PL214201B1 - Urzadzenie do badania tarcia w zlozonym ruchu toczno-slizgowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badania tarcia w złożonym ruchu toczno-ślizgowym, znajdującym zastosowanie w badaniach naukowych, do sporządzania ekspertyz oraz w przemyśle do kontroli produkowanych materiałów.

Znane z polskiego opisu patentowego 177192 urządzenie do badania tarcia i zużycia elementów smarowanych i niesmarowanych, charakteryzujące się tym, że próbka w kształcie trzpienia lub kulki dociskana jest do powierzchni czołowej obracającej się przeciwpróbki w kształcie tarczy. Próbka umieszczona jest nieruchomo w dźwigni poprzez uchwyt i dociskana do przeciwpróbki obciążnikami umieszczonymi na wsporniku wychylnym, którego oś pokrywa się z pionową osią próbki a kierunek działania siły tarcia pokrywa się z osią popychacza i przetwornika pomiarowego zamocowanego na wsporniku przytwierdzonym przesuwnie na podstawce. Dźwignia związana trwale z wałkiem ułożyskowana jest przesuwnie w płaszczyźnie pionowej i obrotowo w płaszczyźnie poziomej, we wsporniku, który poprzez śruby związany jest z podstawką i korpusem. Wałek w części dolnej podparty jest zespołem dźwigni i obciążnikami służącymi do wyważenia dźwigni wraz z zamocowaną próbką. Silnik zasilany ze sterownika napędza wrzeciono poprzez przekładnię pasową z pasem zębatym. Na wrzecionie ułożyskowanym w tulei sztywno związanej z korpusem umieszczony jest z jednego końca nadajnik impulsów czujnika obrotów i czujnika prędkości obrotowej, natomiast z drugiej strony wrzeciono ma zamocowaną na wpuście tarczę oporową, na której zamocowana jest przeciwpróbka poprzez nakrętkę. Czujnik obrotów i czujnik prędkości obrotowej przymocowane są na stałe do tulei.

Z polskiego zgłoszenia patentowego nr 275860 znane jest urządzenie do badania tarcia w ruchu posuwisto-zwrotnym o regulowanych wymuszeniach. Urządzenie to charakteryzuje się tym, że wymienna próbka wraz z pokrywającym ją czynnikiem smarnym jest umieszczona w sposób umożliwiający zmianę jej położenia w pojemniku endotermicznym, osadzonym w kształtowym uchwycie gniazdowym zainstalowanym w termoizolacyjnej obudowie, która składa się z termoizolacyjnej, stałej części dolnej i termoizolacyjnej pokrywy górnej. Zewnętrzna powierzchnia dna pojemnika jest umieszczona na baterii termoelektrycznych modułów chłodząco grzejnych, przyłączonych do elektrycznego układu sterująco-zasilającego i osadzonych wraz z elementami termoizolacyjnej obudowy na korpusie ruchowym, mającym konwekcyjne radiatory i wspartym ruchowo na poziomych prowadnicach z łożyskiem tocznym, mocowanych w korpusie urządzenia. W dolnej części korpusu znajduje się mechanizm napędowy ruchu posuwisto-zwrotnego korpusu ruchomego. Przeciwpróbka jest umocowana w specjalnym uchwycie samocentrującym pionowo przesuwnego, drążonego trzpienia obciążającego, osadzonego suwliwie za pośrednictwem obsady tocznej w tulei prowadzącej umocowanej do ramy tensometrycznej. Od góry na trzpień drążony naciska dźwignia obciążeniowa osadzona wahliwie w górnej części korpusu i elastycznie obciążona cięgnem poprzez sprężynę napinaną śrubą. W górnej części trzpienia jest osadzony poprzeczny sworzeń wywierający nacisk na ruchomą końcówkę głowicy pomiarowej czujnika przemieszczeń osadzonej na tulei prowadzącej. Sworzeń jest wykorzystywany jako oś rolki pośredniczącej w przekazywaniu nacisku dźwigni na trzpień. Na zewnętrznej powierzchni ramy tensometrycznej są umieszczone tensometryczne paski pomiarowe, a przez przelotowy otwór trzpienia drążonego są przeprowadzone przewody termopary stykającej się z przeciwpróbką.

Sposób i urządzenie do badania ciernego zużycia materiałów znane są z opisu patentowego ZSSR nr SU1744588. Urządzenie ma zamocowaną w podstawie, kątową dźwigni, na ramie której pionowo umieszczony jest ruchomy wózek z ułożyskowaniem, przemieszczany siłownikiem hydraulicznym, w ruchu posuwisto-zwrotnym. Do wózka zamocowana jest platforma z przeciwpróbką. Ponadto na podstawie umocowana jest obrotowo dźwignia kątowa z obciążeniem na jednym ramieniu oraz zamocowana jest ułożyskowana próbka w kształcie walca, obracane poprzez wał napędowy silnika.

Tester pomiarowy energii zużycia ciernego opon samochodowych znany jest z japońskiego opisu patentowego nr JP8128937, w którym na podstawie umieszczony jest wózek poruszany w ruchy posuwisto-zwrotnym przemieszczany za pomocą silnika poprzez system przekładni pasowoślimakowo-śrubowych, przy czym na ruchomym wózku jest zamocowana platforma z materiału nawierzchni, w której zainstalowany jest czujnik pomiarowy energii zużycia ciernego opony osadzonej na kole napędowym, obracanym przez wał napędowy za pomocą silnika.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że ruchoma platforma z przeciwpróbką jest ułożyskowana i zamocowana na ruchomym wózku poprzez przetwornik siły tarcia, natomiast w podstawie umocowane jest ramię obrotowe z przetwornikiem siły nacisku na zewnętrznym końcu, zaś na wewnętrznym końcu ma ułożyskowaną próbkę obracaną poprzez podatny wał napędowy.

PL 214 201 Β1

Zasadniczą korzyścią wynalazku jest znaczne uproszczenie procedur badawczych oraz ograniczenie ilości urządzeń niezbędnych do przeprowadzenia kompleksowych badań tribologicznych pary materiałów. Urządzenie umożliwia przeprowadzenie badań zarówno statycznego jak i kinematycznego współczynnika tarcia. Pozwala również na prowadzenie badań zarówno podczas ruchu ślizgowego, tocznego oraz toczno-ślizgowego. Możliwe jest dowolne dobieranie stosunku toczenia do ślizgania. Umożliwia też prowadzenie badań w ruchu posuwisto-zwrotnym a w ruchu ciągłym w obydwu kierunkach tarcia ślizgowego. Urządzenie pozwala na prowadzenie badań tarcia w złożonym ruchu ze sterowaniem w sposób ciągły wartościami wymuszeń takimi jak: siła nacisku, prędkość poślizgu, prędkość toczenia. Poprzez zastosowanie układu podwójnego wózka pozwolono na zredukowanie zakłóceń pomiaru związanych z bezwładnością mechaniczną układu.

Ponadto urządzenie może być stosowane do badania tarcia elementów podczas ruchu ślizgowego, tocznego i toczno-ślizgowego zawierające obracającą się próbkę w postaci walca, dociskaną do powierzchni przeciwpróbki w postaci płytki, poruszającą się ruchem posuwisto-zwrotnym, a także zawierające układ kontroli nacisku oraz prędkości ślizgania i toczenia wraz z układem pomiarowym siły tarcia i nacisku. Urządzenie umożliwia przeprowadzenie pomiaru siły tarcia występującej pomiędzy parą współpracujących materiałów przy zadanych warunkach ruchowych. Urządzenie pomiarowe poprzez swoją uniwersalność może zastąpić szereg wyspecjalizowanych stanowisk służących do pomiaru tarcia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do badania tarcia w złożonym ruchu toczno-ślizgowym w rzucie aksonometrycznym. fig. 2 - urządzenie do badania tarcia w złożonym ruchu toczno-ślizgowym w widoku z boku, a fig. 3 - ruchomą platformę z próbką i przeciw próbką.

Urządzenie do badania tarcia w złożonym ruchu toczno-ślizgowym składa się z podstawy 1, na której znajduje się ruchomy wózek 2. Wózek 2 posiada możliwość poruszania się w kierunku jednej osi. Wózek 2 poruszany jest przez siłownik 3 przymocowany jednym końcem do podstawy 1, a drugim do ruchomego wózka 2. Na wózku 2 znajduje się ruchoma platforma 4, do której przymocowana jest przeciwpróbka 5. Platforma 4 mocowana jest do wózka 2 poprzez przetwornik siły tarcia 6. Ruchoma platforma 4 łożyskowana jest względem ruchomego wózka 2 dając możliwość przesuwania się tylko w jednej osi zgodnej z kierunkiem ruchu wózka 2. Do podstawy 1 mocowane jest ramię obrotowe 7. Na zewnętrznym końcu 8 ramienia obrotowego 7 znajduje się przetwornik siły nacisku 9. Siła nacisku F_n, wywoływana jest przez siłownik 10 połączony jednym końcem z podstawą 1, a drugim końcem z przetwornikiem siły nacisku 9. Na wewnętrznym końcu 11 ramienia obrotowego 7 znajduje się łożyskowana próbka 12 w kształcie walca. Próbka 12 ma możliwość obracania się względem ramienia obrotowego 7. Silnik napędzający 13 próbkę przymocowany jest do podstawy 1. Moment obrotowy przenoszony jest z silnika napędzającego 13 na próbkę 12 poprzez podatny wał napędowy 14. Wał napędowy 14 pozwala na pracę przy przesuniętych osiach obrotu próbki 12 oraz silnika napędzającego 13.

Działanie urządzenia polega na tym, że podczas pomiaru zadaje się parametry kinematyczne takie jak prędkość poślizgu n. Prędkość obrotowa n próbki 12 oraz siła nacisku F_n wywierana jest przez siłownik 10, który pociąga z zadaną siłą ramię obrotowe 7 działające na zasadzie dźwigni i dociska z siłą F_n próbkę 12 do powierzchni przeciwpróbki 5. Prędkość obrotowa n próbki 12 równa jest prędkości obrotowej silnika napędzającego 13. Przeniesienie napędu z silnika 13 na próbkę 12 odbywa się przez podatny wał napędowy 14, który posiada możliwość przenoszenia momentu obrotowego pomiędzy przesuniętymi osiami obrotowymi. Spowodowane jest to tym, że podczas obciążania próbki 12 siłą nacisku F_n następuje wychylenie ramienia obrotowego 7 i przesunięcie osi obrotowej próbki 12 względem silnika napędzającego 13. Próbka 12 posiada możliwość obrotu w obu kierunkach z zadaną prędkością obrotową n. Powstająca siła tarcia F_t pomiędzy próbką 12 a przeciwpróbką 5, mierzona jest przez przetwornik siły tarcia 6. Prędkość poślizgu v przeciwpróbki 5 zgodna jest z wartością prędkości ruchu siłownika 3. Siłownik 3 porusza ruchomy wózek 2, na którym znajduje się łożyskowana ruchoma platforma 4. Ruchoma platforma 4 ma możliwość poruszania się względem ruchomego wózka 2 w kierunku działania siły tarcia F_t. Wartość przemieszczeń jest równa wartości ugięcia przetwornika siły tarcia 6.

Zredukowanie zakłóceń pomiaru związanych z bezwładnością mechaniczną układu jest zrealizowane poprzez umieszczenie ruchome platformy 4 na ruchomym wózku 2.

PL 214 201 Β1

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. Podstawa,

2. Ruchomy wózek,

3. Siłownik,

4. Ruchoma platforma,

5. Przeciwpróbka,

6. Przetwornik siły tarcia,

7. Obrotowe ramie,

8. Zewnętrzny koniec ramienia obrotowego,

9. Przetwornik siły nacisku,

10. Siłownik,

11. Wewnętrzny koniec ramienia obrotowego,

12. Próbka,

13. Silnik napędzający,

14. Wał napędowy.

Claims (1)

1. Urządzenie do badania tarcia w złożonym ruchu toczno-ślizgowym, zawierające podstawę, na której umieszczony jest ruchomy wózek poruszany ruchem posuwisto-zwrotnym siłownikiem przymocowanym jednym końcem do podstawy, a drugim do ruchomego wózka, a na wózku zamocowana jest ruchoma platforma z przeciwpróbką w postaci płytki, przy czym przeciwpróbka jest dociskana zamocowaną obrotowo w podstawie próbką w postaci walca, ponadto zawiera układ kontroli nacisku oraz prędkości ślizgania i toczenia wraz z układem pomiarowym siły tarcia, znamienne tym, że ruchoma platforma (4) z przeciwpróbką (5) jest ułożyskowana i zamocowana na ruchomym wózku (2) poprzez przetwornik siły tarcia (6), natomiast w podstawie (1) umocowane jest ramię obrotowe (7) z przetwornikiem siły nacisku (9) na zewnętrznym końcu (8), zaś na wewnętrznym końcu (11) ma ułożyskowaną próbkę (12) obracaną poprzez podatny wał napędowy (14).