RU213483U1

RU213483U1 - Device for determining the coefficient of friction of lubricants

Info

Publication number: RU213483U1
Application number: RU2022103899U
Authority: RU
Inventors: Эрвин Джеватович Умеров; Владимир Владимирович Скакун
Original assignee: Эрвин Джеватович Умеров; Владимир Владимирович Скакун
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-09-13

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к методам исследования коэффициента трения различных по составу смазочных материалов.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to methods for studying the coefficient of friction of lubricants of various compositions.

Эксплуатация устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов осуществляется на токарном станке с частотным преобразователем. Устройство содержит два подвижных вала, на одном из которых расположена упорная гайка, коническая направляющая втулка, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки с круговым пазом, индентор, направляющая втулка, где в отверстие одного из подвижных валов установлен индентор, имеющий форму сверла с углом при вершине, контактирующий вторым концом с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, при этом нагрузка на контактную пару создается за счет вращающегося центра путем его перемещения.The operation of the device for determining the coefficient of friction of lubricants is carried out on a lathe with a frequency converter. The device contains two movable shafts, on one of which there is a thrust nut, a conical guide sleeve, guide pins, a counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, an indenter, a guide sleeve, where an indenter is installed in the hole of one of the movable shafts, having the shape of a drill with an angle at the top, contacting the second end with the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, while the load on the contact pair is created due to the rotating center by moving it.

Техническим результатом полезной модели является необходимость расширения арсенала технических средств для повышения работоспособности устройства и точности определения коэффициента трения смазочных материалов. 1 ил.

The technical result of the utility model is the need to expand the arsenal of technical means to improve the performance of the device and the accuracy of determining the coefficient of friction of lubricants. 1 ill.

Description

Известно устройство для испытания трущихся материалов и масел (А.с. СССР №983522, МПК G01N 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел. Бюл. №47, 1982 г. Аналог), содержащее станину, установленные на ней держатели образца и контробразца, узлы измерения момента трения и нагружения образцов и привод вращения образцов, плиту, установленную перпендикулярно к станине с возможностью перемещения вдоль нее, три платформы, из которых средняя закреплена на плите шарнирно, а две другие установлены под углом 45° к средней, которые расположены на платформах и взаимодействующие с держателями контробразцов, направляющие и поджимные ролики, установленные на плите с возможностью поворота в плоскости держателей, передаточные звенья, взаимодействующие через подшипники качения соответственно с держателями контробразцов и узлами нагружения, а последние снабжены штоками, имеющими две степени свободы (механизмы для передачи нагрузки на контробразцы).A device for testing rubbing materials and oils (A.S. USSR No. 983522, IPC G01N 19/02. A device for testing rubbing materials and oils. Bull. No. 47, 1982 Analogue) containing a frame, sample holders installed on it and a counter-sample, nodes for measuring the moment of friction and loading of the samples and a drive for rotating the samples, a plate installed perpendicular to the frame with the possibility of moving along it, three platforms, of which the middle one is hinged on the plate, and the other two are installed at an angle of 45 ° to the middle one, which located on platforms and interacting with holders of countersamples, guide and clamping rollers mounted on the plate with the possibility of rotation in the plane of the holders, transmission links interacting through rolling bearings, respectively, with holders of countersamples and loading units, and the latter are equipped with rods having two degrees of freedom (mechanisms to transfer the load to the countersamples).

Основной недостаток известного устройства заключается в сложной и точной установке передаточных звеньев под прямым углом к направляющим, что приводит к большим погрешностям получаемых результатов, при испытаниях.The main disadvantage of the known device lies in the complex and precise installation of the transmission links at right angles to the guides, which leads to large errors in the results obtained during testing.

Известно устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса, содержащий узел трения «диск-индентор», который представляет собой диск с двумя поверхностями трения и по которым скользят два полусферических индентора (см. Журнал «Трение и износ», т. 24, №6, 2003 г., с. 626-635. Аналог). При этом диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.A device is known for testing materials for friction and wear in space, containing a friction unit "disk-indenter", which is a disk with two friction surfaces and on which two hemispherical indenters slide (see Journal "Friction and Wear", vol. 24 , No. 6, 2003, pp. 626-635. Analogue). In this case, the disk is rigidly fixed on the drive shaft, and the indenters - on special levers. The load on the indenters is carried out using a calibrated spring.

Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через зубчатые колеса. Момент трения в паре «диск-индентор» измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор.All friction units are driven by the drive output shaft through gears. The moment of friction in the "disk-indenter" pair is measured by an elastic tensometric beam. Electrical signals are fed to two strain gauge transducers, from which they are transmitted to the recording device.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, обусловленная использованием большого количества элементов, сложностью его использования из-за постоянной тарировки нагружающих пружин, влияющие на погрешность измерения, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.The disadvantages of the known device are the complexity of the design, due to the use of a large number of elements, the complexity of its use due to the constant calibration of the loading springs, affecting the measurement error, as well as low sliding speeds and specific pressures in the contact of the indenter and disk.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов (патент на полезную модель РФ №200035 МПК G01N 19/02, опубл. 01.10.2020. Бюл. №28. Прототип), содержащее подвижный вал, установленный во вращающийся центр посредством упорной гайки, контактирующая с упорными подшипниками, направляющую коническую втулку, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки, направляющую втулку, индентор с нагрузочной пружиной и упорное кольцо с установочными винтами.The closest in technical essence is a device for determining the coefficient of friction of lubricants (patent for utility model of the Russian Federation No. 200035 MPK G01N 19/02, publ. a thrust nut in contact with thrust bearings, a taper bush, guide pins, a taper bush counterbody, a guide bush, an indenter with a load spring, and a thrust ring with set screws.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал одним концом закрепляется в кулачках токарного патрона, а другим поджимается вращающимся центром, при этом индентор установлен в отверстии подвижного вала, контактирующий с контртелом в виде конической втулки. Путем подбора жесткости нагрузочных пружин, устанавливаемых в отверстие подвижного вала создается необходимая контактная нагрузка между индентором и контртелом в виде конической втулки, которая, в свою очередь, устанавливается в направляющую коническую втулку, установленной на подвижном валу, на котором также установлена направляющая втулка, содержащая линейный подшипник, упорный подшипник и направляющие шпильки, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке. Далее устанавливается на подвижный вал упорное кольцо, фиксируемое при помощи установочных винтов, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки при линейном перемещении направляющей конической втулки относительно оси направляющих шпилек контактирующих с пружинами. Линейное перемещение конической направляющей втулки осуществляется при помощи упорной гайки, расположенной на подвижном валу.The principle of operation of the device is as follows. The movable shaft is fixed at one end in the cams of the lathe chuck, and the other end is pressed by the rotating center, while the indenter is installed in the hole of the movable shaft, in contact with the counterbody in the form of a conical bushing. By selecting the stiffness of the load springs installed in the hole of the movable shaft, the necessary contact load is created between the indenter and the counterbody in the form of a conical bushing, which, in turn, is installed in the guide bushing mounted on the movable shaft, which also has a guide bushing containing a linear bearing, thrust bearing and guide pins in contact with guide holes located in the tapered guide bush. Next, a thrust ring is installed on the movable shaft, fixed with set screws, which serves to prevent linear movement of the guide sleeve during linear movement of the guide conical sleeve relative to the axis of the guide pins in contact with the springs. The linear movement of the tapered guide bush is carried out using a thrust nut located on the movable shaft.

Недостатками данного устройства является то, что во время проведения испытаний взаимодействие индентора с конической втулки происходит не по всей площади, а только по линии контакта, приводящее к высоким нагрузкам и перекосу индетора относительно конической втулки, что приводит к большим погрешностям полученных результатов при испытаниях.The disadvantages of this device is that during testing, the interaction of the indenter with the conical sleeve occurs not over the entire area, but only along the contact line, leading to high loads and skew of the indetor relative to the conical sleeve, which leads to large errors in the results obtained during testing.

Техническим результатом полезной модели является необходимость расширения арсенала технических средств для повышения работоспособности устройства и точности определения коэффициента трения смазочных материалов.The technical result of the utility model is the need to expand the arsenal of technical means to improve the performance of the device and the accuracy of determining the coefficient of friction of lubricants.

Это достигается тем, что заявляемое устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов, содержащее два подвижных вала, на одном из которых расположены упорная гайка, коническая направляющая втулка, направляющие шпильки, контртело в виде конической втулки с круговым пазом, индентор, направляющая втулка, при этом в отверстие одного из подвижных валов установлен индентор имеющий форму сверла с углом при вершине, контактирующий вторым концом с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, где нагрузка на контактную пару создается за счет перемещения вращающегося центра путем изменения его положения.This is achieved by the fact that the inventive device for determining the coefficient of friction of lubricants, containing two movable shafts, on one of which there is a thrust nut, a conical guide sleeve, guide pins, a counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, an indenter, a guide sleeve, while an indenter having the shape of a drill with an angle at the apex is installed in the hole of one of the movable shafts, contacting the second end with the counterbody in the form of a conical bushing with a circular groove, where the load on the contact pair is created by moving the rotating center by changing its position.

Отличием от прототипа является тот факт, что установлен тензодатчик, позволяющий регистрировать создаваемую нагрузку между индентором и контртелом в виде конической втулки с круговым пазом.The difference from the prototype is the fact that a strain gauge is installed that allows you to register the load created between the indenter and the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove.

На фиг. представлена конструктивная схема устройства для определения коэффициента трения смазочных материалов в осевом сечении.In FIG. a structural diagram of a device for determining the coefficient of friction of lubricants in the axial section is presented.

Устройство для определения коэффициента трения смазочных материалов содержит два подвижных вала 1 и 2, упорную гайку 3, вращающийся центр 4, упорные подшипники 5, 16, линейные подшипники 6, 15, направляющую коническую втулку 7, направляющие шпильки 8, контртело в виде конической втулки 9 с круговым пазом, индентор 10, винт крепления индентора, сопло 12, пружины 13, направляющую втулку 14, установочные винты 17, упорное кольцо 18, кулачки токарного патрона 19, болт 20, кольцо подачи СТС 21, резиновые прокладки 22, распылитель 23, переходник 24, уплотнительные кольцевые прокладки 25, державку 26, динамометр 27, шпильку 28, подшипники качения 29 и тензодатчик 30.A device for determining the coefficient of friction of lubricants contains two movable shafts 1 and 2, a thrust nut 3, a rotating center 4, thrust bearings 5, 16, linear bearings 6, 15, a tapered guide bushing 7, guide pins 8, a counterbody in the form of a tapered bushing 9 with a circular groove, indenter 10, indenter fastening screw, nozzle 12, springs 13, guide sleeve 14, set screws 17, thrust ring 18, lathe chuck jaws 19, bolt 20, CTC feed ring 21, rubber gaskets 22, spray gun 23, adapter 24, O-rings 25, holder 26, dynamometer 27, pin 28, rolling bearings 29 and load cell 30.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Подвижный вал 1 закрепляется в кулачках токарного патрона 19. Другой подвижный вал 2 поджимается вращающимся центром 4, при этом индентор 10 имеет форму сверла с углом при вершине и установлен одним концом в отверстии подвижного вала 1, зафиксированный с помощью винта крепления 11, а другим концом контактирует с контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом. Упорная гайка 3 служит для фиксации направляющей конической втулки 7.The principle of operation of the device is as follows. The movable shaft 1 is fixed in the cams of the lathe chuck 19. The other movable shaft 2 is pressed by the rotating center 4, while the indenter 10 has the shape of a drill with an angle at the top and is installed at one end in the hole of the movable shaft 1, fixed with the fastening screw 11, and at the other end contacts with the counterbody in the form of a conical sleeve 9 with a circular groove. The thrust nut 3 is used to fix the guide conical bushing 7.

Путем линейного перемещения конической направляющей втулки 7 осуществляемая за счет изменения положения вращающегося центра 4, создается необходимая контактная нагрузка, регистрируемая тензодатчиком 30, между индентором 10 и контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом, которая, в свою очередь, устанавливается в направляющую коническую втулку 7, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 5. На подвижном валу 1 установлена направляющая втулка 14, содержащая линейный подшипник 15, упорный подшипник 16 и направляющие шпильки 8, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в конической направляющей втулке 7. Далее устанавливается на подвижный вал 1 упорное кольцо 18, фиксируемое при помощи установочных винтов 17, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 14 при линейном перемещении направляющей конической втулки 7 относительно оси направляющих шпилек 8 контактирующих с пружинами 13. Предотвращение перекоса направляющей конической втулки 7 относительно направляющей втулки 14 осуществляется за счет направляющих шпилек 8.By linear movement of the conical guide sleeve 7, carried out by changing the position of the rotating center 4, the necessary contact load is created, recorded by the load cell 30, between the indenter 10 and the counterbody in the form of a conical sleeve 9 with a circular groove, which, in turn, is installed in the guide conical sleeve 7, containing a linear bearing 6 and a thrust bearing 5. A guide sleeve 14 is installed on the movable shaft 1, containing a linear bearing 15, a thrust bearing 16 and guide pins 8 in contact with the guide holes located in the tapered guide bush 7. Then it is installed on the movable shaft 1 thrust ring 18, fixed with set screws 17, which serves to prevent linear movement of the guide bushing 14 during linear movement of the guide conical bushing 7 relative to the axis of the guide pins 8 in contact with the springs 13. Prevention of distortion of the guide conical bushing 7 relative to the guide bushing 14 is carried out by means of guide pins 8.

Подача смазочной технологической среды (СТС) в контактную зону индентора 10 и контртело в виде конической втулки 9 с круговым пазом осуществляется при помощи распылителя 23, установленного в кольцо для подачи СТС 21 при помощи переходника 24, герметичность которых осуществляется кольцевыми прокладками 25 и резиновыми прокладками 22. Далее СТС в распыленном состоянии поступает через отверстие, выполненное подвижном валу 1 в сопло 12.The supply of a lubricating process medium (STS) into the contact zone of the indenter 10 and the counterbody in the form of a conical sleeve 9 with a circular groove is carried out using a sprayer 23 installed in the ring for supplying the STS 21 using an adapter 24, the tightness of which is carried out by ring gaskets 25 and rubber gaskets 22 Next, the STS in the atomized state enters through the hole made by the movable shaft 1 into the nozzle 12.

На направляющей конической втулке 7 имеется лапка, в которую устанавливается шпилька 28 с подшипниками качения 29 имеющую кинематическую связь с державкой 26 установленной в динамометре 27, при помощи которого производится регистрация значений момента трения.On the guide conical bushing 7 there is a foot, in which a pin 28 with rolling bearings 29 is installed, which has a kinematic connection with the holder 26 installed in the dynamometer 27, with which the values of the friction torque are recorded.

Устройство работает следующим образом. Эксплуатация устройства осуществляется на токарном станке, в котором предусмотрен частотный преобразователь, позволяющий в широком диапазоне регулировать частоту вращения шпинделя. Подвижный вал закрепляется в кулачках токарного патрона, а второй подвижный вал поджимается вращающимся центром.The device works as follows. The operation of the device is carried out on a lathe, which has a frequency converter that allows you to adjust the spindle speed in a wide range. The movable shaft is fixed in the cams of the lathe chuck, and the second movable shaft is pressed by the rotating center.

Индентор, установленный в отверстии подвижного вала, контактирует с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, где нагрузка контактной пары регулируется путем перемещения конической направляющей втулки относительно индентора, за счет изменения положения вращающегося центра, контактирующего с подвижным валом, который в свою очередь контактирует с конической направляющей втулкой через линейный подшипник. Упорная гайка контактирует с упорным подшипником, который установлен на подвижном валу и контактирует с направляющей конической втулкой. В свою очередь, контртело в виде конической втулки с круговым пазом установлено в отверстии направляющей конической втулки, позволяющей осуществлять прямолинейное и вращательное движение направляющей конической втулки и контртела в виде конической втулки с круговым пазом. В результате чего имеется возможность производить измерения, используя контртело в виде конической втулки с круговым пазом, позволяющим имитировать процесс граничного трения, и обеспечивая процесс трения-скольжения инструмента по конической поверхности контртела.The indenter installed in the hole of the movable shaft is in contact with the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, where the load of the contact pair is controlled by moving the conical guide sleeve relative to the indenter, by changing the position of the rotating center in contact with the movable shaft, which in turn is in contact with tapered guide bushing through a linear bearing. The thrust nut contacts the thrust bearing, which is mounted on the movable shaft and contacts the guide bushing. In turn, the counterbody in the form of a conical bushing with a circular groove is installed in the hole of the guide conical bushing, which allows rectilinear and rotational movement of the guide conical bushing and the counterbody in the form of a conical bushing with a circular groove. As a result, it is possible to make measurements using a counterbody in the form of a conical bushing with a circular groove, which allows simulating the process of boundary friction, and providing the process of friction-sliding of the tool along the conical surface of the counterbody.

Путем перемещения направляющей конической втулки 7 относительно индентора 10, установленного в отверстие подвижного вала 1, создается необходимая контактная нагрузка между индентором 10 и контртелом в виде конической втулки 9 с круговым пазом, которая устанавливается в направляющую коническую втулку 7, содержащая линейный подшипник 6 и упорный подшипник 5, установленные на подвижном валу 2.By moving the guide conical sleeve 7 relative to the indenter 10 installed in the hole of the movable shaft 1, the necessary contact load is created between the indenter 10 and the counterbody in the form of a conical sleeve 9 with a circular groove, which is installed in the guide conical sleeve 7, containing a linear bearing 6 and a thrust bearing 5 mounted on a movable shaft 2.

В свою очередь, направляющая втулка 14, линейный подшипник 15, упорный подшипник 16 и направляющие шпильки 8, контактирующие с направляющими отверстиями, расположенными в направляющей конической втулке 7, установлены на подвижном валу 1. Далее устанавливается упорное кольцо 18 на подвижный вал 1, фиксируемое при помощи установочных винтов 17, служащее для предотвращения линейного перемещение направляющей втулки 14 при линейном перемещении направляющей конической втулки 7 относительно оси направляющих шпилек 8, контактирующих с пружинами 13.In turn, the guide bush 14, the linear bearing 15, the thrust bearing 16 and the guide pins 8, which are in contact with the guide holes located in the guide conical bush 7, are mounted on the movable shaft 1. Next, the thrust ring 18 is installed on the movable shaft 1, fixed at with the help of set screws 17, which serves to prevent linear movement of the guide sleeve 14 during linear movement of the guide conical sleeve 7 relative to the axis of the guide pins 8 in contact with the springs 13.

Для более точного позиционирования контртела в виде конической втулки с круговым пазом относительно индентора дополнительно используются пружины, расположенные на направляющих винтах, между направляющей втулкой и направляющей конической втулкой. Направляющая втулка, в свою очередь, содержит линейный подшипник, а в качестве упора при линейном перемещении конической направляющей втулки используется упорный подшипник, зафиксированный при помощи упорного кольца и установочных винтов. В свою очередь, в направляющей конической втулке расположена специальная лапка с закрепленной на ней шпилькой, на которую устанавливаются подшипники качения, контактирующие с державкой, установленной в динамометре. В месте закрепления индентора установлен тензодатчик, подключенный к динамометру, позволяющий регистрировать создаваемую нагрузку между индентором и контртелом в виде конической втулки с круговым пазом.For more precise positioning of the counterbody in the form of a tapered bushing with a circular groove relative to the indenter, springs are additionally used, located on the guide screws between the guide bushing and the guide bushing. The guide sleeve, in turn, contains a linear bearing, and a thrust bearing is used as a stop during linear movement of the tapered guide sleeve, fixed with a thrust ring and set screws. In turn, in the guide conical bush there is a special tab with a pin fixed on it, on which the rolling bearings are installed, which are in contact with the holder installed in the dynamometer. At the place where the indenter is fixed, a strain gauge is installed, connected to a dynamometer, which makes it possible to register the load created between the indenter and the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove.

При вращении подвижного вала индентор контактирует с контртелом в виде конической втулки с круговым пазом, в результате чего создается крутящий момент, который передается через лапку с расположенной в ней шпилькой державке, установленной в динамометре, при помощи которого производится регистрация показаний. Подача смазывающих технологических сред в контактную зону индентора и контртела в виде конической втулки с круговым пазом осуществляется при помощи распылителя, герметично установленного в переходнике при помощи резиновых прокладок, в свою очередь, переходник установлен в кольце подачи СТС, при помощи которого осуществляется подача СТС при вращательном движении подвижного вала, благодаря наличию уплотнительных кольцевых прокладок, далее СТС в распыленном состоянии поступает по каналу, расположенному в подвижном валу, и далее поступает в сопло. Также для обеспечения герметичности системы подачи СТС предусмотрено использование дополнительного болта.When the movable shaft rotates, the indenter contacts the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, as a result of which a torque is created, which is transmitted through the foot with the pin located in it to the holder installed in the dynamometer, with which the readings are recorded. The supply of lubricating technological media into the contact zone of the indenter and the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove is carried out using a sprayer hermetically installed in the adapter using rubber gaskets, in turn, the adapter is installed in the STS supply ring, with the help of which the STS is supplied with rotational movement of the movable shaft, due to the presence of sealing ring gaskets, then the STS in the sprayed state enters through the channel located in the movable shaft, and then enters the nozzle. Also, to ensure the tightness of the STS supply system, the use of an additional bolt is provided.

Claims

A device for determining the coefficient of friction of lubricants, comprising a first movable shaft, on which a guide sleeve of the first movable shaft, a thrust ring, an indenter are installed, and in which a hole is made for supplying a lubricating technological medium into the contact zone of the indenter, a second movable shaft, on which a thrust nut is installed , a tapered guide bushing and a counterbody in the form of a tapered bushing with a circular groove, wherein the tapered bushing with a circular groove is installed in the tapered guide bushing, which contains a linear bearing and a thrust bearing mounted on the second movable shaft, and the guide bushing of the first movable shaft contains a linear bearing, thrust bearing and guide pins in contact with guide holes located in the guide conical bushing of the second movable shaft, wherein the indenter has the shape of a drill with an angle at the top and is installed at one end in the hole of the first movable shaft, and the other the end is in contact with the counterbody in the form of a conical sleeve with a circular groove, and at the place where the indenter is fixed, a load cell is installed that can be connected to a dynamometer, and in the guide conical sleeve there is a tab with a pin fixed on it, on which rolling bearings are installed that are in contact with the holder, installed in a dynamometer, and the device is made with the possibility of fixing on a lathe.