RU2284503C1

RU2284503C1 - Device for measuring friction force

Info

Publication number: RU2284503C1
Application number: RU2005116155/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Тарасов (RU); Валерий Васильевич Тарасов; Александр Викторович Чуркин (RU); Александр Викторович Чуркин; Игорь Сергеевич Черепанов (RU); Игорь Сергеевич Черепанов
Original assignee: Институт прикладной механики УрО РАН
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-09-27

Abstract

FIELD: investigating or analyzing materials by mechanical methods.

SUBSTANCE: device comprises base, holder for specimen mounted on the base, carriage with holder for counter-body, loading unit, meter of friction force, drive for moving one of the holders, guide secured to the carriage perpendicular to the surface of the specimen, rod that can be set in translational motion in the guide, loading unit mounted at one of the ends of the rod, pivot mounted at the other end of the rod, holder made of a rod whose one end is secured to the axle of the pivot and the other end is provided with counter-body, spring, meter of friction force mounted on the carriage oppositely from both sides of the holder of counter-body and parallel to the plane of the specimen at the same distance from the axis of the pivot to the working surface of the specimen. The spring locks the holder of counter-body perpendicular to the working plane of the specimen. The axis of rocking of the pivot is parallel to the surface of the specimen and perpendicular to the direction of movement of the specimen and counter-body.

EFFECT: expanded functional capabilities.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области испытания материалов, в частности к устройствам измерения силы трения.The invention relates to the field of testing materials, in particular to devices for measuring friction.

Известно устройство измерения силы трения (Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968, с.389), содержащее основание, на котором размещен образец, измеритель силы трения, каретку, на которой установлены контртело и узел нагружения, а также привод перемещения каретки.A device for measuring friction force (Kragelsky I.V. Friction and wear. M: Mashinostroenie, 1968, p. 389), containing a base on which a sample is placed, a friction force meter, a carriage on which a counterbody and a loading unit are mounted, and also a carriage drive.

Основным недостатком устройства-аналога является проведение оценки сил трения при однонаправленном движении, а также интегральный характер оценки, так как регистрация сил трения производится при одновременном испытании трех и более образцов типа палец, перемещающихся с помощью привода по плоскому образцу.The main disadvantage of the analog device is the assessment of friction forces in unidirectional motion, as well as the integral nature of the assessment, since the registration of friction forces is carried out while testing three or more finger-type specimens moving with a drive along a flat specimen.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения силы трения (А.с. №1388768, G 01 N 19/02, 1988, БИ №14, "Устройство для измерения силы трения"), содержащее основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей.The closest in technical essence to the claimed device is a device selected for prototype measurement of friction force (A.S. No. 1388768, G 01 N 19/02, 1988, BI No. 14, "Device for measuring friction force"), containing a base mounted on it a sample holder, a carriage with a counterbody holder, a loading unit, a friction force meter and a movement drive of one of the holders.

Недостатком известного устройства является расположение измерительного элемента на неподвижном основании, приводящее к необходимости применения гибкого упругого элемента, передающего измеряемое усилие через два ролика и рычаг, что приводит к снижению точности проводимых измерений силы трения.A disadvantage of the known device is the location of the measuring element on a fixed base, leading to the necessity of using a flexible elastic element that transmits the measured force through two rollers and a lever, which leads to a decrease in the accuracy of the measurements of friction force.

Дополнительно с этим известное устройство имеет асимметричное расположение узла нагружения и держателя контртела относительно оси крепления на подвижной каретке, что ограничивает функциональные возможности устройства случаем однонаправленного поступательного движения. Это связано с тем, что при организации испытаний в режиме возвратно-поступательного движения на устройстве-прототипе, при движении подвижной каретки в сторону держателя контртела, он толкается и возникают поперечные колебания контртела на поверхности испытуемого образца, имеющие максимальное значение, а в случае движения подвижной каретки от держателя контртела последний тянется по поверхности испытуемого материала, поперечные колебания контртела будут минимальны, следовательно, нарушается единообразие условий создания и поддержания возвратно-поступательного движения.Additionally, the known device has an asymmetric arrangement of the loading unit and the holder of the counterbody relative to the axis of attachment to the movable carriage, which limits the functionality of the device in the case of unidirectional translational motion. This is due to the fact that when organizing tests in the reciprocating motion mode on the prototype device, when the movable carriage moves towards the counterbody holder, it pushes and transverse counterbody vibrations occur on the surface of the test sample, which have the maximum value, and in the case of moving the carriage from the counterbody holder last stretches along the surface of the test material, the lateral vibrations of the counterbody will be minimal, therefore, the uniformity of the creation conditions is violated and maintained ia reciprocating motion.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности определения сил трения.The objective of the invention is to expand the functionality of the device and improve the accuracy of determining the friction forces.

Поставленная задача расширения функциональных возможностей достигается тем, что в конструкции устройства для измерения сил трения, содержащего основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей; узел нагружения, шток, передающий нормальную нагрузку на держатель, держатель с контртелом, имеют симметричную конструкцию относительно оси крепления последних в направляющей, закрепленной на каретке. Пружина и измеритель силы трения, установленные на каретке оппозитно с разных сторон держателя контробразца и параллельно поверхности образца, удерживают держатель контробразца перпендикулярно плоскости образца усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях. В нашем случае при организации возвратно-поступательного движения это условие равно половине диапазона измерителя, что обеспечивает равные диапазоны измерения силы трения в обоих направлениях. При движении контртела относительно образца возникает сила трения, которая пытается повернуть держатель вокруг оси шарнира 12 в направлении, противоположном движению контртела, которая регистрируется измерителем.The task of expanding the functionality is achieved by the fact that in the design of the device for measuring friction forces containing a base, a sample holder mounted on it, a carriage with a counterbody holder, a loading unit, a friction force meter and a drive for moving one of the holders; the loading unit, the rod that transfers the normal load to the holder, the holder with a counterbody, have a symmetrical design relative to the axis of attachment of the latter in the guide mounted on the carriage. A spring and a friction force meter mounted on the carriage opposite from different sides of the counter sample holder and parallel to the sample surface hold the counter sample holder perpendicular to the sample plane by a force selected from the conditions for the required range of measurement of friction forces in both directions. In our case, when organizing reciprocating motion, this condition is equal to half the range of the meter, which provides equal ranges of measurement of the friction force in both directions. When the counterbody moves relative to the sample, a friction force arises, which tries to rotate the holder around the axis of the hinge 12 in the opposite direction to the counterbody movement, which is recorded by the meter.

Задача повышения точности достигается тем, что пружина и измеритель силы трения установлены на каретке на равном расстоянии от оси шарнира до рабочей поверхности образца и при движении контртела относительно образца измеритель покажет силу, в два раза большую, чем действующая сила трения между контртелом и образцом, в соответствии в отношением плеч сил относительно оси шарнира.The task of increasing accuracy is achieved by the fact that the spring and the friction force meter are mounted on the carriage at an equal distance from the hinge axis to the working surface of the sample and when the counterbody moves relative to the sample, the meter will show a force two times greater than the effective friction force between the counterbody and the sample, in correspondence in the ratio of the forces shoulders relative to the axis of the hinge.

На чертеже представлено устройство для измерения силы трения.The drawing shows a device for measuring friction.

Устройство содержит основание 1, держатель 2 образца 3, каретку 4 с держателем 5 контртела 6, узел 7 нагружения образца 3 и контртела 6, измеритель силы трения 8, привод 9 перемещения держателя 5 и каретки 4; направляющую 10, закрепленную на каретке 4 перпендикулярно поверхности образца 3, шток 11, перемещающийся в направляющей 10 поступательно, узел нагружения 7, закрепленный на одном конце штока 11, шарнир 12, расположенный на другом конце штока 11 с осью качания, параллельной поверхности образца 3 и перпендикулярной направлению перемещения каретки 4 и контртела 6, держатель 5 в виде стержня, один конец которого закреплен на оси шарнира 12, а на другом крепится контртело 6, пружину 13 и измеритель силы трения 8, установленные на каретке оппозитно с разных сторон держателя 5 контртела 6 и параллельно рабочей поверхности образца 3, на равном расстоянии от оси шарнира 12 до рабочей поверхности образца 3 и удерживающие держатель 5 контртела 6 перпендикулярно плоскости образца 3 усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях, в нашем случае, для организации возвратно-поступательного движения это значение равно половине диапазона измерителя 8.The device comprises a base 1, a holder 2 of sample 3, a carriage 4 with a holder 5 of the counterbody 6, a node 7 for loading the sample 3 and the counterbody 6, a friction force meter 8, a drive 9 for moving the holder 5 and the carriage 4; a guide 10 mounted on the carriage 4 perpendicular to the surface of the sample 3, the rod 11 translationally moving in the guide 10, the loading unit 7, mounted on one end of the rod 11, a hinge 12 located on the other end of the rod 11 with an axis of swing parallel to the surface of the sample 3 and perpendicular to the direction of movement of the carriage 4 and the counterbody 6, the holder 5 in the form of a rod, one end of which is fixed to the axis of the hinge 12, and the counterbody 6, the spring 13 and the friction force meter 8 mounted on the carriage opposite from different the torus of the holder 5 of the counterbody 6 and parallel to the working surface of the sample 3, at an equal distance from the axis of the hinge 12 to the working surface of the sample 3 and holding the holder 5 of the counterbody 6 perpendicular to the plane of the sample 3 by a force selected from the conditions for the required range of measurement of friction forces in both directions, in our case, for the organization of reciprocating movement, this value is equal to half the range of the meter 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На держателе 2 и 5 устанавливают соответственно образец 3 и контртело 6. Каретку 4 размещают в исходном состоянии, например, в правом крайнем положении. Приводят в контакт образец 3 и контртело 6, нагружают их с помощью узла нагружения 7 и включают привод 9. При движении контртела 6 относительно образца 3 возникает сила трения, которая пытается повернуть держатель 5 вокруг оси шарнира 12 в направлении, противоположном движению контртела 6. Так как держатель 5 удерживается пружиной 13 и измерителем силы трения 8 в равновесии, перпендикулярно плоскости образца 3 усилием, равным половине диапазона измерителя 8, то появление дополнительной силы приведет к смещению равновесия сил и измеритель 8 покажет силу, в два раза большую, чем действующая сила трения между контртелом 6 и образцом 3, в соответствии с отношением плеч сил относительно оси шарнира 12.A sample 3 and a counterbody 6 are mounted on the holder 2 and 5, respectively. The carriage 4 is placed in the initial state, for example, in the right extreme position. The sample 3 and the counterbody 6 are brought into contact, they are loaded with the help of the loading unit 7 and the drive 9 is turned on. When the counterbody 6 moves relative to the sample 3, a friction force arises which tries to turn the holder 5 around the axis of the hinge 12 in the opposite direction to the counterbody 6. as the holder 5 is held by the spring 13 and the friction force meter 8 in equilibrium, perpendicular to the plane of the sample 3 by an force equal to half the range of the meter 8, the appearance of additional force will lead to a shift in the balance of forces and the meter 8 will also force twice larger than the frictional force acting between the counterbody 6 and sample 3 according to the ratio of forces shoulder 12 about the hinge axis.

Таким образом, основной технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет реализации данным устройством испытаний не только в режиме однонаправленного движения, но и в режиме возвратно-поступательного. Повышение точности измерения достигается за счет упрощения конструкции устройства, применения однополярного измерителя при регистрации знакопеременной силы трения, а также за счет прямого воздействия держателя контробразца на измеритель силы трения.Thus, the main technical result is to expand the functionality of the device due to the implementation of this device tests not only in unidirectional motion, but also in reciprocating mode. Improving the accuracy of the measurement is achieved by simplifying the design of the device, the use of a unipolar meter when registering alternating friction forces, as well as due to the direct impact of the sample holder on the friction force meter.

Claims

A device for measuring friction force, comprising a base, a sample holder mounted on it, a carriage with a counterbody holder, a loading unit, a friction force meter and a drive for moving one of the holders, characterized in that it is provided with a rod fixed to the carriage perpendicular to the surface of the sample, moving in the guide translationally, by a loading unit fixed on one end of the rod, by a hinge located on the other end of the rod, the hinge being made with a swing axis parallel to the surface and the sample and perpendicular to the direction of movement of the sample and counterbody, with a rod holder, one end of which is fixed to the hinge axis, and a counterbody is attached to the other, with a spring and a friction force meter mounted on the carriage opposite from different sides of the counterbody holder and parallel to the sample plane the distance from the hinge axis to the working surface of the sample and holding the counterbody holder perpendicular to the working plane of the sample by a force selected from the conditions for the necessary range of measurement of friction forces in both directions.