RU2279660C2 - Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system - Google Patents
Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2279660C2 RU2279660C2 RU2004128822/28A RU2004128822A RU2279660C2 RU 2279660 C2 RU2279660 C2 RU 2279660C2 RU 2004128822/28 A RU2004128822/28 A RU 2004128822/28A RU 2004128822 A RU2004128822 A RU 2004128822A RU 2279660 C2 RU2279660 C2 RU 2279660C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- counter
- contact
- axis
- rotation
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к трибологии и триботехнике граничной смазки, в частности к способам и средствам оценки противоизносных и/или антифрикционных свойств смазочных материалов, присадок к ним, сочетаний конструкционных материалов совместно со смазочной средой как жидкой, так и газообразной природы, как циркулирующим, так и нециркулирующим видом подачи.The invention relates to tribology and tribotechnics of boundary lubrication, in particular to methods and means of evaluating antiwear and / or antifriction properties of lubricants, additives to them, combinations of structural materials together with a lubricating medium of both liquid and gaseous nature, both circulating and non-circulating type of feed.
На сегодняшний день нет методик и средств испытаний смазочных материалов по их главным потребительским свойствам: противоизносным и антифрикционным, которые были бы признаны всеми специализирующимися в этой области предприятиями различных стран мира. Эксплуатационные показатели качества, как то плотность, вязкость, температура вспышки в открытом тигле, динамическая вязкость и пр., всего десятки показателей, определяются признанными во всем мире методами и средствами. А главные потребительские свойства смазочных материалов - противоизносные и антифрикционные - по сей день на предприятиях в различных странах определяются своими методами и средствами, которые, как правило, недоступны потребителям и даже органам сертификации других стран.To date, there are no methods and means of testing lubricants for their main consumer properties: anti-wear and anti-friction, which would be recognized by all enterprises specializing in this field from around the world. Operational quality indicators, such as density, viscosity, flash point in an open crucible, dynamic viscosity, etc., dozens of indicators, are determined by methods and means recognized worldwide. And the main consumer properties of lubricants - anti-wear and anti-friction - to this day at enterprises in various countries are determined by their methods and means, which, as a rule, are inaccessible to consumers and even certification bodies of other countries.
В известных устройствах испытания производятся, как правило, путем трения скольжения вращающегося объекта, далее контртела, по поверхности или поверхностям одного или нескольких неподвижных образцов.In known devices, tests are carried out, as a rule, by sliding friction of a rotating object, then a counterbody, on the surface or surfaces of one or more fixed samples.
Как известно из трибологии граничной смазки, в процессе трения в таких условиях на трущихся поверхностях всегда образуются так называемые вторичные структуры. Такие же структуры образуются и в реальных узлах трения. Таким образом, вследствие трибохимического взаимодействия рабочих поверхностей со средой в процессе эксплуатации определяющим фактором противоизносных свойств всей трибосистемы являются свойства таких вторичных структур и свойства смазочной среды, которая также изменяется вследствие взаимодействия с поверхностями трения.As is known from the tribology of boundary lubrication, in the process of friction under such conditions, so-called secondary structures are always formed on rubbing surfaces. The same structures are formed in real friction nodes. Thus, due to the tribochemical interaction of the working surfaces with the medium during operation, the determining factor of the antiwear properties of the entire tribosystem are the properties of such secondary structures and the properties of the lubricating medium, which also changes due to interaction with friction surfaces.
В силу большого разнообразия геометрии контакта трибосистем широкое распространение получили устройства испытаний смазочных и конструкционных материалов с точечным контактом, где контртелом является шар, который осуществляет трение скольжения по трем или четырем шарам. При трении поверхностей с такой геометрией контакта вследствие изнашивания каждый последующий акт изнашивания сопровождается уносом с рабочих поверхностей вторичных структур в виде продуктов изнашивания. Поэтому пространственный криволинейный вид контактирования в модельных трибосистемах принципиально не позволяет смоделировать образование вторичных структур на поверхности, что, в свою очередь, не позволяет произвести их испытания по противоизносным и антифрикционным свойствам.Due to the wide variety of contact geometry of tribosystems, devices for testing lubricants and structural materials with point contact are widely used, where the counterbody is a ball that carries out sliding friction over three or four balls. During friction of surfaces with such contact geometry due to wear, each subsequent wear event is accompanied by ablation from the working surfaces of secondary structures in the form of wear products. Therefore, the spatial curvilinear type of contact in model tribosystems fundamentally does not allow simulating the formation of secondary structures on the surface, which, in turn, does not allow testing them with antiwear and antifriction properties.
Другой распространенный вид контактирования в испытательных устройствах - поверхность по поверхности. Однако известен ряд недостатков такой схемы контактирования, как то недостаточная воспроизводимость начальных условий испытания контакта поверхность по поверхности (известно, что фактическая площадь контакта находится в пределах от 20% до 80% от номинальной площади). Существующие методы преодоления этого недостатка путем предварительной приработки в абразивной среде вносят новые погрешности в виде вторичных структур от процесса приработки, а также шаржирования рабочих поверхностей притирочным абразивом. Поэтому криволинейные точечные контакты и контакты поверхность по поверхности не могут обеспечить два главных требования к испытаниям трибосистем по противоизносным и/или антифрикционным свойствам: в случае точечного контакта вторичные структуры невозможно сформировать, а затем испытать при одинаковых начальных условиях; в случае контакта поверхность по поверхности воспроизвести начальные условия весьма проблематично, а методы достижения таковых изначально вносят случайную и в некоторых случаях - неустранимую погрешность.Another common form of contact in test devices is surface-to-surface. However, a number of drawbacks of such a contacting scheme are known, such as insufficient reproducibility of the initial conditions for testing the contact surface by surface (it is known that the actual contact area is in the range from 20% to 80% of the nominal area). Existing methods for overcoming this drawback by preliminary running-in in an abrasive medium introduce new errors in the form of secondary structures from the running-in process, as well as scuffing of working surfaces with a grinding abrasive. Therefore, curvilinear point contacts and surface-surface contacts cannot provide two main requirements for testing tribosystems with anti-wear and / or antifriction properties: in the case of point contact, secondary structures cannot be formed and then tested under the same initial conditions; in the case of contact, surface-to-surface reproduction of the initial conditions is very problematic, and methods for achieving those initially introduce a random and, in some cases, fatal error.
Именно поэтому наиболее корректными устройствами и способами испытаний смазочных и конструкционных материалов трибосистем являются устройства и способы, основанные на трении скольжения контртела в виде цилиндра, которое реализует трение скольжения своей образующей по плоскости или по образующей цилиндра другого радиуса (машина Тимкена, RFL Optimol Test System). В этом варианте выполняются требования высокой воспроизводимости начальных условий трения, а также возможность формирования вторичных структур, характерных данным условиям трения и свойствам конструкционных и смазочных материалов, которые после формирования путем испытаний можно оценить и таким образом прогнозировать противоизносные и антифрикционные свойства во времени. То есть линейный контакт трибосистем позволяет характеризовать поведение смазочных и конструкционных материалов по триботехническим свойствам, и хорошо моделирует работу реальных трибосистем во времени.That is why the most correct devices and methods for testing lubricants and structural materials of tribosystems are devices and methods based on sliding friction of a counterbody in the form of a cylinder that implements sliding friction of its generatrix along a plane or along the generatrix of a cylinder of a different radius (Timken machine, RFL Optimol Test System) . In this embodiment, the requirements of high reproducibility of the initial friction conditions are fulfilled, as well as the possibility of the formation of secondary structures characteristic of these friction conditions and the properties of structural and lubricants, which after formation by testing can be evaluated and thus predict antiwear and antifriction properties over time. That is, the linear contact of tribosystems allows one to characterize the behavior of lubricants and structural materials by tribological properties, and well models the operation of real tribosystems in time.
Известны устройства и способы оценки противоизносных и антифрикционных свойств трибосопряжений в статическом и динамическом режимах, предусматривающие физическое моделирование пары трения, которая реализует трение, после чего определяется величина износа, а в ходе испытаний производится регистрация динамических характеристик узла трения, как-то сила или момент трения, объемная температура среды, температура граничного слоя, контактная температура при определенных внешних условиях: скорости скольжения и осевой нагрузки (RU, пат. №2165077, G 01 N 3/56, опубл. 10.04.2001 г.).Known devices and methods for evaluating the anti-wear and antifriction properties of tribological conjugations in static and dynamic modes, involving physical modeling of a friction pair that implements friction, after which the amount of wear is determined, and during the tests, the dynamic characteristics of the friction unit are recorded, such as the force or moment of friction , volumetric temperature of the medium, temperature of the boundary layer, contact temperature under certain external conditions: sliding speed and axial load (RU, US Pat. No. 216507 7, G 01 N 3/56, publ. 04/10/2001).
Данное решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.This decision was made as a prototype for the declared objects.
Однако данное устройство и реализуемый им способ не учитывают действительную физическую картину взаимодействия пары трения. Трибологические исследования процессов трения линейного контакта, образованного образующей цилиндра контробразца цилиндрической формы и неподвижного образца, а также многочисленные собственные исследования свидетельствуют о том, что противоизносные и антифрикционные свойства такого контакта, главным образом, определяются свойствами вторичных структур, образованных на контробразце.However, this device and the method it implements do not take into account the actual physical picture of the interaction of the friction pair. Tribological studies of the processes of friction of a linear contact formed by a cylinder forming a counter-sample of cylindrical shape and a fixed sample, as well as numerous own studies indicate that the antiwear and antifriction properties of such a contact are mainly determined by the properties of secondary structures formed on the counter-sample.
Техническая задача, на решение которой должно быть направлено каждое изобретение заявленной группы изобретений, состоит в обеспечении возможности получения характеристик противоизносных и антифрикционных свойств с максимальной воспроизводимостью результатов испытаний, а также в обеспечении прогнозирования противоизносных и антифрикционных свойств во времени, т.е. с учетом образования вторичных структур на рабочих поверхностях. Технический результат, достигаемый при реализации каждого изобретения в заявленной группе изобретений, состоит в повышении воспроизводимости противоизносных и антифрикционных характеристик трибосистем с учетом образования вторичных структур на рабочих поверхностях, однако без обеспечения постоянства контакта высокая воспроизводимость недостижима.The technical problem to which each invention of the claimed group of inventions should be directed is to provide the possibility of obtaining characteristics of antiwear and antifriction properties with maximum reproducibility of test results, as well as to ensure the forecasting of antiwear and antifriction properties in time, i.e. taking into account the formation of secondary structures on work surfaces. The technical result achieved by the implementation of each invention in the claimed group of inventions consists in increasing the reproducibility of antiwear and antifriction characteristics of tribosystems taking into account the formation of secondary structures on working surfaces, however, without reproducibility of contact, high reproducibility is unattainable.
Указанный технический результат для заявляемого способа достигается тем, что способ определения антифрикционных и противоизносных свойств трибосистемы с одним линейным контактом постоянной протяженности исключает его смещение от упругости чувствительного элемента силы трения и базируется на трении контробразца цилиндрической формы по неподвижному относительно контакта с образующей цилиндра контробразца плоскому или цилиндрическому образцу, которые могут быть изготовлены из любых конструкционных материалов, в среде смазочного материала или в любой другой среде. Испытания производятся путем трения одним и тем же контробразцом по образцу поэтапно. На первом этапе путем трения на новой, ранее не работавшей рабочей поверхности, образующей цилиндр контробразца, формируются вторичные структуры, характерные для испытуемой смазочной среды и конструкционных материалов, образующих трибосистему скольжения. Следующие этапы аналогичны предыдущему. Количество аналогичных этапов испытаний определяется стабилизацией величины износа (как правило, величина износа уменьшается, особенно в высокомолекулярных углеводородных средах - маслах и смазках), что сигнализирует о завершении процесса формирования вторичных структур на рабочей поверхности контртела, которые характерны данным условиям испытаний и свойствам рабочей среды (в случае циркуляции среды учитываются трибохимические, а также реологические изменения самой среды).The specified technical result for the proposed method is achieved in that the method for determining the antifriction and antiwear properties of a tribosystem with one linear contact of constant length excludes its displacement from the elasticity of the sensitive element of the friction force and is based on the friction of the counter-sample of cylindrical shape motionless relative to the contact with the cylinder of the counter-sample of flat or cylindrical sample that can be made of any structural materials in a lubricating medium material or in any other medium. Tests are carried out by friction with the same counter-sample according to the model in stages. At the first stage, by friction on the new, previously not working working surface, forming the cylinder of the counter-sample, secondary structures are formed that are characteristic for the tested lubricating medium and structural materials that form the sliding tribosystem. The following steps are similar to the previous one. The number of similar test steps is determined by the stabilization of the amount of wear (as a rule, the amount of wear decreases, especially in high molecular hydrocarbon media - oils and greases), which signals the completion of the formation of secondary structures on the counterbody surface that are characteristic of these test conditions and the properties of the working medium ( in the case of medium circulation, tribochemical as well as rheological changes of the medium itself are taken into account).
На последнем этапе испытывают образованные вторичные структуры на контробразце путем более длительного трения с сохранением прочих равных начальных условий (удельное давление и скорость) по новой, ранее не участвующей во фрикционном взаимодействии, поверхности того же образца. Это позволяет производить оценку противоизносных и/или антифрикционных свойств всей трибосистемы с учетом свойств образованных вторичных структур по интенсивности изнашивания образца, что определяет противоизносные и/или антифрикционные свойства смазочных и конструкционных материалов, характерные таковым в процессе длительной эксплуатации.At the last stage, the formed secondary structures are tested on the counter-sample by longer friction while maintaining other equal initial conditions (specific pressure and speed) on a new, previously not participating in frictional interaction, surface of the same sample. This allows you to evaluate the anti-wear and / or antifriction properties of the entire tribosystem, taking into account the properties of the formed secondary structures according to the wear rate of the sample, which determines the anti-wear and / or antifriction properties of lubricants and structural materials that are characteristic for those during long-term operation.
Указанный технический результат для заявляемого устройства достигается следующими конструктивными особенностями его исполнения.The specified technical result for the claimed device is achieved by the following design features of its execution.
Устройство включает в себя вал, на котором устанавливается контробразец, приводимый во вращение главным электроприводом через редуктор. Контробразец, представляющий собой ролик, осуществляет трение по плоскому или цилиндрическому, неподвижному относительно контакта с контробразцом образцу, установленному в ванне, которая, в свою очередь, закреплена в рамке с вертикальными направляющими. Вертикальные направляющие установлены в двух парах шарикоподшипниковых шкивов, которые обеспечивают свободное перемещение рамки вдоль осей, проходящих через центры качения шкивов, что обеспечивают соответствующие серьги. Серьги установлены на шарикоподшипниковых опорах, которые позволяют им вместе с рамкой вращаться относительно оси, проходящей через центр масс контробразца за счет того, что ш/подшипниковые опоры серьг установлены в платформе, которая имеет форму вилки. Платформа установлена на наружных кольцах шарикоподшипниковых опор, которые внутренними кольцами посажены на корпус и сцентрированы относительно оси вращения контробразца. Осевая нагрузка подводится на линейный контакт с помощью тросика, который свободными концами прикреплен к ванне с образцом. Замыкается тросик на шарикоподшипниковом шкиве, который крепится к балке нагружения и может с помощью регулировочного винта перемещаться в вертикальном направлении. Это обеспечивает подвод и съем осевой нагрузки через тросик и ванну с образцом на его контакт с образующей цилиндра контробразца. Таким образом, замкнутый тросик проходит через разнесенные по сторонам относительно контробразца шарикоподшипниковые направляющие нагрузки, которые установлены в платформе и обеспечивают вертикальное нагружение контакта относительно оси, проходящей через ось вращения шарикоподшипниковых опор серьг. Шкив с регулировочным винтом нагрузки установлен в подшипнике, который, в свою очередь, вращается относительно вала, установленного в серьге балки нагружения. Балка нагружения опирается на призму, которая закреплена на платформе с серьгами и с некоторым плечом (например, 1:10) свободным концом крепится к гибкой тяге нагрузки. Гибкая тяга нагрузки проходит через шарикоподшипниковый блок, который обеспечивает качание в оси вращения контробразца с помощью ее серьги, расположенной в шарикоподшипниковых опорах соосно с валом и контробразцом. Гибкая тяга выходит из блока в нижней точке касания с ним, которая расположена на оси вращения вала с контробразцом. После этого гибкая тяга крепится в электромеханическом приводе нагружения возвратно-поступательного движения, которое осуществляется также в оси вращения вала с контробразцом.The device includes a shaft on which a counter sample is mounted, driven into rotation by the main electric drive through the gearbox. The counter sample, which is a roller, carries out friction on a flat or cylindrical sample stationary in contact with the counter sample installed in the bath, which, in turn, is mounted in a frame with vertical guides. Vertical guides are installed in two pairs of ball-bearing pulleys, which provide free movement of the frame along the axes passing through the centers of rolling of the pulleys, which provide the corresponding earrings. The earrings are mounted on ball-bearing supports, which allow them to rotate with the frame relative to the axis passing through the center of mass of the counter-pattern due to the w / bearing bearings of the earrings installed in a platform that has the shape of a fork. The platform is mounted on the outer rings of ball-bearing bearings, which are mounted on the housing by the inner rings and centered on the axis of rotation of the counter-sample. The axial load is applied to the linear contact using a cable, which is attached to the sample bath with free ends. The cable closes on a ball-bearing pulley, which is attached to the loading beam and can be moved in the vertical direction with the help of an adjusting screw. This ensures that the axial load is supplied and removed through the cable and the bath with the sample to its contact with the generatrix of the counter-sample cylinder. Thus, the closed cable passes through ball-bearing guiding loads spaced apart on the sides relative to the counter-sample, which are installed in the platform and provide vertical contact loading relative to the axis passing through the axis of rotation of the ball-bearing bearings of the earrings. A pulley with a load adjusting screw is installed in the bearing, which, in turn, rotates relative to the shaft installed in the ear of the loading beam. The loading beam rests on a prism, which is mounted on a platform with earrings and with some shoulder (for example, 1:10) is attached with a free end to a flexible load traction. A flexible load traction passes through a ball-bearing block, which provides swinging in the axis of rotation of the counter-sample using its earring, located in the ball-bearing bearings coaxially with the shaft and the counter-sample. Flexible traction leaves the block at the lower point of contact with it, which is located on the axis of rotation of the shaft with the counter-pattern. After that, the flexible rod is mounted in the electromechanical drive of the loading of the reciprocating movement, which is also carried out in the axis of rotation of the shaft with a counter-pattern.
Данное устройство такой конструкции обеспечивает постоянство линейного контакта контробразца и образца, а также при возникновении контактного трения и соответствующем отклонении платформы обеспечивает смещение рамки с неподвижным образцом и балки нагружения относительно оси вращения контробразца без смещения контакта и без перераспределения на нем нагрузки, которая в других случаях становится составляющей измеряемой величины силы трения.This device of this design ensures the constancy of the linear contact of the counter-sample and the sample, and also, when contact friction occurs and the platform deviates accordingly, the frame and the loading beam are displaced relative to the axis of rotation of the counter-sample without contact displacement and without load redistribution, which in other cases becomes component of the measured value of the friction force.
Возможность осуществления заявляемых изобретений, охарактеризованных приведенными выше совокупностями признаков, а также возможность реализации назначений изобретений может быть подтверждена описанием конструкции и работы устройства определения противоизносных и/или антифрикционных свойств трибосистемы с одним линейным контактом постоянной протяженности, исключающим смещения от упругости чувствительных элементов силы трения и от отклонений образующей цилиндра контробразца в контакте, выполненного в соответствии с изобретениями заявленной группы изобретений.The possibility of implementing the claimed inventions, characterized by the above sets of features, as well as the possibility of implementing the purposes of the inventions can be confirmed by a description of the design and operation of a device for determining the antiwear and / or antifriction properties of a tribosystem with one linear contact of constant length, eliminating the displacement of elastic elements of friction force and from deviations of the generatrix of the counter-sample cylinder in contact made in accordance with the invention mi of the claimed group of inventions.
Указанное описание поясняется графическим материалом, где на чертеже представлена принципиальная схема устройства.The specified description is illustrated by graphic material, where the drawing shows a schematic diagram of the device.
Согласно настоящему изобретению способ определения противоизносных и/или антифрикционных свойств трибосистемы с одним линейным контактом постоянной протяженности, исключающий смещение контакта, вызываемое смещением чувствительных элементов, определяющих силу трения, и отклонения образующей цилиндра контробразца в контакте от оси его вращения, заключается в том, что:According to the present invention, a method for determining the anti-wear and / or antifriction properties of a tribosystem with a single linear contact of constant length, eliminating the contact bias caused by the displacement of the sensitive elements determining the friction force and the deflection of the counter-pattern forming cylinder in contact from its axis of rotation, is that:
- при первичном соприкосновении образуют линейный контакт между цилиндрической формы контробразцом и плоским или цилиндрическим образцом с возможностью перемещения образца вдоль вертикальной оси Y и одновременного вращения относительно горизонтальной оси Х и вращения вокруг оси Z, которая перпендикулярна плоскости вращения контробразца и пересекается с осями Х и Y в центре масс контробразца;- at the initial contact, they form a linear contact between the cylindrical shape of the counter-sample and a flat or cylindrical sample with the possibility of moving the sample along the vertical axis Y and rotation about the horizontal axis X and rotation around the Z axis, which is perpendicular to the plane of rotation of the sample and intersects with the axes X and Y in the center of mass of the counter-sample;
- осуществляют трение путем скольжения контробразца поверхностью, образующей цилиндр, по неподвижному относительно контакта образцу с обеспечением постоянной протяженности контакта при его эволюции за счет отклонений образующей цилиндра контробразца от оси его вращения;- carry out friction by sliding the counter-sample by the surface forming the cylinder along a sample stationary relative to the contact, ensuring a constant contact length during its evolution due to deviations of the counter-sample forming cylinder from its rotation axis;
- создают нагрузку на контакте таким образом, что при отклонении образца вокруг оси Z за счет возникновения силы трения, которая отклоняет чувствительный элемент для ее измерения, ось нагружения так же одновременно отклоняется на тот же угол в плоскости контробразца XY вокруг оси вращения контробразца Z.- create a load on the contact in such a way that when the sample is deflected around the Z axis due to the occurrence of a friction force that deflects the sensor for its measurement, the load axis also simultaneously deviates by the same angle in the plane of counter-pattern XY around the axis of rotation of counter-pattern Z.
При этом трение одним и тем же контробразцом по образцу осуществляют поэтапно для формирования на первых этапах на рабочей поверхности контробразца образующихся вторичных структур и проведения на последнем этапе испытания их противоизносных и антифрикционных свойств, в среде, которая также изменяет свои трибохарактеристики, при этом на первом этапе осуществляют трение скольжения новой поверхностью, образующей цилиндр контробразца, по новой поверхности образца заданное время при выбранной нагрузке и скорости, на втором этапе тем же контробразцом осуществляют трение скольжения той же поверхностью, образующей цилиндр, по новой поверхности образца на тех же или измененных режимах, каждый следующий этап повторяет предыдущий, а на последнем этапе трение осуществляют в течение времени, превышающего время осуществления трения на первых этапах.In this case, friction with the same counter-sample on the sample is carried out in stages to form the secondary structures formed at the first stages on the counter-sample working surface and to conduct their antiwear and antifriction properties at the last stage, in a medium that also changes its tribo characteristics, while at the first stage carry out sliding friction with a new surface forming the cylinder of the counter-sample, on a new surface of the specimen a predetermined time at a selected load and speed, in the second stage the same ntrobraztsom performed sliding friction of the same surface forming the cylinder, the new surface of the specimen in the same or modified modes, each following step repeats the previous one, and friction at the last stage is carried out for a time exceeding the time of friction in the initial stages.
Данный способ может быть реализован устройством для определения противоизносных и антифрикционных свойств трибосистемы с одним линейным контактом постоянной протяженности, исключающим смещение контакта, вызываемое смещением чувствительных элементов, определяющих силу трения, и отклонения образующей цилиндра контробразца в контакте от оси его вращения. Это устройство содержит вал, который приводится во вращение электроприводом через редуктор и на котором установлен контробразец цилиндрической формы, рамку в направляющих вертикального ее перемещения, которые установлены в опорах качения, разнесенных и установленных на общей вертикальной платформе, которая установлена на наружном кольце подшипника качения, внутреннее кольцо которого закреплено на неподвижном корпусе соосно с осью вращения вала с контробразцом, а неподвижный относительно контакта плоский или цилиндрический образец установлен в ванне на рамке перпендикулярно ее вертикальным направляющим и параллельно образующей цилиндр контробразца в контакте, который возникает при создании усилия через замкнутый трос, прикрепленный двумя концами к нижней горизонтальной платформе рамки и пропущенный через два вращающихся блока, которые установлены в вертикальной платформе и направляют трос перпендикулярно контакту с постоянными точками приложения вертикальной нагрузки, образующими линию, проходящую через центр масс контробразца и пропущенный через верхний блок с направляющей канавкой, который прикреплен к одному концу балки нагружения для создания усилия строго перпендикулярно контакту за счет плеча балки нагружения, которая имеет опору на вертикальной платформе, и к ее свободному концу прикреплена гибкая тяга, проходящая через блок, установленный на серьге с валом, который установлен в шарикоподшипниковых опорах вращения, центрированных относительно оси вращения контробразца, а свободный конец гибкой тяги после выхода из блока расположен на оси вращения вала и закреплен в приводе нагружения возвратно-поступательного движения по оси вращения вала с контробразцом.This method can be implemented by a device for determining the anti-wear and antifriction properties of a tribosystem with one linear contact of constant length, eliminating the contact bias caused by the displacement of the sensitive elements that determine the friction force and the deflection of the forming cylinder of the counter-sample in contact from its axis of rotation. This device contains a shaft, which is driven by an electric drive through a gearbox and on which a counter-sample of cylindrical shape is mounted, a frame in the guides of its vertical movement, which are installed in rolling bearings, spaced and installed on a common vertical platform, which is mounted on the outer ring of the rolling bearing, internal the ring of which is fixed on the stationary housing coaxially with the axis of rotation of the shaft with the counter-sample, and a flat or cylindrical sample stationary relative to the contact mounted in a bath on a frame perpendicular to its vertical guides and parallel to forming a counter-sample cylinder in contact, which occurs when efforts are created through a closed cable attached by two ends to the lower horizontal platform of the frame and passed through two rotating blocks that are installed in a vertical platform and guide the cable perpendicularly contact with constant points of vertical load application, forming a line passing through the center of mass of the sample and passed through the upper lock with a guide groove, which is attached to one end of the loading beam to create a force strictly perpendicular to the contact due to the shoulder of the loading beam, which is supported on a vertical platform, and a flexible rod is attached to its free end, passing through the block mounted on the earring with a shaft, which is installed in ball bearings of rotation centered relative to the axis of rotation of the counter sample, and the free end of the flexible rod after leaving the block is located on the axis of rotation of the shaft and is fixed in the drive eniya reciprocating motion along the rotation shaft kontrobraztsom axis.
Ниже приводится пример конкретного исполнения устройства (см. чертеж).The following is an example of a specific device (see drawing).
Контробразец 1 неподвижно закреплен на валу 2. Образец 3 неподвижно установлен в ванной 4, которая неподвижно жестко закреплена на нижней горизонтальной балке 5 рамки.The counter-sample 1 is fixedly mounted on the shaft 2. Sample 3 is fixedly mounted in the bath 4, which is fixedly rigidly fixed on the lower horizontal beam 5 of the frame.
Контробразец 1, приводимый во вращение электроприводом 6, через редуктор 7 контактирует с неподвижным относительно контакта образцом 3, закрепленным в ванной 4. Балка 5 вместе с параллельными вертикальными направляющими 8 и верхней горизонтальной балкой 9 образуют рамку. Вертикальные направляющие 8 рамки расположены в шкивах 10 на шарикоподшипниках, которые разнесены относительно оси Z и установлены в серьгах 11. Серьги 11 со шкивами 10 направляющих рамки установлены в шарикоподшипниковых опорах 12, которые закреплены в платформе 13, позволяющие вращаться рамке с серьгами относительно оси X, проходящей через центр масс контробразца. Платформа 13 установлена на наружных кольцах ш/подшипниковых опор, которые внутренними кольцами неподвижно установлены на корпусе таким образом, что их ось вращения совпадает с осью вращения вала с контробразцом и проходит через центр масс контробразца. Нагрузка на контакте создается с помощью тросика 14, который свободными концами крепится к ванной 4 с неподвижным образцом 3. Этот тросик нагружения 14, проходя через боковые шарикоподшипниковые шкивы 15, замыкается на верхнем шарикоподшипниковом блоке 16, который закреплен в серьге 17 и регулируется с помощью гайки 18. Боковые шкивы 15 установлены в шарикоподшипниковых опорах, которые установлены в платформе 13 таким образом, что нижние точки касания тросика нагружения 14 с ними находятся на оси X, проходящей через центр масс контробразца 1. Серьга 17 проходит через центр вращения подшипника 19, который установлен в передней серьге балки нагружения 20. Балка нагружения 20 опирается своей призмой 21 на призму 22 платформы 13 параллельно оси Х и свободным концом с большим плечом крепится посредством серьги 23 балки нагружения 20 и подшипника 24 этой серьги посредством гибкой тяги нагружения 25, которая проходит через блок 26, установленный на серьге 27. Серьга 27 крепится в подшипниковых опорах 28 так, что ось вращения серьги 27 и нижняя точка касания гибкой тяги 25 с блоком 26 лежат на оси вращения вала 2 с контробразцом 1. Гибкая тяга 25 после блока 26 крепится к электромеханическому приводу 29 возвратно-поступательного движения, которое осуществляется также в оси вращения вала 2 с контробразцом 1, то есть в оси Z.The counter-sample 1, driven by rotation of the electric drive 6, through the gearbox 7 is in contact with the sample 3, fixed relative to the contact, fixed in the bathtub 4. The beam 5 together with the parallel vertical guides 8 and the upper horizontal beam 9 form a frame. The vertical guides 8 of the frame are located in the pulleys 10 on ball bearings that are spaced relative to the Z axis and are installed in the earrings 11. The earrings 11 with the pulleys 10 of the guide frames are mounted in ball bearings 12, which are fixed in the platform 13, allowing the frame with the earrings to rotate about the X axis, passing through the center of mass of the counter-sample. The platform 13 is mounted on the outer rings of the w / bearing bearings, which are fixedly mounted on the housing by the inner rings so that their axis of rotation coincides with the axis of rotation of the shaft with the counter-sample and passes through the center of mass of the counter-sample. The load on the contact is created using a cable 14, which is attached with free ends to the bath 4 with a fixed sample 3. This load cable 14, passing through the lateral ball-bearing pulleys 15, is closed on the upper ball-bearing block 16, which is fixed in the earring 17 and is regulated by a nut 18. Side pulleys 15 are installed in ball-bearing bearings, which are installed in the platform 13 so that the lower points of contact of the load cable 14 with them are located on the X axis passing through the center of mass of counter-sample 1. Earring 17 passes through the center of rotation of the bearing 19, which is installed in the front earring of the loading beam 20. The loading beam 20 is supported by its prism 21 on the prism 22 of the platform 13 parallel to the X axis and is secured with the free end with a large shoulder via the earring 23 of the loading beam 20 and the bearing 24 of this earring by means of a flexible load rod 25, which passes through the block 26 mounted on the earring 27. The earring 27 is mounted in the bearing bearings 28 so that the axis of rotation of the earring 27 and the lower contact point of the flexible rod 25 with the block 26 lie on the axis of rotation of the shaft 2 with counter-sample 1. Flexible rod 25 after block 26 is attached to the electromechanical drive 29 of the reciprocating movement, which is also carried out in the axis of rotation of the shaft 2 with counter-sample 1, that is, in the Z axis.
Тензодатчики осевой нагрузки 30 установлены на балке нагружения 20 в равнопрочном сечении и регистрируют величину осевой нагрузки. Сила трения регистрируется с помощью тензодатчиков 31 силы трения, которые крепятся на тензобалке силы трения 32.The axial load strain gauges 30 are mounted on the loading beam 20 in an equal strength section and the axial load value is recorded. The friction force is recorded using the strain gauge 31 of the friction force, which are mounted on the strain gauge of the friction force 32.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
С помощью вращения гайки 18 посредством тросика нагружения 14 ванная 4 с образцом 3 со всей рамкой поднимается вверх направляющими рамки 8 по шкивам качения 10. Тензодатчики 30 балки нагружения 20 сигнализируют об установлении линейного контакта контробразца 1 и образца 3. После этого в соответствии с выбранной программой испытаний электропривод 6 приводит во вращение ведущую шестерню редуктора 7, ведомая шестерня которого приводит во вращение вал 2 с контробразцом 1 до выхода на заданную скорость скольжения. Также с помощью программного обеспечения задается программа подачи электропитания на электромеханический привод возвратно-поступательного движения 29, который производит натяжение гибкой тяги нагружения 25 через блок 26 и таким образом создает усилие на серьге 23 балки нагружения 20. Это усилие направлено вниз и через призму 22, на которой возникает реакция, создает усилие на контакте пропорционально отношению расстояния от оси вращения подшипника 19 балки нагружения 20 до соприкосновения призм 21 и 22 и расстояния между линией соприкосновения последних до оси вращения подшипника 24 серьги 23 балки нагружения 20. Таким образом, нагрузка, создаваемая на контакте контробразца 1 и образца 3, может производиться с разной скоростью, до разных значений в соответствии с выбранной программой нагружения.By rotating the nut 18 by means of the load cable 14, the bath 4 with the sample 3 with the entire frame rises upward by the guides of the frame 8 along the rolling pulleys 10. The load cells 30 of the load beam 20 signal the establishment of a linear contact between counter-sample 1 and sample 3. Then, in accordance with the selected program Test drive 6 drives the drive gear of the gearbox 7, the driven gear which drives the shaft 2 with the counter 1 to rotate until it reaches the specified sliding speed. The software also sets the program for supplying power to the electromechanical reciprocating drive 29, which produces tension of the flexible load rod 25 through the block 26 and thus creates a force on the earring 23 of the load beam 20. This force is directed downward and through the prism 22, to which the reaction occurs, creates a force on the contact in proportion to the ratio of the distance from the axis of rotation of the bearing 19 of the load beam 20 to the contact of the prisms 21 and 22 and the distance between the contact line the latter to the axis of rotation of the bearing 24 of the earring 23 of the loading beam 20. Thus, the load created at the contact of counter-sample 1 and sample 3 can be produced at different speeds, up to different values in accordance with the selected loading program.
Постоянство линейного контакта относительно центра масс контробразца 1 обеспечивается качанием образца 3 вместе с вертикальными направляющими 8 рамки в подшипниковых опорах серег 11 вокруг оси X, которая проходит через нижние точки касания тросика нагружения 14 с боковыми шарикоподшипниковыми шкивами 15 и через центр масс контробразца 1. Таким образом, отклонение образующей цилиндра контробразца 1 в контакте будет сопровождаться соответствующим отклонением образца 3 относительно центра масс контробразца 1, что обеспечивает самоустанавливающееся равномерное распределение контактных напряжений по всей номинальной протяженности контакта.The constancy of the linear contact with respect to the center of mass of counter-sample 1 is ensured by swinging the sample 3 together with the vertical guides 8 of the frame in the bearing bearings of the earrings 11 about the X axis, which passes through the lower points of contact of the load cable 14 with the lateral ball-bearing pulleys 15 and through the center of mass of the counter-sample 1. Thus , the deviation of the generatrix of the counter-sample 1 cylinder in contact will be accompanied by a corresponding deviation of the sample 3 relative to the center of mass of the counter-sample 1, which ensures self-installation the uniform distribution of contact stresses over the entire nominal contact length.
Измерение силы трения скольжения, которая возникает на линейном контакте контробразца 1 с образцом 3, производится следующим образом. Тангенциальная сила трения передается через ванную 4 посредством вертикальных направляющих 8 рамки через шкивы направляющих 10 рамки и серег 11 посредством шарикоподшипниковых опор 12 этих серег 11 на платформу 13. Платформа 13 отклоняется в сторону скольжения за счет отклонения тензобалки силы трения 32, при этом соответственно отклоняется и балка нагружения 20, а так как нижняя точка касания гибкой тяги нагружения 25 и блока 26 находится на оси Z, то есть на оси вращения вала 2 с контробразцом 1, то отклонение всей платформы 13 при измерении силы трения не приводит к перераспределению нагрузки на контакте, и, таким образом, измеряемые показания величины силы трения обеспечивают постоянство нагружения при эволюциях тензобалки силы трения 32.The measurement of the sliding friction force that occurs at the linear contact of counter-sample 1 with sample 3 is as follows. The tangential friction force is transmitted through the bathroom 4 through the vertical guides 8 of the frame through the pulleys of the guides 10 of the frame and the earrings 11 via ball-bearing supports 12 of these earrings 11 to the platform 13. The platform 13 is deflected in the sliding direction due to the deflection of the tensor of the friction force 32; loading beam 20, and since the lower point of contact of the flexible loading rod 25 and block 26 is on the Z axis, that is, on the axis of rotation of the shaft 2 with counter-sample 1, the deviation of the entire platform 13 when measuring the tren This does not lead to a redistribution of the load on the contact, and thus, the measured indications of the value of the friction force provide constant loading during the evolution of the load cell of the friction force 32.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть реализовано с использованием средств и технологий конструирования, обычно применяемых для испытательных стендов.The present invention is industrially applicable, as it can be implemented using means and design techniques commonly used for test benches.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004128822/28A RU2279660C2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004128822/28A RU2279660C2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004128822A RU2004128822A (en) | 2006-03-10 |
| RU2279660C2 true RU2279660C2 (en) | 2006-07-10 |
Family
ID=36115852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004128822/28A RU2279660C2 (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2279660C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709444C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for measuring friction force |
-
2004
- 2004-09-30 RU RU2004128822/28A patent/RU2279660C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709444C1 (en) * | 2019-04-30 | 2019-12-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for measuring friction force |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004128822A (en) | 2006-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5679883A (en) | Method and apparatus for comprehensive evaluation of tribological materials | |
| CN203231962U (en) | End twist friction and abrasion tester for dynamically observing friction interface in real time | |
| Zhou et al. | Investigation of the precision loss for ball screw raceway based on the modified Archard theory | |
| CN102944512B (en) | The end-surface twisting friction-wear testing machine of a kind of Real-time and Dynamic observation frictional interface and method | |
| CN101709953B (en) | Lubricant film thickness measuring instrument | |
| Franke et al. | White etching cracking—simulation in bearing rig and bench tests | |
| CN101629888A (en) | Improved pin-on-disc friction wear testing machine | |
| CN104748692B (en) | Three rollers integrally load the photoelastic stream testing machine of needle roller | |
| Komba et al. | Experimental damage analysis in high loaded oscillating bearings | |
| RU2279660C2 (en) | Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system | |
| Miettinen et al. | Analysis of grease lubrication of a ball bearing using acoustic emission measurement | |
| Wu et al. | Theoretical calculation models and measurement of friction torque for rolling bearings: state of the art | |
| Li et al. | Block on ring sliding wear evaluation | |
| CN107796927B (en) | Storage acceleration test device of lubricating grease | |
| Šamánek et al. | Influence of surface texturing on lubricant film formation and surface fatigue | |
| Ciulli | Non-steady state non-conformal contacts: friction and film thickness studies | |
| CN111811415B (en) | Thrust ball bearing light interference linear oil film thickness detection test bed and detection method thereof | |
| CN115600367A (en) | Marine gas turbine bearing pair wear analysis method based on real machining surface | |
| CN110108484B (en) | Device and method for detecting motion state of ball screw rolling pair | |
| De Moerlooze et al. | Experimental investigation into the tractive prerolling behavior of balls in V-grooved tracks | |
| Touret et al. | Experimental investigations on the effect of micropitting on friction–Part 1 | |
| CN117309392A (en) | Rolling element operation characteristic measuring method | |
| CN110132583B (en) | Linear rolling guide rail rolling pair motion state detection device and detection method thereof | |
| Voyer et al. | Time and Costs Optimized Performance Evaluation Tests of Alternative Shaft-Bushing Concepts | |
| RU2792609C1 (en) | Method for determining the coefficient of friction of a tribological pair by the consumer electric power of the electric drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081001 |