RU2073846C1

RU2073846C1 - Device for friction and wear testing of materials

Info

Publication number: RU2073846C1
Application number: RU92015279A
Authority: RU
Inventors: О.В. Сутягин; Э.А. Деменков
Original assignee: Тверской политехнический институт
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1997-02-20

Abstract

FIELD: testing engineering. SUBSTANCE: device has base 1, holder 2 of counter-specimen 3 connected with drive 4 of rotation of counter-specimen 3, force meter that consists of holder 5 of specimen 6 and ring 7. Ring 7 is provided with strain gauges 9 for measuring forces applied to a specimen. The device also has unit 10 for control of a constant normal load applied to specimen 6 and counter-specimen 3. The output of unit 10 is connected with the input of loading device 11 made up as reciprocation actuator 11 and its input is connected with the outputs of strain gauges 9. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике исследования триботехнический свойств материалов и покрытий и может быть использовано при лабораторных испытаниях на трение и износ. The present invention relates to techniques for investigating the tribological properties of materials and coatings and can be used in laboratory tests for friction and wear.

Известен узел трения к устройству для испытания на трение и износ [1] содержащий держатель образцов, держатель кольцевого контробразца, привод вращения держателя контробразца и узел нагружения. Known friction unit for a device for testing for friction and wear [1] comprising a sample holder, an annular counter-sample holder, a rotation drive of the counter-sample holder and a loading assembly.

Недостатком данного устройства является наличие подшипников качения, что искажает измеряемый момент трения между образцами в той или иной степени и приводит к нестабильности результатов, получаемых во время испытаний. The disadvantage of this device is the presence of rolling bearings, which distorts the measured friction moment between the samples to one degree or another and leads to instability of the results obtained during the tests.

К тому же к недостаткам следует отнести невозможность: 1) придания испытываемым образцам требуемой нагрузки с высокой точностью, что важно при испытаниях в диапазоне малых нагрузок; 2) определение износа образцов в процессе испытания. Для определения износа требуется остановка испытания и полная или частичная разборка узла трения. Это вызывает дополнительные трудности при испытаниях, повышает трудоемкость испытаний и вносит существенные погрешности при измерении момента трения и нестабильность результатов в процессе испытания. In addition, the impossibility should be attributed to the disadvantages: 1) giving the test samples the required load with high accuracy, which is important when testing in the range of small loads; 2) determination of sample wear during the test. To determine wear, a test stop and complete or partial disassembly of the friction assembly are required. This causes additional difficulties during testing, increases the complexity of the tests and introduces significant errors in the measurement of the friction moment and the instability of the results during the test.

К недостатку следует отнести и сложность изготовления отдельных элементов узла с требуемой точностью. The disadvantage is the complexity of manufacturing individual elements of the node with the required accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому относится устройство для испытания материалов на трение и износ [2] содержащее основание, держатель контробразца, выполненный в виде сферической пяты, держатель образца взаимодействующий с приводом вращения, силоизмерительные элементы, выполненные в виде упругих элементов с тензодатчиками, установленными на них, узел нагружения, состоящий из пневмосистемы, а приложение нагрузки к контробразцу осуществляется сжатым воздухом. The closest in technical essence to the proposed device includes a device for testing materials for friction and wear [2] containing a base, a counter sample holder made in the form of a spherical heel, a sample holder interacting with a rotation drive, force measuring elements made in the form of elastic elements with load cells installed on them, the loading unit, consisting of a pneumatic system, and the load is applied to the counter sample by compressed air.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения испытаний в диапазоне малых нагрузок, что характерно при испытаниях твердосмазочных покрытий. Уменьшение нагрузки прикладываемой к контробразцу приводит к уменьшению воздушного зазора между держателем контробразца, выполненного в виде сферической пяты, и сферической опорой. A disadvantage of the known device is the inability to conduct tests in the range of low loads, which is typical when testing solid lubricant coatings. Reducing the load applied to the counter sample leads to a decrease in the air gap between the holder of the counter sample made in the form of a spherical heel and a spherical support.

При некоторой критической нагрузке воздушного зазора настолько уменьшается, что приводит к взаимодействию микровыступов, расположенных на поверхности сферической опоры и сферической пяты, тем самым вызывая увеличение трения между опорой и пятой, величина которого становится сравнима с величиной трения между образцами, что искажает измеряемый момент трения между образцами в той или иной степени и приводит к ошибочности результатов, получаемых во время испытаний в диапазоне малых нагрузок. К недостаткам следует отнести и сложность изготовления отдельных деталей и узлов устройства. At some critical load, the air gap decreases so much that it leads to the interaction of microprotrusions located on the surface of the spherical support and the spherical heel, thereby causing an increase in friction between the support and the heel, the value of which becomes comparable to the value of friction between the samples, which distorts the measured friction moment between samples to one degree or another and leads to erroneous results obtained during testing in the range of small loads. The disadvantages include the complexity of manufacturing individual parts and components of the device.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для испытания на трение и износ содержит основание, держатель контробразца, взаимодействующий с приводом вращения контробразца, имеющем возможность контролируемого датчиком, возвратно-поступательного перемещения, вдоль вертикальной оси устройства, от кинематически связанного с ним силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, а вход блока связан с выходом тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя выполненного в виде держателя образца и позволяющего измерять одновременно нормальные и тангенциальные усилия. This object is achieved in that the device for testing friction and wear contains a base, a counter-sample holder interacting with a counter-sample rotation drive, which can be controlled by a sensor, reciprocating, along the vertical axis of the device, from a kinematically connected power drive, the input of which is connected with the output of the task unit and maintaining a constant normal load, and the input of the block is connected with the output of load cells located on the elastic elements of the load cell I made in the form of a sample holder and allows you to measure both normal and tangential forces.

Силоизмеритель состоит из держателя образца и соосно расположенного с ним кольца, жестко связанных между собой тремя упругими элементами с тензодатчиками, установленными на них. The force meter consists of a sample holder and a ring coaxially located with it, rigidly interconnected by three elastic elements with strain gauges mounted on them.

Новым по отношению к прототипу в предлагаемом устройстве для испытания на трение и износ является то, что привод вращения контробразца имеет возможность контролируемого датчиком возвратно-поступательного перемещения, вдоль вертикальной оси устройства от кинематически связанного с ним силового привода, вход которого связан с выходом блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки прикладываемой к паре трение, а вход блока связан с выходом тензодатчиков, расположенных на упругих элементах силоизмерителя выполненного в виде держателя образца. New in relation to the prototype in the proposed device for testing for friction and wear is that the rotation drive of the counter-sample has the ability to be controlled by a reciprocating sensor along the vertical axis of the device from a kinematically connected power drive, the input of which is connected to the output of the task unit and maintaining a constant normal load applied to the pair of friction, and the input of the block is connected to the output of the load cells located on the elastic elements of the load meter made in the form the sample holder.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1, 2, 3, 4 представлена схема устройства. The proposed device is illustrated in the drawing, where in FIG. 1, 2, 3, 4 shows a diagram of the device.

Устройство для испытания на трение и износ состоит из основания 1, держателя 2 контробразца 3, жестко связанного с приводом вращения 4 контробразца 3, силоизмерителя, состоящего из самого держателя 5 образца 6 и соосно расположенного с ним кольца 7, жестко связанных между собой тремя упругими элементами 8 с расположенными на них тензодатчиками 9, позволяющими измерять как нормальные (тензодатчики 9 а), так и тангенциальные (тензодатчики 9 б) усилия, прикладываемые к образцу 6. Выход тензодатчиков 9 а соединен со входом блока 10 задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки, прикладываемой к паре трения, выход которого соединен со входом устройства нагружения, выполненного в виде силового привода возвратно-поступательного перемещения 11, кинематически связанного с приводом вращения 4 контробразца 3. На основании 1 жестко закреплен датчик износа 12 непосредственно контактирующий с приводом вращения 4 контробразца 2, выход которого связан со входом регистрирующего прибора 13. A device for testing friction and wear consists of a base 1, a holder 2 of counterblock 3, rigidly connected to a rotational drive 4 of counterblock 3, a force meter, consisting of the holder 5 of sample 6 and the ring 7 coaxially located with it, rigidly interconnected by three elastic elements 8 with strain gauges 9 located on them, which make it possible to measure both normal (strain gauges 9 a) and tangential (strain gauges 9 b) forces applied to sample 6. The output of strain gauges 9 a is connected to the input of the task and maintenance unit 10 constant normal load applied to the friction pair, the output of which is connected to the input of the loading device, made in the form of a power drive of the reciprocating movement 11, kinematically connected with the rotation drive 4 of the counter sample 3. Based on 1, the wear sensor 12 is directly fixed to the rotation drive 4 counterbrace 2, the output of which is connected to the input of the recording device 13.

Устройство для испытания на трение и износ работает следующим образом. A device for testing friction and wear is as follows.

Контробразец 3 устанавливают в держатель контробразца 2, а образец 6 в держатель 5. Counter-sample 3 is installed in the holder of counter-sample 2, and sample 6 in the holder 5.

В блоке задания поддержания постоянной нормальной нагрузки 10 формируют сигнал, равный по величине нормальной нагрузке, которую необходимо приложить к паре трения для испытания на трение и износ. In the task unit for maintaining a constant normal load 10, a signal is generated that is equal in magnitude to the normal load, which must be applied to the friction pair for friction and wear testing.

Сформированный сигнал сравнивается с сигналом, поступаемым на вход блока 10 с тензодатчиков 9 а и, при их неравенстве по величине, блок подает сигнал на вход привода возвратно-поступательного перемещения 11, который кинематически связан с приводом вращения 4 контробразца 3, сообщая последнему вместе с держателем контробразца 2 возвратно-поступательное перемещение вдоль вертикальной оси устройства. При этом контробразец 3 прижимается к образцу 6, самоустанавливаясь по его торцу, а нормальная нагрузка привода вращения 4, деформирует упругие элементы 8 с расположенными на них тензодатчиками 9 а и 9 б. Сигнал с тензодатчиков 9 а, регистрирующих нормальную нагрузку, поступает на вход блока задания и поддержания постоянной нормальной нагрузки 10, где сравнивают с заданным. Поступательное перемещение привода вращения 4 и держателя 2 контробразца 3 осуществляется до тех пор пока сигнал с тензодатчиков 9а, поступаемый на вход блока 10 не сравнивается по величине со сформированным в блоке 10 сигналом. При равенстве по величине сигналов поступательное перемещение привода вращения 4 прекращается, а сигнал, поступаемый с датчика износа 12 на регистрирующий прибор 13 по величине принимается равным нулевой величине износа. The generated signal is compared with the signal received at the input of block 10 from the load cells 9 a and, if they are not equal in magnitude, the block supplies a signal to the input of the reciprocating movement drive 11, which is kinematically connected with the rotation drive 4 of the counter sample 3, informing the latter together with the holder counter-sample 2 reciprocating along the vertical axis of the device. In this case, the counter-sample 3 is pressed against the sample 6, self-aligning along its end, and the normal load of the rotation drive 4 deforms the elastic elements 8 with the strain gauges 9 a and 9 b located on them. The signal from the load cells 9 a, registering the normal load, is fed to the input of the task unit and maintaining a constant normal load 10, where it is compared with the set. The translational movement of the rotation drive 4 and the holder 2 of the counter sample 3 is carried out until the signal from the strain gauges 9a supplied to the input of the block 10 is compared in magnitude with the signal generated in the block 10. If the magnitude of the signals is equal, the translational movement of the rotation drive 4 is stopped, and the signal received from the wear sensor 12 to the recording device 13 is assumed to be equal to zero wear value.

Включается привод вращения 2 контробразца 3, а скорость вращения контробразца устанавливается с помощью тиристорного регулятора (ТР). The rotation drive 2 of the counter sample 3 is turned on, and the rotation speed of the counter sample is set using the thyristor controller (TP).

В процессе испытаний с тензодатчиков 9б поступает сигнал на регистрирующий прибор, величина которого свидетельствует о величине момента трения. Сигнал с тензодатчиков 9а поступает на вход блока 10 и сравнивается с заданным вначале испытания сигналом, соответствующим требуемой нормальной нагрузке для проведения испытания. При неравенстве этих сигналов блок вырабатывает сигнал, поступающий на вход привода возвратно-поступательного перемещения 11, который сообщает поступательно-возвратное перемещение приводу вращения 4 контробразца 3 до тех пор пока сигнал с тензодатчика 9а не сравняется по величине с заданным первоначально, а датчик износа 12 регистрирует перемещение привода вращения, величина которого равна величине износа в процессе испытаний. Таким образом, нормальная нагрузка прикладываемая перед началом испытаний к паре трения поддерживается постоянной в процессе испытания за счет поступательного перемещения привода вращения, а его величина равна износу образцов. In the process of testing, the strain gauge 9b receives a signal to the recording device, the value of which indicates the magnitude of the friction moment. The signal from the load cells 9a is fed to the input of block 10 and compared with the signal set at the beginning of the test, which corresponds to the required normal load for the test. If these signals are unequal, the unit generates a signal input to the drive of the reciprocating movement 11, which signals the reciprocating movement of the rotation drive 4 of the counter-sample 3 until the signal from the strain gauge 9a is equal in magnitude to the set value initially, and the wear sensor 12 registers movement of the rotation drive, the value of which is equal to the amount of wear during the test. Thus, the normal load applied before the start of the tests to the friction pair is kept constant during the test due to the translational movement of the rotation drive, and its value is equal to the wear of the samples.

Заявляемое решение, по сравнению с прототипом, за счет упрощения конструкции позволяет с более высокой точностью и непрерывно измерять момент трения, износ образцов и поддерживать постоянной нормальную нагрузку, прикладываемую к паре трения в процессе испытаний. The claimed solution, in comparison with the prototype, due to the simplification of the design allows with higher accuracy and continuously measure the friction moment, wear of the samples and maintain a constant normal load applied to the friction pair during testing.

Предполагается применение предлагаемого устройства в научно-исследовательских лабораториях при проведении испытаний на трение и износ антифрикционных материалов и покрытий. It is assumed that the proposed device will be used in research laboratories during friction and wear tests of antifriction materials and coatings.

Claims

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, characterized in that the counter sample rotation drive has the ability to be controlled by reciprocating sensors displacements along the vertical axis of the device from a kinematically connected loading unit made in the form of a power drive, the input of which is connected to the output of the unit setting 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 load meter, made in the form of a sample holder.