента, передающего измеряемое усилие через два ролика и рычаг, что приводит к снижению точности проводимых измерений силы трения.

Дополнительно с этим известное устройство имеет асимметричное расположение узла нагружения и держателя контртела относительно оси крепления на подвижной каретке, что ограничивает функциональные возможности устройства случаем однонаправленного поступательного движения. Это связано с тем, что при организации испытаний в режиме возвратно-поступательного движения на устройстве-прототипе, при движении подвижной каретки в сторону держателя контртела, он толкается и возникают поперечные колебания контртела на поверхности испытуемого образца, имеющие максимальное значение, а в случае движения подвижной каретки от держателя контртела последний тянется по поверхности испытуемого материала, поперечные колебания контртела будут минимальны, следовательно, нарушается единообразие условий создания и поддержания возвратно-поступательного движения.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности определения сил трения.

Поставленная задача расширения функциональных возможностей достигается тем, что в конструкции устройства для измерения сил трения, содержащего основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей; узел нагружения, шток, передающий нормальную нагрузку на держатель, держатель с контртелом, имеют симметричную конструкцию относительно оси крепления последних в направляющей, закрепленной на каретке. Пружина и измеритель силы трения, установленные на каретке оппозитно с разных сторон держателя контробразца и параллельно поверхности образца, удерживают держатель контробразца перпендикулярно плоскости образца усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях. В нашем случае при организации возвратно-поступательного движения это условие равно половине диапазона измерителя, что обеспечивает равные диапазоны измерения силы трения в обоих направлениях. При движении контртела относительно образца возникает сила трения, которая пытается повернуть держатель вокруг оси шарнира 12 в направлении, противоположном движению контртела, которая регистрируется измерителем.

Задача повышения точности достигается тем, что пружина и измеритель силы трения установлены на каретке на равном расстоянии от оси шарнира до рабочей поверхности образца и при движении контртела относительно образца измеритель покажет силу, в два раза большую, чем действующая сила трения между контртелом и образцом, в соответствии в отношением плеч сил относительно оси шарнира.

На чертеже представлено устройство для измерения силы трения.

Устройство содержит основание 1, держатель 2 образца 3, каретку 4 с держателем 5 контртела 6, узел 7 нагружения образца 3 и контртела 6, измеритель силы трения 8, привод 9 перемещения держателя 5 и каретки 4; направляющую 10, закрепленную на каретке 4 перпендикулярно поверхности образца 3, шток 11, перемещающийся в направляющей 10 поступательно, узел нагружения 7, закрепленный на одном конце штока 11, шарнир 12, расположенный на другом конце штока 11 с осью качания, параллельной поверхности образца 3 и перпендикулярной направлению перемещения каретки 4 и контртела 6, держатель 5 в виде стержня, один конец которого закреплен на оси шарнира 12, а на другом крепится контртело 6, пружину 13 и измеритель силы трения 8, установленные на каретке оппозитно с разных сторон держателя 5 контртела 6 и параллельно рабочей поверхности образца 3, на равном расстоянии от оси шарнира 12 до рабочей поверхности образца 3 и удерживающие держатель 5 контртела 6 перпендикулярно плоскости образца 3 усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях, в нашем случае, для организации возвратно-поступательного движения это значение равно половине диапазона измерителя 8.

Устройство работает следующим образом.

На держателе 2 и 5 устанавливают соответственно образец 3 и контртело 6. Каретку 4 размещают в исходном состоянии, например, в правом крайнем положении. Приводят в контакт образец 3 и контртело 6, нагружают их с помощью узла нагружения 7 и включают привод 9. При движении контртела 6 относительно образца 3 возникает сила трения, которая пытается повернуть держатель 5 вокруг оси шарнира 12 в направлении, противоположном движению контртела 6. Так как держатель 5 удерживается пружиной 13 и измерителем силы трения 8 в равновесии, перпендикулярно плоскости образца 3 усилием, равным половине диапазона измерителя 8, то появление дополнительной силы приведет к смещению равновесия сил и измеритель 8 покажет силу, в два раза большую, чем действующая сила трения между контртелом 6 и образцом 3, в соответствии с отношением плеч сил относительно оси шарнира 12.

Таким образом, основной технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет реализации данным устройством испытаний не только в режиме однонаправленного движения, но и в режиме возвратно-поступательного. Повышение точности измерения достигается за счет упрощения конструкции устройства, применения однополярного измерителя при регистрации знакопеременной силы трения, а также за счет прямого воздействия держателя контробразца на измеритель силы трения.