RU173687U1

RU173687U1 - Device for the study of materials for friction

Info

Publication number: RU173687U1
Application number: RU2017114132U
Authority: RU
Inventors: Хамза Исхакович Бичурин; Валерий Николаевич Машков; Вячеслав Валерьевич Машков
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2017-09-05

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для исследования свойств материалов и может быть использована для изучения фрикционных характеристик контактирующих по условиям эксплуатации материалов. Устройство содержит плиту, держатели верхнего и нижнего образцов, привод перемещения нижнего образца относительно верхнего, а также измеритель силы трения между образцами. Устройство оснащено стойками, закрепленными на плите, верхней и нижней пластинами, нижняя из которых закреплена на стойках, а верхняя - на нижней пластине, привод перемещения нижнего образца выполнен в виде привода вращения, размещенного между стойками, держатель нижнего образца выполнен в виде ложемента, закрепленного на выходном валу привода вращения, держателем верхнего образца является отверстие для его размещения, выполненное в верхней пластине, при этом измеритель силы трения выполнен в виде установленного на верхней пластине граммометра, содержащего чувствительный элемент в виде мембраны вилкообразной формы, имеющей возможность контакта с верхним образцом и установленными на ней тензодатчиками. Технический результат: повышение точности измерения силы трения между образцами. 3 ил.The utility model relates to equipment for studying the properties of materials and can be used to study the frictional characteristics of materials in contact under operating conditions. The device comprises a plate, holders of the upper and lower samples, a drive for moving the lower sample relative to the upper, and also a friction force meter between the samples. The device is equipped with racks mounted on the plate, the upper and lower plates, the lower of which is mounted on the racks, and the upper on the lower plate, the drive for moving the lower sample is made in the form of a rotation drive located between the racks, the holder of the lower sample is made in the form of a lodgement, fixed on the output shaft of the rotation drive, the holder of the upper sample is a hole for its placement, made in the upper plate, while the friction force meter is made in the form of a mounted on the upper plate mometra comprising a sensor element as a membrane fork shape having the possibility of contact with the upper sample and the strain gages mounted thereon. Effect: increasing the accuracy of measuring the friction force between the samples. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для исследования свойств материалов и может быть использована для изучения фрикционных характеристик контактирующих по условиям эксплуатации материалов (пар трения) путем определения силы трения изготовленных из этих материалов контактирующих образцов.The utility model relates to equipment for studying the properties of materials and can be used to study the frictional characteristics of materials contacting under operating conditions (friction pairs) by determining the friction force of contacting samples made from these materials.

Известна установка для испытания материалов на трение, содержащая основание, установленные на основании захват контробразца, захват образца, приводы вращения захватов, узел нагружения образца и контробразца. Установка также содержит установленную на основании платформу с приводом ее поворота относительно оси, перпендикулярной осям захватов, при этом один из захватов размещен на платформе (см. патент РФ №2047158, МПК G01N 3/56, 1995 г.).A known installation for testing materials for friction, containing a base installed on the basis of the capture of the counter-sample, the capture of the sample, the rotation drives of the grippers, the node loading the sample and the counter-sample. The installation also contains a platform mounted on the base with a drive of its rotation about an axis perpendicular to the axis of the grippers, one of the grippers being placed on the platform (see RF patent No. 2047158, IPC G01N 3/56, 1995).

В результате анализа выполнения данной установки необходимо отметить, что она характеризуется значительной сложностью (только приводов вращения ее элементов четыре), а это затрудняет управление процессом нагружения, причем в процессе вращения образца и контробразца вместе с ними вращаются значительные массы, что нарушает условия взаимодействия образцов и снижает точность измерения характеристик трения.As a result of the analysis of the implementation of this installation, it should be noted that it is characterized by significant complexity (there are only four rotational drives of its elements), and this makes it difficult to control the loading process, and during the rotation of the sample and counter-sample, significant masses rotate with them, which violates the conditions for the interaction of samples and reduces the accuracy of measuring the friction characteristics.

Известно устройство для исследования материалов на трение, содержащее основание, на котором размещены нагружающий механизм, держатель с закрепленным на нем контробразцом, кинематически связанный с приводом его возвратно-поступательного перемещения, держатель испытуемого образца, выполненный в виде двух соединенных между собой с возможностью разъема и с зазором между их торцевыми поверхностями верхнего и нижнего дисков. На внутренней стороне верхнего диска в его центральной части выполнен цилиндрический выступ с коническим наконечником, а по его периферии - сквозные резьбовые отверстия. На внутренней стороне нижнего диска в его центральной части выполнено глухое ступенчатое отверстие для размещения цилиндрического выступа и конического наконечника верхнего диска, а по его периферии выполнены отверстия для размещения в них резьбовых крепежных элементов, соединяющих диски между собой. На наружной поверхности нижнего диска выполнен паз для размещения и крепления испытуемого образца. Крепежные элементы размещены в отверстиях нижнего диска с зазором, а высота цилиндрического выступа верхнего диска выполнена с возможностью обеспечения свободного его качания относительно нижнего диска (см. патент РФ №2390754, МПК G01N 3/56, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.A device for studying materials for friction is known, comprising a base on which a loading mechanism is placed, a holder with a counter sample mounted on it, kinematically connected with a drive of its reciprocating movement, a holder of a test sample made in the form of two interconnected with a connector and the gap between their end surfaces of the upper and lower disks. A cylindrical protrusion with a conical tip is made on the inner side of the upper disk in its central part, and through threaded holes are formed on its periphery. A blind step hole is made on the inner side of the lower disk in its central part to accommodate the cylindrical protrusion and the conical tip of the upper disk, and holes are made on its periphery to accommodate threaded fasteners connecting the disks to each other. On the outer surface of the lower disk, a groove is made for the placement and fastening of the test sample. The fasteners are placed in the holes of the lower disk with a gap, and the height of the cylindrical protrusion of the upper disk is made to ensure free swing relative to the lower disk (see RF patent No. 2390754, IPC G01N 3/56, 2010) - the closest analogue.

В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что для используемого в устройстве привода возвратно-поступательного перемещения контробразца характерно постоянное изменение скорости его перемещения относительно образца, что приводит к постоянному изменению условий контакта образца и контробразца, а следовательно, постоянному изменению измеряемой силы трения, что затрудняет обработку результатов исследования силы трения и снижает точность измерения. Весьма важно также и то, что настройка положения испытуемого образца относительно контробразца весьма сложна, что может привести к неполному прилеганию их контактирующих поверхностей, а это также приводит к снижению точности измерений.As a result of the analysis of the known device, it should be noted that the reciprocating drive of the counter-sample used in the device is characterized by a constant change in its speed relative to the sample, which leads to a constant change in the contact conditions of the sample and the counter-sample, and therefore, a constant change in the measured friction force, which makes it difficult processing the results of studies of the friction force and reduces the accuracy of the measurement. It is also very important that the adjustment of the position of the test sample relative to the counter-pattern is very complicated, which can lead to incomplete fit of their contacting surfaces, and this also leads to a decrease in the measurement accuracy.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение точности измерения силы трения между образцами за счет обеспечения постоянной скорости относительного перемещения образцов при измерении силы трения между их контактирующими поверхностями, а также за счет обеспечения полного прилегания друг к другу контактирующих поверхностей образцов.The technical result of this utility model is to increase the accuracy of measuring the friction force between the samples by ensuring a constant speed of relative movement of the samples when measuring the friction force between their contacting surfaces, as well as by ensuring full contact of the contacting surfaces of the samples.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для исследования материалов на трение, содержащем плиту, держатели верхнего и нижнего образцов, привод перемещения нижнего образца относительно верхнего, а также измеритель силы трения между образцами, новым является то, что устройство оснащено стойками, закрепленными на плите, верхней и нижней пластинами, нижняя из которых закреплена на стойках, а верхняя - на нижней пластине, привод перемещения нижнего образца выполнен в виде привода вращения, размещенного между стойками, держатель нижнего образца выполнен в виде ложемента, закрепленного на выходном валу привода вращения, держателем верхнего образца является отверстие для его размещения, выполненное в верхней пластине, при этом измеритель силы трения выполнен в виде установленного на верхней пластине граммометра, содержащего чувствительный элемент в виде мембраны вилкообразной формы, имеющей возможность контакта с верхним образцом и установленными на ней тензодатчиками.The specified technical result is ensured by the fact that in the device for studying friction materials containing a plate, the holders of the upper and lower samples, the drive for moving the lower sample relative to the upper, as well as the friction force meter between the samples, it is new that the device is equipped with racks fixed to plate, upper and lower plates, the lower of which is mounted on the uprights, and the upper - on the lower plate, the drive for moving the lower sample is made in the form of a rotation drive located between the stands kami, the holder of the lower sample is made in the form of a lodgement mounted on the output shaft of the rotation drive, the holder of the upper sample is an opening for its placement, made in the upper plate, while the friction force meter is made in the form of a gramometer mounted on the upper plate containing a sensing element in the form membranes of a fork-shaped form, with the possibility of contact with the upper sample and strain gauges mounted on it.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которыхThe essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which

- на фиг. 1 - устройство для исследования материалов на трение, фронтальный вид;- in FIG. 1 - device for the study of materials for friction, front view;

- на фиг. 2 - устройство, вид сверху;- in FIG. 2 - device, top view;

- на фиг. 3 - разрез а-а по фиг. 2.- in FIG. 3 is a section aa of FIG. 2.

Устройство для исследования материалов на трение содержит плиту 1 с установочными опорами 2 по нижней ее плоскости. На верхней плоскости плиты 1 смонтированы вертикально две выполненные в виде пластин стойки 3, на обращенных друг к другу поверхностях которых установлены проставки 4, выполненные из упругого материала.A device for studying materials for friction contains a plate 1 with mounting supports 2 along its lower plane. Two racks 3 made in the form of plates are mounted vertically on the upper plane of the plate 1; spacers 4 made of elastic material are mounted on surfaces facing each other.

Устройство содержит привод 5, установленный между проставками 4 на стойках 3. Привод 5 выполнен известным образом в виде привода вращения, например в виде электропривода – мотор-редуктора. Выходной вал привода расположен вертикально вверх.The device comprises a drive 5, mounted between the spacers 4 on the racks 3. The drive 5 is made in a known manner in the form of a rotation drive, for example in the form of an electric drive - a gear motor. The drive output shaft is vertically up.

Устройство также содержит нижнюю пластину 6, смонтированную на стойках 3, и верхнюю пластину 7, смонтированную на пластине 6 с возможностью вертикального регулируемого перемещения относительно нее.The device also includes a lower plate 6 mounted on the uprights 3, and an upper plate 7 mounted on the plate 6 with the possibility of vertically adjustable movement relative to it.

На верхней пластине 7 смонтирован измеритель силы трения - граммометр 8, содержащий чувствительный элемент - вилкообразную мембрану 9 и тензодатчики 10 (например, тензорезисторы BF 350-3ЕВ), наклеенные на мембрану и обеспечивающие измерение нагрузки (силы трения) от нескольких сотых грамма. В конструкции устройства вместо тензометрического может быть использован и механический граммометр, например Г 0,05, но точность контроля силы трения при этом снижается.A friction force meter, a gramometer 8, is mounted on the upper plate 7; it contains a sensitive element — a fork-shaped membrane 9 and strain gauges 10 (for example, BF 350-3EV strain gages), which are glued to the membrane and provide a measurement of the load (friction force) from a few hundredths of a gram. Instead of a strain gauge, a mechanical gramometer, for example, G 0.05, can be used in the design of the device, but the accuracy of controlling the friction force is reduced.

Выходной вал привода 5 находится в окне (позицией не обозначено), выполненном в центральной части пластины 6. На выходном валу привода 5 установлен держатель 11 нижнего образца, выполненный в виде ложемента и предназначенный для укладки и фиксации в нем нижнего испытуемого образца 12. Держателем верхнего образца является выполненное в верхней пластине 7 напротив окна нижней пластины отверстие (позицией не обозначено). Данное отверстие предназначено для установки в него верхнего испытуемого образца 13 с возможностью контакта своей торцевой поверхностью с торцевой поверхностью нижнего образца 12, который фиксируется в ложементе 11 посредством стопорного винта 14. Выполнение привода нижнего образца в виде привода вращения, по сравнению с приводом возвратно-поступательного перемещения аналога, обеспечивает движение (вращение) нижнего образца с постоянной скоростью относительно верхнего образца, что создает оптимальные условия для работы измерителя силы трения - граммометра.The output shaft of the actuator 5 is located in the window (not indicated by the position) made in the central part of the plate 6. On the output shaft of the actuator 5 there is a holder 11 for the lower specimen, made in the form of a lodgement and designed for laying and fixing the lower test specimen 12. The upper holder the sample is a hole made in the upper plate 7 opposite the window of the lower plate (the position is not indicated). This hole is intended for installation in it of the upper test sample 13 with the possibility of contact by its end surface with the end surface of the lower sample 12, which is fixed in the tool tray 11 by means of a locking screw 14. The drive of the lower sample in the form of a rotation drive, compared with a reciprocating drive the movement of the analogue, provides the movement (rotation) of the lower sample at a constant speed relative to the upper sample, which creates optimal conditions for the operation of the force meter friction - gram.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сила трения - сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами (см. ГОСТ 27674-88).Friction force is the resistance force during the relative movement of one body over the surface of another under the action of an external force, tangentially directed to the common border between these bodies (see GOST 27674-88).

Для измерения силы трения в устройстве используется вилкообразная мембрана 9 с тензорезисторами 10, электрическое сопротивление которых меняется из-за их деформации вместе с мембраной под воздействием силы трения скольжения торцевой поверхности верхнего образца 13 по торцевой поверхности нижнего образца 12 при проведении испытаний.To measure the friction force in the device, a fork-shaped membrane 9 with strain gauges 10 is used, the electrical resistance of which changes due to their deformation together with the membrane under the influence of the sliding friction force of the end surface of the upper sample 13 along the end surface of the lower sample 12 during testing.

Для проведения испытаний, если это необходимо, регулируют расстояние между пластинами 6 и 7. Нижний образец 12 устанавливают в ложементе 11 и фиксируют винтом 14. Верхний образец 13 помещают в отверстие верхней пластины 7 до контакта с нижним образцом 12, при этом вилкообразная мембрана подведена вплотную к верхнему образцу, но не касается его.For testing, if necessary, adjust the distance between the plates 6 and 7. The lower sample 12 is installed in the lodgement 11 and fixed with a screw 14. The upper sample 13 is placed in the hole of the upper plate 7 until it contacts the lower sample 12, while the fork-shaped membrane is brought close to the upper sample, but does not apply to it.

Включают привод 5 вращения ложемента, в результате чего приводится во вращение ложемент 11 с установленным в нем образцом 12. При вращении нижнего образца 12 контактирующий с ним верхний образец 13 из-за наличия трения скольжения между контактирующими (трущимися) поверхностями образцов перемещается к вилкообразной мембране 9, упирается в нее и деформирует мембрану под воздействием силы трения с нижним образцом. Вилкообразная форма мембраны в данном случае является оптимальной, так как охватывает верхний образец по образующей поверхности и обеспечивает надежный контакт с образцом. Деформация мембраны 9 вызывает деформацию и соответствующее изменение сопротивления тензодатчиков 10, которое изменяется пропорционально упругой деформации мембраны и отображается на тензометрическом модуле (преобразователе сигналов тензодатчиков, например, EMS168 - не показан) численным значением силы, вызвавшей эту деформацию, т.е. численным значением силы трения.The lodgement rotation drive 5 is turned on, as a result of which the lodgement 11 is rotated with the sample 12 installed in it. When the lower sample 12 is rotated, the upper sample 13 in contact with it moves due to sliding friction between the contacting (rubbing) surfaces of the samples towards the fork-shaped membrane 9 rests on it and deforms the membrane under the influence of friction with the lower sample. The fork-like shape of the membrane in this case is optimal, since it covers the upper sample along the generatrix surface and ensures reliable contact with the sample. The deformation of the membrane 9 causes a deformation and a corresponding change in the resistance of the strain gauges 10, which changes in proportion to the elastic deformation of the membrane and is displayed on the strain gauge module (signal transducer of strain gauges, for example, EMS168 - not shown) by the numerical value of the force that caused this deformation, i.e. the numerical value of the friction force.

Полученные сведения о силе трения позволяют судить о трибонадежности материалов и узлов трения на стадии проектирования деталей машин, а также подобрать материалы и смазку трущейся пары, обеспечивающих наибольшую износостойкость, которая соответствует минимальной силе трения трущихся поверхностей, в том числе с покрытиями.The obtained information on the friction force allows one to judge the tribo-reliability of materials and friction units at the stage of designing machine parts, as well as to select materials and lubricants of the friction pair that provide the greatest wear resistance, which corresponds to the minimum friction force of friction surfaces, including with coatings.

Устройство просто конструктивно, компактно, обеспечивает при работе быстрое и точное определение силы трения между образцами при исследовании их на трение.The device is simply constructive, compact, provides during operation a quick and accurate determination of the friction force between the samples when examining them for friction.

Claims

A device for the study of friction materials containing a plate, holders of the upper and lower samples, a drive for moving the lower sample relative to the upper one, and also a friction force meter between the samples, characterized in that the device is equipped with racks mounted on the plate, upper and lower plates, the lower of which are mounted on the uprights, and the upper one on the lower plate, the drive for moving the lower sample is made in the form of a rotation drive located between the racks, the holder of the lower sample is made in the form of a lodgement, mounted on the output shaft of the rotation drive, the holder of the upper sample is an opening for its placement, made in the upper plate, while the friction force meter is made in the form of a gramometer mounted on the upper plate containing a sensing element in the form of a fork-shaped membrane that can contact with the upper sample and strain gauges installed on it.