устройство для определения коэффициента трения материалов

Формула изобретения

1. Устройство для определения коэффициента трения материалов по схеме «диск-колодка», содержащее колодку с контртелом и диск, установленный на валу привода, отличающееся тем, что включает в себя две диаметрально расположенные колодки с контртелами, взаимодействующие с диском, нагружение которых осуществляется через систему рычагов, образующую замкнутый силовой подвижный контур и взаимодействующую с измерительным устройством; система содержит верхний и нижний рычаги, связанные между собой с одной стороны рычагом, прикрепленным к нижнему рычагу шарнирно и снабженным упругим элементом нагружения, а с другой стороны рычагом, прикрепленным к верхнему рычагу шарнирно и снабженным устройством регулирования взаиморасположения рычагов между собой; нижняя колодка с контртелом погружена в масло, находящееся в ванне, и зафиксирована через шаровое тело на нижнем рычаге, а верхняя колодка с контртелом, соединенная с термопарой контроля температуры, через шаровое тело зафиксирована на верхнем рычаге системы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измерительного используется весовое устройство.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит механизм переключения системы рычагов из фиксированного рабочего положения в положение измерения момента трения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к методам исследования коэффициентов трения материалов.

Известны машины трения: машины для испытания материалов на трение типов 2168 УМТ и МГУТ-01.

Универсальная машина для испытания материалов на трение 2168 УМТ предназначена для испытания фрикционных, антифрикционных и смазочных материалов на трение и износ (см. сайт http://www.tochpribor-nw.ru/production/friction-testing). Схемы испытаний: диск-палец, диск-колодка, стержень-палец. Привод машины - электромеханический с плавным регулированием скорости. Прижим образцов - пневматический (от сети или от баллона), измерение силы прижима - манометрическое. Охлаждение - водяное (от водопровода). Возможно программирование режимов испытаний. В процессе испытаний измеряется момент трения, сила прижима, температура, частота вращения, путь трения.

К недостаткам машины 2168 УМТ относятся высокое потребление энергии, высокая металлоемкость и большие габаритные размеры.

Машина трения МТУГ-01 предназначена для проведения испытаний на трение и износ металлических и неметаллических материалов в условиях применения различных смазочных материалов (см. сайт http://www.nanotech.ru/pages/about/mtu-1.htm).

Метод испытаний основан на взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых образцов в среде смазочных материалов или без них. В процессе испытания регистрируется момент трения с графическим отображением его изменения, а также температура испытуемых образцов. Схема контакта: торец вращающегося ролика и неподвижный диск. Момент трения регистрируется тензодатчиком, температура - термопарой.

К недостаткам машины МТУГ-01 относятся сложность конструкции и высокая стоимость.

Наиболее близкой по технической сущности, взятой в качестве прототипа, является универсальная машина трения СМЦ-2 (см. сайт http://www.gubkin.ru/faculty/mechanical_engineering/chairs_and_departments/Uc hebn_nauch_proizv_centr_po_remontu/experiment/experimentl.php). Машина трения СМЦ-2 предназначена для испытаний материалов на трение и изнашивание при качении, качении с проскальзыванием и скольжении по схеме «диск-колодка». Диск (цилиндрический образец) устанавливается на валу привода машины, вращение которого производится электродвигателем через ременную передачу. Нагружение образцов производится через контртело, установленное в колодке и взаимодействующее с диском, а каретка перемещения уравновешивается противовесом, что позволяет проводить испытания при малых нагрузках на пару трения.

К недостаткам машины трения СМЦ-2 следует отнести погрешности измерения, вызванные массивным механизмом нагружения и биением поверхности трения, трением в подшипниках, а также сложность конструкции.

Задачей изобретения является разработка конструкции устройства с целью получения более достоверных результатов испытаний, уменьшения затрат на установку, а также снижения материалоемкости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для определения коэффициента трения материалов по схеме «диск-колодка», содержащее колодку с контртелом, взаимодействующим с диском (цилиндрическим образцом), устанавливаемым на вал привода, в отличие от прототипа включает в себя две диаметрально расположенные колодки с контртелами, взаимодействующие с диском, нагружение которых осуществляется через систему рычагов, образующую замкнутый силовой подвижный контур и взаимодействующую с измерительным устройством. Система содержит верхний и нижний рычаги, связанные между собой с одной стороны рычагом, прикрепленным к нижнему рычагу шарнирно и снабженным упругим элементом нагружения, а с другой стороны рычагом, прикрепленным к верхнему рычагу шарнирно и снабженным устройством регулирования взаиморасположения рычагов между собой; нижняя колодка с контртелом погружена в масло, находящееся в ванне, установленной на нижнем рычаге, и зафиксирована через шаровое тело на рычаге, а верхняя колодка с контртелом, соединенная с термопарой контроля температуры, через шаровое тело зафиксирована на верхнем рычаге системы.

Устройство дополнительно содержит кулачковый механизм переключения системы рычагов из рабочего положения в положение измерения момента трения в процессе испытания без отключения привода и прерывания процесса испытания.

Применение данного устройства для определения коэффициента трения позволяет получать более достоверные результаты испытаний за счет уменьшения динамической составляющей нагрузки пары трения, вызываемой неизбежным при практических испытаниях биением цилиндрической поверхности диска, которая (динамическая составляющая) пропорциональна не только величине биения, но и массе и жесткости системы нагружения; усилие нагружения пары трения за счет разработанной конструкции устройства с двумя контртелами оказывает незначительное влияние на подшипники вала привода диска.

Отсутствие радиальной нагрузки подшипников привода дисков трения позволяет использовать любой регулируемый привод, обеспечивающий заданную частоту вращения, что значительно удешевляет конструкцию и снижает затраты на изготовление и эксплуатацию установки.

В результате патентного поиска не выявлено технических решений, идентичных заявляемому, что соответствует критерию «новизна».

Предлагаемое устройство может применяться в машиностроении для определения коэффициента трения, что соответствует критерию «промышленная применимость».

Новая совокупность признаков, а именно: наличие системы рычагов с упругим элементом нагружения, образующей замкнутый силовой подвижный контур нагружения пар трения и взаимодействующей с измерительным устройством, верхнего и нижнего диаметрально расположенных контртел, закрепленных в колодках и взаимодействующих с диском, позволяет разгрузить подшипники вала привода и получить новый экономический эффект: снизить стоимость устройства и повысить точность измерения, что подтверждает причинно-следственную связь новой совокупности признаков и достигнутого результата, которые не были известны из уровня техники до создания данного технического решения, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, на котором на Фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для определения коэффициента трения, на Фиг.2 - вид А Фиг.1. Предлагаемое устройство состоит из привода 8, на выходном валу которого крепится диск 14 (цилиндрический образец) для испытаний (Фиг.2); верхнего 12 и нижнего 16 контртел, расположенных диаметрально друг к другу, закрепленных в колодках 10 и 17 соответственно, причем нижнее контртело 16 погружено в масло, находящееся в ванне 15, установленной на рычаге 7 (Фиг.1). Термопара 13 прикреплена к колодке 10. Контртела 12 и 16 прижаты с определенным усилием к диску 14 с помощью упругого элемента в виде пружины 4, расположенного на рычаге 6, проходящем через отверстие в рычаге 2, соответствующее диаметру рычага 6. Упругий элемент на рычаге 6 зафиксирован гайкой 5. Система, образованная рычагами 2, 6, 7 и рычагом 9, снабженным устройством регулирования взаиморасположения верхнего 2 и нижнего 7 рычагов между собой, образует замкнутый силовой контур нагружения пар трения и опирается одним концом в измерительное устройство 1 (весовое устройство). Устройство регулирования взаиморасположения рычагов 2 и 7 представляет собой рычаг 9 с резьбовым регулирующим соединением на длине рычага. Переключение системы рычагов из рабочего положения в положение измерения осуществляется при помощи кулачкового механизма 3, расположенного на раме измерительного устройства и соприкасающегося с верхним рычагом 2, и представляющего собой две стойки, закрепленные на раме измерительного устройства с установленным между ними на оси кулачком, изменяющим в зависимости от положения работы или измерения свое положение по отношению к рычагу 2.

Устройство работает следующим образом: диск (образец) закрепляют на выходном валу привода 8. В рабочем режиме рычаг 2 занимает горизонтальное положение, это осуществляется вручную с помощью механизма 3 переключения между положениями, при этом система рычагов находится в нагруженном состоянии. При переключении механизма 3 в положение измерения, возникающий при вращении диска момент трения передается посредством рычага 2 на измерительное устройство 1, по показаниям которого осуществляется определение коэффициента трения. Температура в зоне контакта регистрируется термопарой 13. На приводном валу можно закреплять два таких устройства и одновременно определять коэффициенты трения у двух различных образцов, либо проводить сравнительные испытания для разных материалов.

Применение данного устройства для определения коэффициента трения позволяет получать более достоверные результаты испытаний, снизить затраты на установку.