RU151872U1

RU151872U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE MOLECULAR COMPONENT OF THE FRICTION COEFFICIENT

Info

Publication number: RU151872U1
Application number: RU2014110287/28U
Authority: RU
Inventors: Виктор Петрович Тихомиров; Александр Георгиевич Стриженок; Владимир Иванович Воробьев; Станислав Григорьевич Волохов
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-04-20

Abstract

Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения содержит станину с установленным в ней образцом-конусом, образец-цилиндр в обойме на платформе, расположенной на подвижном столе, отличающийся тем, что верхний образец-конус связан со станиной через диамагнитную прокладку, на станине расположен магнитопровод с электромагнитной катушкой, в которой размещены образцы, обойма опирается на платформу через диамагнитную прокладку, вращение винта осуществляется микродвигателем.The device for determining the molecular component of the coefficient of friction contains a frame with a sample cone installed in it, a sample cylinder in a holder on a platform located on a movable table, characterized in that the upper sample cone is connected to the frame through a diamagnetic gasket, and a magnetic circuit with the electromagnetic coil in which the samples are placed, the holder rests on the platform through a diamagnetic gasket, the rotation of the screw is carried out by a micromotor.

Description

Полезная модель относится к области испытательной техники, в частности к приборам для определения коэффициента трения и их составляющих.The invention relates to the field of testing equipment, in particular to devices for determining the coefficient of friction and their components.

Известен прибор [Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с, С. 446.] для определения молекулярной составляющей коэффициента трения, т.е. прочности адгезионных связей, исследуемых материалов на срез, содержащий корпус, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держатели образцов с параллельными опорными плоскостями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленными в ней сферическим индентором, механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору момента.The known device [Kragelsky I.V. and other Fundamentals of calculations for friction and wear. M: Engineering, 1977. - 526 s, S. 446.] to determine the molecular component of the coefficient of friction, ie the strength of the adhesion bonds of the materials under study into a slice containing a housing, a loading mechanism, mounted against each other with the possibility of rapprochement, sample holders with parallel supporting planes, one of which interacts with the loading mechanism, a mandrel located between the holders with a spherical indenter fixed in it, rotation mechanism an indenter around its axis and a device for measuring the moment applied to the indenter.

Так как в известном приборе реализуется схема трения верчения, то в зоне контакта распределение скоростей неравномерно, они изменяются от 0 до V_max. Кроме того, необходимо измерять отпечаток в плоских образцах, так как в расчетную формулу входит радиус отпечатка. Это вносит дополнительные погрешности в определение молекулярной составляющей коэффициента трения в условиях трения скольжения.Since the rotation friction scheme is implemented in the known device, the velocity distribution in the contact zone is uneven, they vary from 0 to V _max . In addition, it is necessary to measure the print in flat samples, since the radius of the print is included in the calculation formula. This introduces additional errors in the determination of the molecular component of the friction coefficient under sliding friction conditions.

Известен прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения в условиях трения скольжения [А.С. №348927,]. Для этого механизм поворота индентора выполнен в виде установленного с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям деталей, и жестко закрепленного в оправке рычага, неподвижно установленного на нем сегмента, дуга которого описана из центра индентора и охватывает сегмент по дуге гибкой связи, на которую воздействует нагрузка, например подвешен груз.A known device for determining the molecular component of the coefficient of friction under sliding friction [A.S. No. 348927,]. For this, the indenter rotation mechanism is made in the form of a pivotally mounted set that can be rotated in a plane perpendicular to the supporting planes of the parts, and a segment rigidly fixed in the mandrel, the segment is fixed on it, the arc of which is described from the indenter center and spans the segment along the flexible connection arc load, for example a load is suspended.

Недостатком описанного технического решения является невозможность определения молекулярной составляющей коэффициента трения с учетом влияния внешнего магнитного поля.The disadvantage of the described technical solution is the impossibility of determining the molecular component of the friction coefficient, taking into account the influence of an external magnetic field.

В работе [Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.В. Браун и др: Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 576 с. С. 69] указывается, что магнитные поля способны оказывать существенное влияние на взаимодействие с окружающими материалами, приводит к новым процессам на поверхностях, к изменению теплофизических и механических свойств исходных твердых материалов, следовательно, и на коэффициент трения и его составляющие.In the work [Friction, wear and lubrication (tribology and tribotechnology) / A.V. Chichinadze, E.M. Berliner, E.V. Brown et al. ed. A.V. Chichinadze. - M.: Mechanical Engineering, 2003 .-- 576 p. P. 69] it is indicated that magnetic fields can significantly affect the interaction with surrounding materials, leads to new processes on surfaces, to a change in the thermophysical and mechanical properties of the original solid materials, and therefore to the friction coefficient and its components.

Известен прибор [патент RU №2279664], на котором установлен магнитопровод, с расположенной на нем электромагнитной катушкой, который образует вместе с держателем образцов, образцами и сферическим индентором общий магнитный контур, и источником тока, подключенными токопроводящими проводамик образцам.A device is known [patent RU No. 2279664], on which a magnetic circuit is mounted, with an electromagnetic coil located on it, which together with the sample holder, samples and a spherical indenter forms a common magnetic circuit, and a current source connected by conductive wires to the samples.

Недостатком описанного технического решения является то, что шаровый индентор практически всегда изготавливается только из подшипниковых сталей типа ШХ-15, что в лабораторных условиях сложно и трудоемко. Кроме того происходит неравномерное распределение нормальных и касательных напряжений по поверхности отпечатка, что приводит к неодинаковым условиям деформирования материала в точках вблизи оси вращения шарика и на периферии отпечатка.The disadvantage of the described technical solution is that the ball indenter is almost always made only of bearing steels of the ШХ-15 type, which is difficult and time-consuming in laboratory conditions. In addition, there is an uneven distribution of normal and tangential stresses over the surface of the indent, which leads to unequal conditions of deformation of the material at points near the axis of rotation of the ball and on the periphery of the indent.

Определение молекулярной составляющей коэффициента трения при пластической деформации может осуществляться методом вдавливания конусов.Determination of the molecular component of the coefficient of friction during plastic deformation can be carried out by the method of indentation of cones.

Этот метод весьма целесообразен для определения молекулярной составляющей и удельной силы трения (простота изготовления). Метод значительно выигрывает при наличии отверстия в образце, что гарантирует центрирование при базировании конусов перед испытанием и снижение неравномерности распределения нормального давления, которое имеет максимум под вершиной конуса [Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с, С. 448].This method is very suitable for determining the molecular component and the specific friction force (ease of manufacture). The method wins significantly when there is a hole in the sample, which guarantees centering when basing the cones before the test and reduces the uneven distribution of the normal pressure, which has a maximum under the top of the cone [Kragelsky I.V. and other Fundamentals of calculations for friction and wear. M.: Mechanical Engineering, 1977. - 526 s, S. 448].

В качестве прототипа использован конусный трибометр ТК-45/5 [Курова М.С. “Удельная сила трения и проводимость электрических контактов” автореферат на соискание ученой степени к.т.н. Калинин, 1982. - 21 с. С. 13-14], состоящий из станины, в верхней части которой закреплен верхний конусный образец. Под ним размещен второй образец в виде цилиндра со сквозным отверстием, который закреплен в обойме. Обойма жестко закреплена на подвижной платформе, расположенной на подвижном столе, который может перемещаться в вертикальном направлении. Нормальная сила создается динамометром. Обойма с нижним образцом поворачивается с помощью винта, что приводит к изгибу балки, на которой наклеены тензодатчики.As a prototype used conical tribometer TK-45/5 [Kurova M.S. “Specific Friction and Conductivity of Electrical Contacts” abstract for the degree of candidate of technical sciences Kalinin, 1982.- 21 p. S. 13-14], consisting of a bed, in the upper part of which an upper conical specimen is fixed. A second sample is placed under it in the form of a cylinder with a through hole, which is fixed in a holder. The clip is rigidly mounted on a movable platform located on a movable table, which can be moved in the vertical direction. Normal force is generated by a dynamometer. The holder with the lower specimen is rotated with a screw, which leads to the bending of the beam on which the load cells are glued.

Недостатком данного устройства является то, что на нем невозможно определить молекулярную составляющую коэффициента трения при воздействии внешнего магнитного поля.The disadvantage of this device is that it is impossible to determine the molecular component of the friction coefficient when exposed to an external magnetic field.

Технический эффект предлагаемого прибора заключается в уточнении величины молекулярной составляющей коэффициента трения, что может вносить поправки в расчеты режимов работы узлов трения при воздействии внешнего магнитного поля.The technical effect of the proposed device is to clarify the molecular component of the coefficient of friction, which can amend the calculations of the operating modes of the friction nodes when exposed to an external magnetic field.

Технический результат достигается тем, что прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения содержит станину с установленным в ней образцом-конусом, образец-цилиндр в обойме на платформе, расположенной на подвижном столе, отличающейся тем, что верхний образец-конус связан со станиной через диамагнитную прокладку, на станине расположен магнитопровод с электромагнитной катушкой, в которой размещены образцы, обойма опирается на платформу через диамагнитную прокладку, вращение винта осуществляется микродвигателем.The technical result is achieved in that the device for determining the molecular component of the coefficient of friction contains a frame with a sample cone installed in it, a sample cylinder in a holder on a platform located on a movable table, characterized in that the upper sample cone is connected to the frame through a diamagnetic gasket , on the bed there is a magnetic circuit with an electromagnetic coil in which the samples are placed, the holder rests on the platform through a diamagnetic gasket, the screw is rotated by a micromotor.

На чертеже 1 показан общий вид прибора, на фиг. 2 вид сверху.FIG. 1 shows a general view of the device, FIG. 2 top view.

Предлагаемый прибор состоит из верхнего образца-конуса 1, закрепленного в верхней части станины 2 через диамагнитную прокладку 3. Под ним расположен второй образец 4, выполненный в виде цилиндра с отверстиями, который крепится в обойме 5.Обойма 5 опирается через диамагнитную прокладку 6 на подвижную платформу 7. Платформа 7 устанавливается на подвижный стол 8, который может перемещаться в вертикальном направлении в корпусе 9. Нормальная нагрузка к образцам прикладывается с помощью винта 10 через динамометр 11, подвижный стол 8, платформу 7, обойму 5. В верхней части станины 2 установлена электромагнитная катушка 12, закрытая магнитопроводом, выполненным в виде цилиндра с крышкой 14, имеющей отверстие для установки верхнего образца-конуса 1. Винт 16, приводимый во вращение через редуктор 15 от микродвигателя 19, воздействует на тензобалку 18, закрепленную на обойме 5. Для измерения величины коэффициента трения и его составляющих на тензобалке наклеены тензодатчики.The proposed device consists of an upper sample-cone 1, mounted in the upper part of the frame 2 through a diamagnetic gasket 3. Below it is a second sample 4, made in the form of a cylinder with holes, which is mounted in a holder 5. The holder 5 is supported through a diamagnetic gasket 6 on a movable platform 7. Platform 7 is mounted on a movable table 8, which can be moved vertically in the housing 9. A normal load is applied to the samples using a screw 10 through a dynamometer 11, a movable table 8, platform 7, a holder 5. In the upper part of the frame 2, an electromagnetic coil 12 is installed, closed by a magnetic circuit made in the form of a cylinder with a cover 14 having an opening for installing the upper sample cone 1. The screw 16, driven into rotation through the gearbox 15 from the micromotor 19, acts on the strain gauge 18 mounted on a clip 5. To measure the magnitude of the coefficient of friction and its components, strain gauges are glued to the strain gauge.

Работа прибора осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Первоначально с помощью вращения винта 10 осуществляется касание поверхности конуса и нижнего образца. Создается нагрузка с таким расчетом, чтобы обеспечить в контакте пластическую деформацию или упругий контакт. Перемещается винт 16 до касания балки 18. Для определения влияния внешнего магнитного поля на коэффициент трения (адгезионную составляющую) включается электромагнитная катушка на источник постоянного тока (на фиг. 1 не показан), по обмотке катушки проходит электрический ток, возникает магнитное поле., Магнитный поток, замыкается через магнитопровод 14 с верхним 1 и нижним 4 образцами, проходит через зону контакта верхнего образца-конуса 1 и второго образца 4. Затем с помощью винта 16, приводимого во вращение микродвигателем 19 обойма 5 с образцом 4 поворачивается, воздействуя на тензобалку 18 с наклеенными на нее тензорезисторами 17. При изгибе тензобалки возникает сигнал рассогласования, который поступает на усилитель с последующей обработкой на ЭВМ, в результате которой определяется коэффициент трения.Initially, by rotating the screw 10, the surface of the cone and the lower specimen are touched. A load is created in such a way as to provide plastic deformation or elastic contact in the contact. The screw 16 moves until it touches the beam 18. To determine the effect of an external magnetic field on the friction coefficient (adhesive component), an electromagnetic coil is switched on to a direct current source (not shown in Fig. 1), an electric current passes through the coil winding, a magnetic field arises., Magnetic the flow closes through the magnetic circuit 14 with the upper 1 and lower 4 samples, passes through the contact zone of the upper sample-cone 1 and the second sample 4. Then, with the help of a screw 16, rotated by a micromotor 19, the yoke 5 with the sample 4 it rotates, acting on the strain gauge 18 with the strain gauges glued to it 17. When the strain gauge is bent, a mismatch signal appears, which is fed to the amplifier with subsequent processing on the computer, as a result of which the friction coefficient is determined.

При вращении конуса-образца 1 по нижнему образцу 4 появляется контактная поверхность в виде узкого участка боковой поверхности цилиндра 4. Так как в начальный момент поверхность образцов гладкая, деформационной составляющей коэффициента трения пренебрегают, а коэффициент трения в контакте можно считать адгезионным (молекулярным). При отсутствии тока в электромагнитной катушке определяется молекулярная (адгезионная) составляющая коэффициента трения без воздействия внешнего магнитного поля.When the sample cone 1 rotates along the lower sample 4, a contact surface appears in the form of a narrow section of the lateral surface of the cylinder 4. Since at the initial moment the surface of the samples is smooth, the deformation component of the friction coefficient is neglected, and the friction coefficient in the contact can be considered adhesive (molecular). In the absence of current in the electromagnetic coil, the molecular (adhesive) component of the friction coefficient is determined without exposure to an external magnetic field.

Claims

The device for determining the molecular component of the coefficient of friction contains a frame with a sample cone installed in it, a sample cylinder in a holder on a platform located on a movable table, characterized in that the upper sample cone is connected to the frame through a diamagnetic gasket, and a magnetic circuit with the electromagnetic coil in which the samples are placed, the holder rests on the platform through a diamagnetic gasket, the rotation of the screw is carried out by a micromotor.