RU178654U1

RU178654U1 - Device for tribological studies of materials of friction pairs

Info

Publication number: RU178654U1
Application number: RU2017141404U
Authority: RU
Inventors: Хамза Исхакович Бичурин; Валерий Николаевич Машков; Вячеслав Валерьевич Машков; Вадим Хамзяевич Бичурин
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-04-16

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для исследования свойств контактирующих по условиям эксплуатации материалов и может быть использована для определения величины силы трения, коэффициента сцепления, износа изготовленных из этих материалов образцов.Устройство содержит плиту, на которой размещены приспособление для установки образцов, приспособление для установки контробразцов, а также измерительные элементы. Приспособление для установки образцов выполнено в виде двух опор с соосными центрами, один из которых выполнен поводковым и оснащен приводом вращения, а также оправки, имеющей возможность установки в центрах и предназначенной для размещения образцов. Приспособление для установки контробразцов выполнено в виде закрепленных на плите стоек, на которых закреплена обойма с гнездами для контробразцов, каждый из контробразцов оснащен штоком, предназначенным для установки на него грузов, размещаемых в гнезде обоймы. Измерительные элементы размещены на обойме у каждого ее гнезда, и каждый из них выполнен в виде тензодатчика, состоящего из тензорезистра и упругой мембраны, тензорезистр установлен на упругой мембране и имеет возможность контакта с грузом, а упругая мембрана закреплена на обойме. Технический результат: повышение производительности трибологических исследований. 3 ил.The utility model relates to equipment for studying the properties of materials contacting under operating conditions and can be used to determine the magnitude of the friction force, adhesion coefficient, wear of samples made from these materials. The device contains a plate on which there is a device for installing samples, a device for installing counter samples, as well as measuring elements. The device for installing the samples is made in the form of two supports with coaxial centers, one of which is made as a lead and is equipped with a rotation drive, as well as a mandrel that can be installed in the centers and designed to accommodate samples. The device for installing counter samples is made in the form of racks fixed to the plate, on which a clip with slots for counter samples is fixed, each of the counter samples is equipped with a rod designed to install weights placed on the clip socket on it. The measuring elements are placed on the clip at each of its nests, and each of them is made in the form of a strain gauge consisting of a strain gauge and an elastic membrane, the strain gauge is mounted on an elastic membrane and has the ability to contact with the load, and the elastic membrane is fixed on the clip. Effect: increase the productivity of tribological studies. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для исследования свойств контактирующих по условиям эксплуатации материалов и может быть использована для определения величины силы трения, коэффициента сцепления, износа изготовленных из этих материалов образцов.The utility model relates to equipment for studying the properties of materials contacting under operating conditions and can be used to determine the magnitude of the friction force, adhesion coefficient, wear of samples made from these materials.

Известно устройство для исследования триботехнических характеристик материалов, содержащее основание, на котором установлены нижняя и верхняя платформы, оснащенные съемными держателями с пазами для размещения в них, соответственно, образца и контробразца, привод возвратно-поступательного перемещения нижней платформы, выполненный в виде кривошипно-шатунного механизма, соединенного с двигателем, датчики регистрации линейных перемещений образца и контробразца, механизм нагружения образцов, включающий привод нагружения, соединенный винтовой передачей с реверсивным двигателем, датчик силы нагружения, соединенный с приводом нагружения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с датчиком силы нагружения и датчиками регистрации линейных перемещений. Устройство дополнительно содержит направляющие для линейного перемещения контробразца, установленные на верхней подвижной платформе, вертикальные стойки, смонтированные на основании, на которых закреплены направляющие для линейного перемещения образца и контробразца. Направляющие для контробразца закреплены на стойках с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Помимо этого устройство дополнительно содержит блок управления механизмом нагружения и перемещения нижней платформы. Верхняя платформа с двух сторон снабжена пружинами, закрепленными с возможностью регулирования усилия сжатия, и датчиками регистрации усилий сжатия, съемные держатели закреплены на подвижных платформах посредством соединения «ласточкин хвост», а механизм нагружения образцов выполнен в виде двух плит, нижняя из которых установлена на направляющих линейного перемещения контробразца и закреплена на стойках с возможностью вертикального перемещения с помощью роликовых направляющих, а на верхней плите, концы которой тоже закреплены на стойках, установлен привод нагружения. Датчик силы нагружения, выполненный двунаправленным, расположен между плитами, кроме того, все направляющие выполнены прецизионными (см. патент РФ № 2600080, МПК G01N 3/56, 2016 г.).A device for studying the tribological characteristics of materials is known, comprising a base on which lower and upper platforms are installed, equipped with removable holders with grooves for accommodating, respectively, a sample and a counter sample, a reciprocating movement of the lower platform, made in the form of a crank mechanism connected to the engine, sensors for detecting linear displacements of the sample and counter sample, a loading mechanism for samples, including a loading drive, connected to by intact transmission with a reversible engine, a loading force sensor connected to a loading drive, and recording equipment connected to a loading force sensor and linear motion sensors. The device further comprises guides for linear movement of the counter sample mounted on the upper movable platform, vertical racks mounted on the base, on which guides for linear movement of the sample and counter sample are fixed. The guides for the counter-sample are mounted on racks with the possibility of vertical movement and fixation. In addition, the device further comprises a control unit for the mechanism of loading and moving the lower platform. The upper platform is equipped on both sides with springs fixed with the ability to control the compression force and sensors for recording the compression forces, removable holders are mounted on movable platforms via the dovetail connection, and the loading mechanism of the samples is made in the form of two plates, the lower of which is mounted on the rails linear movement of the counter-sample and is fixed on racks with the possibility of vertical movement using roller guides, and on the upper plate, the ends of which are also fixed on oykah, installed load drive. The bi-directional loading force sensor is located between the plates, in addition, all the guides are made precision (see RF patent No. 2600080, IPC G01N 3/56, 2016).

В результате анализа данного устройства необходимо отметить, что оно обеспечивает в процессе эксплуатации управление процессом трения и оценивает динамические характеристики в режиме реального времени, оно обеспечивает исследование таких характеристик- как динамический коэффициент трения, коэффициент демпфирования системы, логарифмический декремент. Полученные трибологические параметры позволяют судить о трибонадежности материалов и узлов трения на стадии проектирования деталей машин. Однако данное устройство предназначено для испытаний только одной пары образцов, что снижает его производительность и не позволяет использовать при проведении массовых испытаний большого количества образцов. Кроме того, устройство обеспечивает испытания только плоских образцов, что снижает его область применения.As a result of the analysis of this device, it should be noted that it provides control of the friction process during operation and estimates the dynamic characteristics in real time, it provides the study of such characteristics as the dynamic coefficient of friction, the damping coefficient of the system, and the logarithmic decrement. The obtained tribological parameters make it possible to judge the tribo reliability of materials and friction units at the stage of designing machine parts. However, this device is designed to test only one pair of samples, which reduces its performance and does not allow the use of large quantities of samples during mass testing. In addition, the device provides testing only flat samples, which reduces its scope.

Известна установка для трибологических испытаний, содержащая плиту, на которой смонтированы приспособление для установки образца, выполненное в виде шпиндельного блока, оснащенного приводом вращения и сменным зажимным элементом для закрепления образца, а также приспособление для установки контробразца, оснащенное механизмом задания усилия поджима образца к контробразцу (см. патент РФ на полезную модель №92536, МПК G01N 3/00, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.A device for tribological testing is known, which contains a plate on which a device for mounting a sample is mounted, made in the form of a spindle unit equipped with a rotary drive and a removable clamping element for securing a sample, as well as a device for installing a counter sample, equipped with a mechanism for setting the force of pressing the sample to the counter sample ( see RF patent for utility model No. 92536, IPC G01N 3/00, 2010) - the closest analogue.

К недостаткам установки можно отнести проведение испытаний на ней только одной пары образцов и отсутствие системы контроля трибологических параметров во время проведения испытаний, что существенно увеличивает время испытаний.The disadvantages of the installation include testing on it of only one pair of samples and the lack of a system for monitoring tribological parameters during testing, which significantly increases the test time.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение производительности трибологических исследований за счет проведения испытаний одновременно нескольких образцов и контробразцов, в том числе из различных материалов, и определения значений параметров (например, величины силы трения и коэффициента сцепления) в процессе испытаний.The technical result of this utility model is to increase the productivity of tribological studies by simultaneously testing several samples and counter samples, including from various materials, and determining parameter values (for example, the friction force and adhesion coefficient) during testing.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для трибологических исследований материалов пар трения, содержащем плиту, на которой размещены приспособление для установки образцов, приспособление для установки контробразцов, а также измерительные элементы, новым является то, что приспособление для установки образцов выполнено в виде двух опор с соосными центрами, один из которых выполнен поводковым и оснащен приводом вращения, а также оправки, имеющей возможность установки в центрах и предназначенной для размещения образцов, а приспособление для установки контробразцов выполнено в виде закрепленных на плите стоек, на которых закреплена обойма с гнездами для контробразцов, каждый из контробразцов оснащен штоком, предназначенным для установки на него грузов, размещаемых в гнезде, а измерительные элементы размещены на обойме, у каждого ее гнезда, и каждый из них выполнен в виде тензодатчика, состоящего из тензорезистра и упругой мембраны, тензорезистр установлен на упругой мембране и имеет возможность контакта с грузом, а упругая мембрана закреплена на обойме.The specified technical result is ensured by the fact that in the device for tribological studies of materials of friction pairs containing a plate on which a device for installing samples, a device for installing counter samples, and measuring elements are new, the device for installing samples is made in the form of two supports with coaxial centers, one of which is made of a drive and is equipped with a rotation drive, as well as a mandrel that can be installed in the centers and designed to accommodate samples, and the device for installing counter samples is made in the form of racks mounted on the plate, on which a clip with slots for counter samples is fixed, each of the counter samples is equipped with a rod designed to install loads placed in the socket on it, and the measuring elements are placed on the clip, each of its nests, and each of them is made in the form of a strain gauge consisting of a strain gauge and an elastic membrane, the strain gauge is mounted on an elastic membrane and has the ability to contact with the load, and the elastic membrane is fixed yen on a clip.

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

- на фиг. 1 - устройство для трибологических исследований материалов пар трения, вид в плане;- in FIG. 1 - device for tribological studies of materials of friction pairs, plan view;

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

- на фиг. 3 - разрез а-а по фиг. 1.- in FIG. 3 is a section aa of FIG. one.

Устройство для трибологических исследований материалов пар трения состоит из плиты 1, на которой размешены приспособление для размещения образцов и приспособление для размещения контробразцов.A device for tribological studies of materials of friction pairs consists of a plate 1, on which a device for placing samples and a device for placing counter samples are placed.

Приспособление для размещения образцов выполнено в виде установленных на плите 1 передней 2 и задней 3 опор с соосными центрами, соответственно 4 и 5. Центр 4 выполнен поводковым и оснащен регулируемым приводом 6 его вращения. В состав приспособления входит оправка 7, имеющая возможность установки в центры 4 и 5 опор и предназначенная для размещения на ней образцов - втулок 8, контактирующих поверхностью «А» (фиг. 3) с поверхностью контробразцов 9.The device for placing the samples is made in the form of front 2 and rear 3 supports installed on the plate 1 with coaxial centers, respectively 4 and 5. Center 4 is made of a lead and equipped with an adjustable drive 6 of its rotation. The device includes a mandrel 7, which can be installed in the centers 4 and 5 of the supports and is designed to place samples on it - bushings 8 in contact with surface "A" (Fig. 3) with the surface of counter samples 9.

Приспособление для размещения контробразцов выполнено в виде обоймы 10 с гнездами для контробразцов 9, установленной и закрепленной на плите 1 с помощью стоек 11.The device for accommodating counter samples is made in the form of a holder 10 with slots for counter samples 9, mounted and fixed on the plate 1 using racks 11.

Каждый из контробразцов выполнен в виде сегмента, имеющего контактирующую с поверхностью «А» образца 8 поверхность (фиг. З). На каждом контробразце установлен шток 12, на который при проведении исследований устанавливаются грузы 13, располагаемые в гнездах 14 обоймы 10.Each of the counter samples is made in the form of a segment having a surface in contact with surface “A” of sample 8 (Fig. 3). A rod 12 is installed on each counter-sample, on which during research loads 13 are placed, located in the sockets 14 of the holder 10.

На обойме 10 у каждого ее гнезда размещены измерительные элементы, каждый из которых выполнен в виде тензодатчика, состоящего из тензорезистра 15 и упругой мембраны 16. Тензорезистр установлен на упругой мембране и имеет возможность контакта с грузом 13, а упругая мембрана 16 закреплена на обойме 10.On the clip 10, each of its nests has measuring elements, each of which is made in the form of a strain gauge, consisting of a strain gauge 15 and an elastic membrane 16. The strain gauge is mounted on an elastic membrane and has the ability to contact with the load 13, and the elastic membrane 16 is fixed on the holder 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Перед проведением исследований производят определение шероховатости трущихся поверхностей и взвешивание предварительно обезжиренных испытуемых образцов и контробразцов.Before carrying out the research, the roughness of the rubbing surfaces is determined and the previously defatted test samples and counter samples are weighed.

Для проведения исследований в центры 4 и 5 устанавливают оправку 7, на которую надеты и закреплены посредством стяжной гайки (позицией не обозначена) испытуемые образцы - втулки 8.For research, a mandrel 7 is mounted in the centers 4 and 5, on which the test specimens, the bushings 8, are put on and secured with a compression nut (not indicated by the position).

Сверху через гнезда 14 на цилиндрическую поверхность образцов 8 устанавливают контробразцы 9, штоки 12 которых располагают в гнездах 14. На штоки 9 устанавливают грузы 13, располагая их в гнездах 14 обоймы 10, без касания с тензорезистром 15. Количеством грузов 13 обеспечивается заданное усилие прижима контробразцов 9 к образцам 8. Регулируя усилие прижима контробразцов к образцам количеством грузов, возможно за один установ провести весь цикл исследований условий контакта образцов и контробразцов в зависимости от усилия их контакта, что существенно повышает производительность процесса исследований.From above, through sockets 14, counterblocks 9 are installed on the cylindrical surface of samples 8, the rods 12 of which are located in the nests 14. On the rods 9, weights 13 are installed, placing them in the nests 14 of the holder 10, without touching the strain gauge 15. The quantity of weights 13 provides the specified clamping force of the counterbores 9 to samples 8. By adjusting the pressure force of the counter samples to the samples by the amount of cargo, it is possible to carry out the whole cycle of studies of the contact conditions of the samples and counter samples depending on the contact force, which is essential but increases the productivity of the research process.

Включают привод 6 вращения оправки 7 с образцами 8. В момент страгивания (в начале движения образца) при работе привода с остановкой в течение 5 секунд через каждые 15 секунд работы производится контроль наибольшей силы трения покоя. Во время вращения оправки с образцами производится контроль величины силы трения.Turn on the drive 6 of the rotation of the mandrel 7 with samples 8. At the time of stragging (at the beginning of the movement of the sample), when the drive is stopped for 5 seconds, every 15 seconds of operation, the greatest rest friction is monitored. During the rotation of the mandrel with the samples, the magnitude of the friction force is monitored.

После заданного времени испытаний производят обезжиривание испытуемых образцов и контробразцов, их взвешивание, измерение шероховатости поверхностей трения и определение по пятну износа на поверхности контробразцов давления между трущимися поверхностями.After a specified test time, degrease the test samples and counter samples, weigh them, measure the roughness of the friction surfaces and determine the pressure between the rubbing surfaces from the wear spot on the surface of the counter samples.

При вращении оправки с образцами 8 контробразцы 9 из-за трения скольжения перемещаются в направлении вращения образцов и упираются в мембрану 16 с тензорезисторами 15, сопротивление которых изменяется пропорционально упругой деформации мембраны под действием силы трения.When the mandrel with the samples 8 rotates, the counterbores 9 move due to sliding friction in the direction of rotation of the samples and abut against the membrane 16 with strain gauges 15, the resistance of which changes in proportion to the elastic deformation of the membrane under the action of the friction force.

При проведении испытаний сила трения между трущимися поверхностями образцов и контробразцов, соответствующая изменению сопротивления тензорезисторов 15, отображается на тензометрическом модуле - преобразователе сигналов тензорезисторов (не показан).During testing, the frictional force between the rubbing surfaces of the samples and counter samples corresponding to a change in the resistance of the strain gauges 15 is displayed on the strain gauge module — a signal transducer of strain gauges (not shown).

В соответствии с ГОСТ 30480-97 (Обеспечение износостойкости изделий) с помощью устройства проводятся испытания на износ с целью исследования закономерностей трения и изнашивания, к которым относится комплекс работ по подбору смазки и материалов пар трения, в том числе с покрытиями; определению скорости изнашивания - отношения значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник (ГОСТ 27674-88); определению влияния скорости движения и силы трения на скорость изнашивания; определению шероховатости трущейся поверхности после приработки (процесса изменения геометрии поверхностей трения и физико-химических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, ГОСТ 27674-88), которую следует обозначать на соответствующих чертежах деталей с целью уменьшения их износа.In accordance with GOST 30480-97 (Ensuring the wear resistance of products) using the device, wear tests are carried out to study the laws of friction and wear, which include a range of works on the selection of lubricant and materials of friction pairs, including coatings; determining the wear rate - the ratio of the wear value to the time interval during which it occurred (GOST 27674-88); determination of the effect of the speed of movement and the friction force on the wear rate; determining the roughness of the rubbing surface after running in (the process of changing the geometry of the friction surfaces and the physicochemical properties of the surface layers of the material in the initial period of friction, GOST 27674-88), which should be indicated on the relevant drawings of the parts in order to reduce their wear.

Данные о величине силы трения и наибольшей силе трения покоя могут быть использованы для подбора материалов пар трения с наибольшей износостойкостью, в том числе покрытий, по величине износа и минимальной силе трения покоя или минимальному коэффициенту трения, равного отношению силы веса образца к силе трения.Data on the magnitude of the friction force and the greatest rest friction force can be used to select materials of friction pairs with the highest wear resistance, including coatings, by the amount of wear and the minimum rest friction force or the minimum friction coefficient equal to the ratio of the weight of the sample to the friction force.

Claims

A device for tribological studies of materials of friction pairs, containing a plate on which there is a device for installing samples, a device for installing counter samples, and measuring elements, characterized in that the device for installing samples is made in the form of two supports with coaxial centers, one of which is made with a drive and equipped with a rotation drive, as well as a mandrel that can be installed in the centers and designed to accommodate samples, and a fixture for installation made in the form of racks mounted on the plate, on which a clip with sockets for counter samples is fixed, each of the counter samples is equipped with a rod designed to install weights placed on the clip socket, and the measuring elements are placed on the clip, at each of its nests, and each of they are made in the form of a strain gauge, consisting of a strain gauge and an elastic membrane, the strain gauge is mounted on an elastic membrane and has the ability to contact with the load, and the elastic membrane is fixed to the clip.