RU2531124C1

RU2531124C1 - Device to test materials for friction and wear

Info

Publication number: RU2531124C1
Application number: RU2013129644/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Валентинович Мешков; Олег Вениаминович Сутягин; Станислав Викторович Мединцев
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-10-20

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: device comprises a base, a loading unit, connected to a wear sensor, a recording instrument, a rotation drive, interacting with a holder of a countersample, a force meter with elastic elements and deformation sensors. The force meter additionally comprises a ring, at the end sides of which there are elastic elements fixed radially, made in the form of plates, three of which, perceiving the resistance torque from the sample holder are symmetrically installed on a rib at the upper side of the ring. Free ends of the plates are limited at two sides by stops, and three elastic elements that perceive the normal load are mounted symmetrically in respect to each other at the lower side of the ring, at the same time the planes of the ring and the plates are combined.

EFFECT: simplified design and increased accuracy of measurement.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике исследования триботехнических свойств материалов и покрытий и может быть использовано при испытаниях на трение и износ.The invention relates to techniques for the study of the tribological properties of materials and coatings and can be used in friction and wear tests.

Известно устройство для испытаний материалов на трение и износ, содержащее три массивные плиты, соединенные стойками. Нижняя плита служит основанием для установки, на верхней плите закреплено устройство для нагружения. На средней плите закреплен нижний образец держатель, на хвостовике которого установлен радиальный шарикоподшипник. На внешнем кольце подшипника запрессовано зубчатое колесо, соединенное с помощью штифтов с чашкой, которая может свободно перемещаться относительно колеса в вертикальном направлении, и не может проворачиваться относительно него. В двух взаимно перпендикулярных направлениях в чашке выполнены прямые пазы, в которые вставлены плоские пружины с наклеенными тензодатчиками. Другим концом пружины закреплены в пазах головок винтов, ввернутых в оправку, в центре которой запрессован шаровой индентор. Плоские пружины закреплены в головках винтов, ввернутых в оправку стопорными винтами. Зубчатое колесо находится в зацеплении с шестерней, закрепленной неподвижно на валу электродвигателя [Н.М. Михин. Внешнее трение твердых тел. М.: Издательство «Наука», 1977, с.118-121].A device for testing materials for friction and wear, containing three massive plates connected by racks. The bottom plate serves as the basis for installation, the device for loading is fixed on the top plate. A lower specimen holder is fixed on the middle plate, on the shank of which a radial ball bearing is mounted. A gear wheel is pressed onto the outer ring of the bearing, connected with pins to a cup, which can freely move relative to the wheel in the vertical direction and cannot rotate relative to it. In two mutually perpendicular directions, straight grooves are made in the cup, into which flat springs with glued strain gauges are inserted. The other end of the spring is fixed in the grooves of the screw heads screwed into the mandrel, in the center of which a ball indenter is pressed in. Flat springs are fixed in the heads of the screws screwed into the mandrel with locking screws. The gear wheel is engaged with the gear fixed to the motor shaft [N.M. Mihin. External friction of solids. M .: Publishing house "Science", 1977, p.118-121].

Недостатком данного устройства является искажение при определении нормальной нагрузки из-за потерь на трение и из-за перекосов в сопряжении вал-втулка, а также из-за наличия шарикоподшипника в приводе вращения приводящего к погрешности в измерении момента трения и трудности реализации торцевой схемы трения.The disadvantage of this device is the distortion in determining the normal load due to friction losses and due to distortions in the shaft-sleeve interface, as well as due to the presence of a ball bearing in the rotation drive, which leads to an error in measuring the friction moment and the difficulty in implementing the end friction circuit.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для испытания материалов на трение и износ, содержащее основание, размещенные на нем держатель контробразца, взаимодействующий с приводом вращения, держатель образца, узел нагружения и тензодатчики измерения момента трения и износа, при этом привод вращения контробразца имеет возможность контролируемого датчиками возвратно-поступательного перемещения вдоль вертикальной оси устройства от кинематически связанного с ним узла нагружения, выполненного в виде силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, а вход блока связан с выходами тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя, выполненного в виде держателя образца [RU, №2073846, МПК G01N 3/56, 1997].The closest in technical essence is a device for testing materials for friction and wear, containing a base, a counter-sample holder placed on it, interacting with a rotation drive, a sample holder, a loading unit and strain gauges for measuring friction and wear moment, while the counter-sample rotation drive has the ability to be controlled sensors reciprocating along the vertical axis of the device from a kinematically connected load node, made in the form of a power drive , the input of which is connected with the output of the reference unit and maintaining a constant normal load, and the input of the block is connected with the outputs of the load cells located on the elastic elements of the force meter, made in the form of a sample holder [RU, No. 2073846, IPC G01N 3/56, 1997].

Недостатком данного изобретения являются ограниченные габариты привода вращения, изготовление упругих элементов, предназначенных для измерения нормальной нагрузки и момента сопротивления, в виде одной детали, что негативно сказывается на точности измерения параметров испытаний. Наличие в приводе задания нормальной нагрузки пары винт-гайка и электродвигателя усложняет устройство.The disadvantage of this invention is the limited dimensions of the rotation drive, the manufacture of elastic elements designed to measure normal load and moment of resistance, in the form of one part, which negatively affects the accuracy of the measurement of test parameters. The presence in the drive of the normal load assignment of a screw-nut pair and an electric motor complicates the device.

Задачей изобретения является разработка устройства для испытания материалов на трение и износ с измененной компоновкой конструкции, устраняющей в приводе нормальную нагрузку пары винт-гайка и электродвигателяThe objective of the invention is to develop a device for testing materials for friction and wear with a modified design that eliminates the normal load in the drive of a pair of screw-nut and motor

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения.The technical result of the invention is to simplify the design and improve the accuracy of measurement.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что устройство для испытания материалов на трение и износ содержит основание, узел нагружения, связанный с датчиком износа, регистрирующий прибор, привод вращения, взаимодействующий с держателем контробразца, силоизмеритель с упругими элементами и датчики деформации. Согласно изобретению силоизмеритель дополнительно содержит кольцо, на торцевых сторонах которого радиально закреплены упругие элементы, выполненные в виде пластин, три из которых, воспринимающие момент сопротивления от держателя образца, симметрично установлены на ребро с верхней стороны кольца, при этом свободные концы пластин ограничены с двух сторон упорами, а три упругих элемента, воспринимающих нормальную нагрузку, смонтированы симметрично по отношению друг к другу с нижней стороны кольца, при этом плоскости кольца и пластин совмещены. При этом узел нагружения, связанный с основанием кронштейном, выполнен в виде груза, противовеса и рычага, взаимодействующего с направляющей, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения.The task and the specified technical result are achieved in that the device for testing materials for friction and wear contains a base, a loading unit associated with a wear sensor, a recording device, a rotation drive interacting with a counter-sample holder, a force meter with elastic elements and deformation sensors. According to the invention, the force meter further comprises a ring, on the end sides of which elastic elements made in the form of plates are radially fixed, three of which, receiving the moment of resistance from the sample holder, are symmetrically mounted on the rib on the upper side of the ring, while the free ends of the plates are limited on both sides stops, and three elastic elements that accept a normal load are mounted symmetrically with respect to each other from the bottom of the ring, while the plane of the ring and the plates of the escheny. In this case, the loading unit associated with the base of the bracket is made in the form of a load, a counterweight and a lever interacting with a guide having the possibility of reciprocating movement.

Расположение упругих элементов с двух противоположных сторон кольца, дополнительно введенного в силоизмеритель, обеспечивает повышение точности измеряемых характеристик за счет разделения упругих элементов, а введение в конструкцию узла нагружения, выполненного в виде груза, противовеса и рычага, связанного с основанием кронштейном и взаимодействующего с направляющей, обеспечивает упрощение конструкции.The location of the elastic elements from two opposite sides of the ring, additionally introduced into the force meter, improves the accuracy of the measured characteristics by separating the elastic elements, and the introduction to the design of the loading unit, made in the form of a load, a counterweight and a lever connected to the base of the bracket and interacting with the guide, simplifies design.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, вид спереди; на фиг.2 - сечение A-A на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a diagram of a device, front view; figure 2 is a section A-A in figure 1.

Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит основание 1, узел нагружения, связанный с датчиком износа 2, регистрирующий прибор 3, привод вращения 4, взаимодействующий с держателем 5 контробразца 6. Силоизмеритель содержит упругие элементы 7, воспринимающие момент сопротивления от держателя образца, и упругие элементы 8, воспринимающих нормальную нагрузку, а также датчики деформации 9, 10. Упругие элементы 7 и 8 выполнены в виде пластин и закреплены радиально на кольце 11 с торцевых его сторон. При этом три упругих элемента 7, воспринимающие момент сопротивления от держателя 12 образца 13, симметрично установлены на ребро с верхней стороны кольца 11, свободные концы пластин ограничены с двух сторон упорами 14, а три упругих элемента 8, воспринимающих нормальную нагрузку, смонтированы симметрично по отношению друг к другу с нижней стороны кольца 11, при этом плоскости кольца 11 и пластин 8 совмещены. Узел нагружения, связанный с основанием 1 кронштейном 15, выполнен в виде груза 16, противовеса 17 и рычага 18, взаимодействующего с направляющей 19, имеющей возможность возвратно-поступательного перемещения.A device for testing materials for friction and wear includes a base 1, a loading unit associated with a wear sensor 2, a recording device 3, a rotation drive 4 interacting with a holder 5 of counter-sample 6. The force meter contains elastic elements 7 that sense the moment of resistance from the sample holder, and elastic elements 8, perceiving a normal load, as well as strain gauges 9, 10. The elastic elements 7 and 8 are made in the form of plates and are mounted radially on the ring 11 from its end sides. In this case, three elastic elements 7, which receive the moment of resistance from the holder 12 of the sample 13, are symmetrically mounted on the rib from the upper side of the ring 11, the free ends of the plates are bounded on both sides by stops 14, and three elastic elements 8, which accept the normal load, are mounted symmetrically with respect to to each other from the lower side of the ring 11, while the plane of the ring 11 and the plates 8 are aligned. The loading unit associated with the base 1 of the bracket 15 is made in the form of a load 16, a counterweight 17 and a lever 18, interacting with the guide 19, with the possibility of reciprocating movement.

Устройство для испытания материалов на трение и износ работает следующим образом. Контробразец 6 устанавливают в держатель 5 контробразца 6, а образец 13 - в держатель 12. Груз 16 и противовес 17 задает необходимую нормальную нагрузку, передает ее через рычаг 15 и направляющую 19 упругим элементам 8, деформируя их. Привод вращения 4 передает крутящий момент паре трения, прижимая контробразец 6 к образцу 12. При этом тангенсальная нагрузка деформирует упругие элементы 7. Датчики 9 и 10 линейных перемещений отражают величину деформации упругих элементов 7 и 8 и передают их на регистрирующий прибор 3.A device for testing materials for friction and wear is as follows. Counter-sample 6 is installed in holder 5 of counter-sample 6, and sample 13 - in holder 12. The load 16 and the counterweight 17 sets the necessary normal load, transfers it through the lever 15 and the guide 19 to the elastic elements 8, deforming them. The rotation drive 4 transmits the torque to the friction pair, pressing the counter-sample 6 against the sample 12. In this case, the tangential load deforms the elastic elements 7. The linear displacement sensors 9 and 10 reflect the strain value of the elastic elements 7 and 8 and transfer them to the recording device 3.

В ходе испытаний происходит износ пары трения, величину которого регистрирует датчик износа 2 и передает ее на регистрирующий прибор 3.During the tests, the wear of the friction pair occurs, the value of which is recorded by the wear sensor 2 and transfers it to the recording device 3.

Выполнение устройства в данном виде позволяет:The implementation of the device in this form allows you to:

1. Повысить точность за счет разделения упругих элементов;1. Improve accuracy by separating the elastic elements;

2. Устранить ограничения привода вращения по мощности и габаритам за счет изменения компоновки конструкции;2. Eliminate the limitations of the rotation drive in terms of power and dimensions by changing the design layout;

3. Упростить конструкцию за счет устранения в приводе нормальной нагрузки пары винт-гайка и электродвигателя.3. To simplify the design by eliminating the normal load of the screw-nut and motor pairs in the drive.

Данное изобретение находится на стадии лабораторных испытаний.This invention is at the stage of laboratory testing.

Claims

1. A device for testing materials for friction and wear, containing a base, a loading unit associated with a wear sensor, a recording device, a rotation drive interacting with a counter sample holder, a force meter with elastic elements and deformation sensors, characterized in that the force meter further comprises a ring, on the end sides of which elastic elements made in the form of plates are radially fixed, three of which, sensing the moment of resistance from the sample holder, are symmetrically mounted on on the upper side of the ring, with the free ends of the plates are bounded on both sides by stops and three elastic elements, which receive the normal load, are mounted symmetrically with respect to each other from the lower side of the ring, the ring plane and the wafer are aligned.

2. The device according to claim 1, characterized in that the loading unit associated with the base of the bracket is made in the form of a load, a counterweight and a lever interacting with a guide having the possibility of reciprocating movement.