RU2287801C1 - Two-coordinated friction machine - Google Patents
Two-coordinated friction machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287801C1 RU2287801C1 RU2005134423/28A RU2005134423A RU2287801C1 RU 2287801 C1 RU2287801 C1 RU 2287801C1 RU 2005134423/28 A RU2005134423/28 A RU 2005134423/28A RU 2005134423 A RU2005134423 A RU 2005134423A RU 2287801 C1 RU2287801 C1 RU 2287801C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- friction
- coordinate
- counter
- drive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытания материалов, а именно к устройствам для испытания материалов и смазочных сред при организации сложных траекторий относительного движения взаимодействующих пар трения.The invention relates to the field of testing materials, and in particular to devices for testing materials and lubricating media in the organization of complex trajectories of the relative motion of interacting friction pairs.
Известен прибор для определения анизотропии физико-механических свойств поверхностного слоя твердого тела (авторское свидетельство СССР №195686, кл. G 01 N 3/44, 1972), содержащий держатель образца, двухкоординатный привод перемещения держателя, индентор, взаимодействующий с ним механизм нагружения, связанный с индентором датчик силы.A known device for determining the anisotropy of the physico-mechanical properties of the surface layer of a solid body (USSR author's certificate No. 195686, class G 01 N 3/44, 1972), comprising a sample holder, a two-coordinate drive for moving the holder, an indenter, a loading mechanism interacting with it, connected with indenter force sensor.
Недостатком прибора аналога является узкая область применения, ограниченная случаем испытаний материалов на микротвердость царапанием, т.к. прибор в качестве индентора использует алмазную пирамиду, а также имеет механический двухкоординатный привод перемещения держателя, которым управляет испытатель, что сильно снижает точность и делает невозможным его применение для задач циклических испытаний материалов.The disadvantage of the analog device is a narrow scope, limited to the case of testing the materials for microhardness by scratching, because the device uses a diamond pyramid as an indenter, and also has a mechanical two-axis drive to move the holder, which is controlled by the tester, which greatly reduces accuracy and makes it impossible to use it for cyclic materials testing.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому прибору является выбранный в качестве прототипа прибор для определения анизотропии физико-механических свойств поверхностного слоя твердого тела (авторское свидетельство СССР №665244, кл. G 01 N 3/44 // G 01 N 19/02, 1979), содержащий держатель образца, двухкоординатный привод перемещения держателя, индентор, взаимодействующий с ним механизм нагружения, связанный с индентором двухкомпонентный датчик силы.The closest in technical essence to the claimed device is a device selected as a prototype for determining the anisotropy of the physicomechanical properties of the surface layer of a solid (copyright certificate of the USSR No. 665244, class G 01 N 3/44 // G 01 N 19/02, 1979 ) containing a sample holder, a two-axis drive for moving the holder, an indenter, a loading mechanism interacting with it, a two-component force sensor connected to the indenter.
Недостатком известного прибора-прототипа является низкая производительность, так как результатом испытания является одно направление движения индентора по поверхности испытуемого образца, при котором действие главного вектора силы трения будет соответствовать заданному соотношению составляющих его компонент, устанавливаемое исследователем. Поэтому проведение интегральной оценки по поверхности в разных направлениях требует значительного количества испытаний, что снижает эффективность использования прибора при определении физико-механических свойств материалов, в частности при определении розетки анизотропии фрикционных свойств.A disadvantage of the known prototype device is low productivity, since the result of the test is one direction of movement of the indenter on the surface of the test sample, in which the action of the main vector of the friction force will correspond to a predetermined ratio of its components established by the researcher. Therefore, conducting an integral assessment over the surface in different directions requires a significant number of tests, which reduces the efficiency of using the device in determining the physicomechanical properties of materials, in particular in determining the anisotropy rosette of frictional properties.
К недостатку прибора-прототипа можно отнести невозможность организации управляемого движения индентора по поверхности плоского образца по сложным линейным траекториям движения (возвратно-поступательное, возвратно-поступательное со смещением на диаметр индентора, зигзагообразное и т.д., наиболее характерные для типовых трибосопряжений машин, приборов и механизмов), а в самом общем случае по нелинейным траекториям движения, что вызвано применением аналоговой системы управления двухкоординатным приводом держателя образца.The disadvantage of the prototype device is the impossibility of organizing the controlled movement of the indenter on the surface of a flat sample along complex linear motion paths (reciprocating, reciprocating with an indenter diameter offset, zigzag, etc., most typical for typical tribological conjugation of machines, devices and mechanisms), and in the most general case along non-linear motion paths, which is caused by the use of an analog control system for a two-coordinate drive of the sample holder.
Недостатком прибора является отсутствие системы регистрации мгновенного значения главного вектора силы трения, т.к. хотя в системе применяется двухкомпонентный датчик силы трения, его выходы связаны с автоматическим аналоговым компенсатором, включенным в состав системы управления двухкоординатного привода прибора.The disadvantage of this device is the lack of a system for recording the instantaneous value of the main vector of friction force, because although the system uses a two-component friction force sensor, its outputs are connected to an automatic analog compensator included in the control system of the two-axis drive of the device.
Задачей изобретения являются расширение функциональных возможностей и производительности устройства, а также повышение точности определения сил трения.The objective of the invention is to expand the functionality and performance of the device, as well as improving the accuracy of determining friction forces.
Поставленная задача расширения функциональных возможностей и производительности устройства решается тем, что машина трения снабжена системой программного управления, реализующей нелинейные траектории относительного движения образцов для схемы "индентор-плоскость" и выполненной в виде компьютера, соединенного посредством согласующего устройства с двумя независимыми модулями управления электродвигателями двухкоординатного привода, а сам двухкоординатный привод выполнен в виде двух независимых подвижных кареток, перемещающихся во взаимно перпендикулярных направлениях, на одной из кареток расположен держатель плоского образца, а на другой - держатель контробразца, связанный с механизмом нагружения и двухкомпонентным датчиком силы.The task of expanding the functionality and productivity of the device is solved by the fact that the friction machine is equipped with a software control system that implements nonlinear trajectories of relative motion of the samples for the indenter-plane scheme and is made in the form of a computer connected via a matching device to two independent control modules for electric motors of a two-axis drive and the two-axis drive itself is made in the form of two independent movable carriages moving in mutually perpendicular directions, on one of the carriages is a flat sample holder, and the other - kontrobraztsa holder associated with the loading mechanism and a two-component force sensor.
Это позволяет проводить исследование материалов пар трения при организации нелинейных непрерывных двумерных траекторий относительного движения, что необходимо при испытании материалов, имеющих выраженную анизотропию поверхностного слоя, также при разработке систем управляемого фрикционного взаимодействия материалов и изделий, в частности, данное устройство позволяет реализовать оценку фрикционных свойств материалов (авторское свидетельство СССР №1388769, кл. G 01 N 19/02, 1979. Способ определения анизотропии поверхностных физико-механических, преимущественно фрикционных, свойств материала). Конструкция подвижных кареток двухкоординатного привода позволяет проводить испытания материалов в присутствии рабочей среды (смазочной или абразивной), при этом держатель плоского образца размещается в емкости со средой, которая устанавливается на одной из кареток, перемещающейся в горизонтальной плоскости.This allows the study of materials of friction pairs in the organization of non-linear continuous two-dimensional relative motion trajectories, which is necessary when testing materials with pronounced anisotropy of the surface layer, as well as in developing systems for controlled frictional interaction of materials and products, in particular, this device allows to evaluate the frictional properties of materials (USSR copyright certificate No. 1388769, class G 01 N 19/02, 1979. The method for determining the anisotropy of surface physical and mechanical they predominantly friction, material properties). The design of the movable carriages of the two-axis drive allows materials to be tested in the presence of a working medium (lubricating or abrasive), while the holder of a flat sample is placed in a container with a medium that is mounted on one of the carriages moving in a horizontal plane.
Задача повышения точности определения сил трения решается тем, что двухкоординатная машина трения снабжена системой автоматизированной оценки мгновенного значения главного вектора силы трения, состоящей из управляющего компьютера, соединенного посредством согласующего устройства с двумя независимыми аналого-цифровыми преобразователями, осуществляющими согласованную во времени оценку значений сигналов отдельных компонент главного вектора силы трения, действующих в плоскости трения во взаимно перпендикулярных направлениях и поступающих с тензометрических элементов двухкоординатного датчика силы через аналоговые усилители. По действующим мгновенным значениям отдельных компонент вектора силы трения оценивают как значение самого вектора, так и его пространственное положение в плоскости взаимодействия индентора с рабочей плоскостью образца.The task of increasing the accuracy of determining the friction forces is solved by the fact that the two-coordinate friction machine is equipped with an automated system for estimating the instantaneous value of the main vector of the friction force, consisting of a control computer connected via a matching device to two independent analog-to-digital converters that carry out a time-consistent estimation of the signal values of the individual components the main vector of the friction force acting in the plane of friction in mutually perpendicular directions and upayuschih with strain gauge sensor elements xy force through the analog amplifiers. The current instantaneous values of the individual components of the vector of the friction force evaluate both the value of the vector itself and its spatial position in the plane of interaction of the indenter with the working plane of the sample.
Система программного управления и система автоматизированной оценки мгновенного значения главного вектора силы трения функционируют как аппаратно-программный комплекс и используют общее программное обеспечение, управляющий компьютер и согласующее устройство, что исключает рассогласование процессов управления движением испытуемых образцов и сбором информации. При этом обеспечивается высокая степень автоматизации, что повышает точность и повторяемость поддержания заданных параметров движения индентора по заданной траектории на поверхности образца при организации серийных, циклических испытаний материалов.The program control system and the system of automated estimation of the instantaneous value of the main vector of the friction force function as a hardware-software complex and use common software, a control computer and a matching device, which eliminates the mismatch of the control processes for the movement of the test samples and the collection of information. This ensures a high degree of automation, which increases the accuracy and repeatability of maintaining the specified parameters of the indenter movement along a given path on the surface of the sample during the organization of serial, cyclic tests of materials.
Отмеченные особенности двухкоординатной машины трения позволяют более полно реализовать возможности испытательной схемы "индентор-плоскость", особенно в условиях взаимодействия пар трения, имеющих выраженную анизотропию физико-механических свойств поверхностного слоя материала.The noted features of a two-coordinate friction machine make it possible to more fully realize the capabilities of the "indenter-plane" test scheme, especially in the conditions of interaction of friction pairs having a pronounced anisotropy of the physicomechanical properties of the surface layer of the material.
На чертеже схематически изображена двухкоординатная машина трения.The drawing schematically shows a two-coordinate friction machine.
Двухкоординатная машина трения содержит держатель 1 образца 2, держатель 3 контртела 4, взаимодействующий с держателем 3 механизм нагружения 5, связанный с держателем 3 двухкомпонентный датчик силы 6, двухкоординатный привод, состоящий из основания 7 и рамы 8, кареток 9 и 10, установленных соответственно на основании 7 и раме 8 в направляющих (на чертеже не показаны). Линейные перемещения кареток 8 и 9 во взаимно перпендикулярных направлениях обеспечиваются при помощи передач винт-гайка 11 и электродвигателей 12, имеющих независимые друг от друга модули управления 13 (МУ 1 и МУ 2), подключенные через согласующее устройство 14 (СУ) к компьютеру управления 15 (ПК).The two-coordinate friction machine contains a holder 1 of sample 2, a holder 3 of the counterbody 4, a loading mechanism 5 interacting with the holder 3, a two-component force sensor 6 connected to the holder 3, a two-coordinate drive consisting of a base 7 and a frame 8, carriages 9 and 10 mounted respectively on the base 7 and the frame 8 in the guides (not shown in the drawing). Linear movements of the carriages 8 and 9 in mutually perpendicular directions are provided by means of screw-nut gears 11 and electric motors 12 having control modules 13 independent of each other (MU 1 and MU 2) connected via a matching device 14 (SU) to the control computer 15 (PC).
Система автоматизированной оценки мгновенного значения главного вектора силы трения состоит из двух измерительных каналов, каждый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 16 (АЦП), подключенный информационными выходами и входом запуска преобразования посредством согласующего устройства 14 (СУ) к компьютеру управления 15 (ПК), а аналоговым входом к одному из тензометрических элементов двухкомпонентного датчика силы 6 при помощи усилителей аналоговых сигналов 17 (У 1 и У 2).The system for automated estimation of the instantaneous value of the main vector of the friction force consists of two measuring channels, each of which contains an analog-to-digital converter 16 (ADC) connected to the information outputs and the conversion start input via a matching device 14 (SU) to the control computer 15 (PC), and an analog input to one of the strain gauge elements of the two-component force sensor 6 using amplifiers of analog signals 17 (U 1 and U 2).
Согласующее устройство 14 (СУ) обеспечивает необходимое количество каналов ввода-вывода для подключения внешних устройств и выполняет функции согласования уровней входных сигналов, поступающих в компьютер управления с АЦП, а также сигналов, поступающих из управляющего компьютера на АЦП (сигнал запуска преобразования) и модули управления 13 (МУ 1 и МУ 2) двухкоординатного привода машины трения.Matching device 14 (SU) provides the necessary number of input / output channels for connecting external devices and performs the functions of matching the levels of input signals entering the control computer with the ADC, as well as signals coming from the control computer to the ADC (conversion start signal) and control modules 13 (MU 1 and MU 2) two-coordinate drive of the friction machine.
В конкретном устройстве использовали следующие компоненты: управляющий компьютер класса Pentium; согласующее устройство выполнено в виде интерфейсной платы, устанавливаемой на системной шине компьютера управления, построенной на двух микросхемах портов ввода-вывода КР580ВВ55А, каждая из которых имеет 24 канала программного ввода вывода; для регистрации отдельных компонент главного вектора силы трения применили тензометрические датчики FSG 15N1 фирмы Honeywell, усилитель аналогового сигнала RL-4DA200 фирмы RealLab и АЦП типа Ф7077/1; в системе управления применили двигатели AEG SO26/48 и модули управления M106 немецкой фирмы Kemo electronic.The following components were used in a specific device: Pentium class control computer; the matching device is made in the form of an interface board installed on the system bus of the control computer, built on two KP580VV55A input / output microcircuits, each of which has 24 channels of programmatic input / output; To register the individual components of the main vector of the friction force, FSW 15N1 strain gauges from Honeywell, an analog signal amplifier RL-4DA200 from RealLab and an ADC of type F7077 / 1 were used; AEG SO26 / 48 engines and M106 control modules of the German company Kemo electronic were used in the control system.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед началом испытания машина трения находится в исходном состоянии.Before starting the test, the friction machine is in its original state.
Каретки 9 и 10 находятся в крайнем правом (или левом) положении, при котором обеспечивается удобство постановки испытуемых образцов в соответствующие держатели 1 и 3, нагрузка при этом не прикладывается и образцы не находятся в контакте.The carriages 9 and 10 are in the extreme right (or left) position, which ensures the convenience of placing the test samples in the respective holders 1 and 3, the load is not applied and the samples are not in contact.
Процедура испытания начинается с автоматической установки держателя 1 образца 2 и держателя 3 контртела 4 в исходной точке начала испытания, которая задается в соответствии с программой испытания и может находиться в любом месте на рабочей поверхности образца 2.The test procedure begins with the automatic installation of the holder 1 of sample 2 and the holder 3 of the counterbody 4 at the starting point of the start of the test, which is set in accordance with the test program and can be located anywhere on the working surface of sample 2.
Далее оператор приводит образцы в контакт и осуществляет их нагружение при помощи механизма нагружения 5.Next, the operator brings the samples into contact and carries out their loading using the loading mechanism 5.
Дальнейшая работа машины трения обеспечивается в автоматическом режиме программой управления, функционирующей на компьютере 15 (ПК), которая поддерживает заданные оператором параметры движения контртела 4 по поверхности плоского образца 2 (траекторию, скорость, количество циклов), путем передачи управляющих сигналов через согласующее устройство 14 (СУ) на модули управления 13 (МУ 1 и МУ 2), которые в свою очередь управляют электродвигателями 12 двухкоординатного привода, приводящими в движение каретки 9 и 10 посредством передач винт-гайка 11.Further operation of the friction machine is provided in automatic mode by a control program operating on computer 15 (PC), which supports the operator-defined parameters for the movement of the counterbody 4 on the surface of a flat sample 2 (trajectory, speed, number of cycles) by transmitting control signals through a matching device 14 ( SU) on the control modules 13 (MU 1 and MU 2), which in turn control the electric motors 12 of the two-axis drive, which drive the carriages 9 and 10 by means of screw-nut gears 11.
Параллельно с процессом управления двухкоординатным приводом машины трения компьютером управления 15 (ПК) регистрируются компоненты главного вектора силы трения, поступающие с информационных выходов независимых аналого-цифровых преобразователей 16 (АЦП 1 и АЦП 2), каждый из которых преобразует аналоговый сигнал, получаемый с одного из тензометрических элементов, двухкомпонентного датчика 6 и усиливаемый усилителями 17 (У 1 и У 2).In parallel with the process of controlling the two-axis drive of the friction machine by the control computer 15 (PC), the components of the main friction force vector are recorded coming from the information outputs of the independent analog-to-digital converters 16 (ADC 1 and ADC 2), each of which converts the analog signal received from one of strain gauge elements, a two-component sensor 6 and amplified by amplifiers 17 (U 1 and U 2).
После окончания программы испытания машина трения останавливается, с образцов снимается нагрузка и они выводятся из контакта, а каретки 9 и 10 переводятся в исходное состояние.After the end of the test program, the friction machine stops, the load is removed from the samples and they are removed from the contact, and carriages 9 and 10 are returned to their initial state.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005134423/28A RU2287801C1 (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Two-coordinated friction machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005134423/28A RU2287801C1 (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Two-coordinated friction machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2287801C1 true RU2287801C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37502423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005134423/28A RU2287801C1 (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Two-coordinated friction machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2287801C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494365C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Loading device for investigation of end damping of oscillations of fan blades of gas-turbine engine on vibration test rig |
| RU223678U1 (en) * | 2023-12-04 | 2024-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Scratch tester for wood |
-
2005
- 2005-11-07 RU RU2005134423/28A patent/RU2287801C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2494365C1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Loading device for investigation of end damping of oscillations of fan blades of gas-turbine engine on vibration test rig |
| RU223678U1 (en) * | 2023-12-04 | 2024-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Scratch tester for wood |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10132733B2 (en) | Universal mechanical tester for measuring friction and wear characteristics of materials | |
| CN102692200B (en) | Device for automatically detecting spool displacement of electromagnetic valve with high precision and method thereof | |
| US5090249A (en) | Apparatus and method for testing the mechanical properties of a sample | |
| US20110132078A1 (en) | Universal testing machine | |
| CN211904972U (en) | High-flux scratch-reciprocating friction wear test device | |
| WO1997027464A1 (en) | Penetration hardness tester | |
| CN108020164B (en) | Thickness detection experiment platform | |
| CN107991205A (en) | A kind of reciprocating high temperature friction and wear testing machine of micro linear | |
| JP2017227475A (en) | Hardness testing machine | |
| CN211402089U (en) | Bionic microstructure friction and wear process information acquisition device | |
| RU2287801C1 (en) | Two-coordinated friction machine | |
| AU2021102459A4 (en) | Observable micro-nano mechanical testing apparatus and method | |
| CN108431704A (en) | The determination of the rigidity of the power train of machine, particularly lathe or production machine | |
| CN211402088U (en) | Reciprocating type mechanical friction interface in-situ information acquisition device | |
| RU2374626C1 (en) | Method of determining anisotropy of physical and mechanical properties of material, mainly frictional properties | |
| CN207636463U (en) | Automatic friction coefficient instrument, the system for placing sliding block | |
| CN112362476A (en) | Flexible device measuring system | |
| CN219084359U (en) | Notebook computer rotating shaft testing device | |
| CN110779864A (en) | Bionic microstructure friction and wear process information acquisition device | |
| US11579056B2 (en) | Universal material tester with several consecutively arranged test units | |
| RU2374628C1 (en) | Method and device for friction pairs friction interaction control | |
| CN113495036A (en) | High-flux scratch-reciprocating friction wear test device | |
| CN219265537U (en) | Temperature compensation system of cantilever type three-coordinate measuring machine | |
| RU2164676C1 (en) | Plant for diagnosis of bearing capacity of surface layers of article | |
| RU2244290C1 (en) | Device for testing materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071108 |