RU2379648C1 - Device to test materials for friction and wear - Google Patents
Device to test materials for friction and wear Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379648C1 RU2379648C1 RU2008138989/28A RU2008138989A RU2379648C1 RU 2379648 C1 RU2379648 C1 RU 2379648C1 RU 2008138989/28 A RU2008138989/28 A RU 2008138989/28A RU 2008138989 A RU2008138989 A RU 2008138989A RU 2379648 C1 RU2379648 C1 RU 2379648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- beams
- plane
- springs
- axis
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к технике исследования триботехнических свойств конструкционных и смазочных материалов, а также покрытий, и может быть использовано преимущественно при исследовании поведения материалов в условиях открытого космоса, а также при испытаниях на трение и износ в наземных условиях.The present invention relates to techniques for the study of the tribological properties of structural and lubricating materials, as well as coatings, and can be used mainly in the study of the behavior of materials in open space, as well as in friction and wear tests in ground conditions.
Известен узел трения к устройству для испытания на трение и износ (см. SU 1179145 [1]), содержащий держатель образцов, держатель кольцевого контробразца, привод вращения держателя контробразца и узел нагружения.Known is the friction assembly for a device for testing friction and wear (see SU 1179145 [1]), comprising a sample holder, a ring counter holder, a rotation drive of the counter sample holder, and a loading assembly.
Недостатком данного устройства является наличие подшипников качения, что вносит погрешность в измеряемый момент трения между образцами и увеличивает нестабильность результатов, получаемых во время испытаний.The disadvantage of this device is the presence of rolling bearings, which introduces an error in the measured friction moment between the samples and increases the instability of the results obtained during the tests.
К тому же к недостаткам следует отнести невозможность: 1) придания испытываемым образцам требуемой нормальной нагрузки с высокой точностью, что особенно важно при испытаниях в диапазоне малых нагрузок; 2) определение износа образцов в процессе испытания. Для определения износа требуется остановка испытания и полная или частичная разборка узла трения. Это вызывает дополнительные трудности при испытаниях, повышает трудоемкость испытаний и вносит существенные погрешности при измерении момента трения и нестабильность результатов в процессе испытания.The disadvantages include the impossibility of: 1) giving the test samples the required normal load with high accuracy, which is especially important when testing in the range of small loads; 2) determination of sample wear during the test. To determine wear, a test stop and complete or partial disassembly of the friction assembly are required. This causes additional difficulties during testing, increases the complexity of the tests and introduces significant errors in the measurement of the friction moment and the instability of the results during the test.
Известно устройство для испытания материалов на трение и износ (см. SU 853406 A device for testing materials for friction and wear is known (see SU 853406
[2]), содержащее основание, держатель контробразца, выполненный в виде сферической пяты, держатель образца, взаимодействующий с приводом вращения, силоизмерительные элементы, выполненные в виде упругих элементов с установленными на них тензодатчиками, узел нагружения, состоящий из пневмосистемы, а приложение нагрузки к контробразцу осуществляется сжатым воздухом.[2]), containing a base, a counter sample holder made in the form of a spherical heel, a sample holder interacting with a rotation drive, force measuring elements made in the form of elastic elements with load cells installed on them, a loading unit consisting of a pneumatic system, and applying a load to counter sample is carried out by compressed air.
Недостатком известного устройства является невозможность проведения испытаний в диапазоне малых нагрузок, что характерно при испытаниях твердосмазочных покрытий. Уменьшение нагрузки, прикладываемой к контробразцу, приводит к уменьшению воздушного зазора между держателем контробразца, выполненного в виде сферической пяты, и сферической опорой.A disadvantage of the known device is the inability to conduct tests in the range of light loads, which is typical when testing solid lubricant coatings. Reducing the load applied to the counter-sample leads to a decrease in the air gap between the holder of the counter-sample, made in the form of a spherical heel, and a spherical support.
При некоторой критической нагрузке воздушный зазор настолько уменьшается, что приводит к взаимодействию микровыступов, расположенных на поверхности сферической опоры и сферической пяты, тем самым вызывая увеличение трения между опорой и пятой, величина которого становится сравнима с величиной трения между образцами, что искажает измеряемый момент трения между образцами и приводит к ошибочности результатов, получаемых во время испытаний в диапазоне малых нагрузок. К недостаткам следует отнести и сложность изготовления отдельных деталей и узлов устройства.At a certain critical load, the air gap decreases so much that it leads to the interaction of microprotrusions located on the surface of the spherical support and the spherical heel, thereby causing an increase in friction between the support and the heel, the value of which becomes comparable to the value of friction between the samples, which distorts the measured friction moment between samples and leads to erroneous results obtained during testing in the range of small loads. The disadvantages include the complexity of manufacturing individual parts and components of the device.
Известно устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса (см. Журнал «Трение и износ», т.24, №6, 2003 г., с.626-635 [3]).A device for testing materials for friction and wear in space is known (see. The journal "Friction and wear", t.24, No. 6, 2003, S. 626-635 [3]).
Известное устройство содержит узел трения "диск-индентор", который представляет собой диск с двумя поверхностями трения, по которым скользят два полусферических индентора. Диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.The known device contains a friction unit "disk-indenter", which is a disk with two friction surfaces, on which two hemispherical indenters slide. The disk is rigidly fixed to the drive shaft, and indenters - on special levers. The load on the indenters is carried out using a calibrated spring.
Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через зубчатые колеса. Момент трения в паре "диск-индентор" измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор при наземных испытаниях или в бортовую систему телеметрии космического аппарата при испытаниях в космическом пространстве.All friction units are driven by the output shaft of the drive through gears. The frictional moment in the disk-indenter pair is measured by an elastic tensometric beam. Electrical signals are fed to two strain gauge transducers, from which they are transmitted to a recording device during ground tests or to the onboard telemetry system of a spacecraft during tests in outer space.
Недостатками известного устройства являются достаточно большие массогабаритные характеристики, что обусловлено использованием в качестве привода двигателя, снабженного редуктором, относительно невысокая точность измерения, обусловленная использованием значительных масс, участвующих в измерениях, а также невысокие скорости скольжения и удельные давления в контакте индентора и диска.The disadvantages of the known device are quite large weight and size characteristics, which is caused by the use of a motor equipped with a gearbox as a drive, the relatively low measurement accuracy due to the use of significant masses involved in the measurements, as well as low sliding speeds and specific pressures in the contact of the indenter and the disk.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса, которое содержит привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя, статор которого через подшипник соединен с полым ротором, в котором закреплен испытываемый диск, взаимодействующий с индентором, расположенным на закрепленной на статоре тензометрической балке, осуществляющей прижатие индентора к боковой поверхности диска за счет собственной упругости, а ее тензодатчик соединен с регистрирующим прибором (RU 2279057 [4]).The closest in technical essence to the present invention is a device for testing materials for friction and wear in space, which contains a rotation drive in the form of a high-torque electric motor, the stator of which is connected through a bearing to a hollow rotor in which the test disk is mounted, which interacts with the indenter located on a strain gauge beam fixed to the stator, which presses the indenter to the side surface of the disk due to its own elasticity, and its strain gauge is connected with a recording device (RU 2279057 [4]).
Недостатком известного устройства является наличие небольших погрешностей в измерениях, что обусловлено тем, что при прижатии инденторов с двух сторон диска осуществляется соответственно и его двухсторонний нагрев. А нагрев одной стороны, как показали опыты, влияет на измерения, осуществляемые на другой стороне диска.A disadvantage of the known device is the presence of small errors in the measurements, which is due to the fact that when the indenters are pressed from both sides of the disk, its bilateral heating is carried out, respectively. And heating of one side, as experiments have shown, affects the measurements taken on the other side of the disk.
Заявляемое в качестве изобретения устройство для испытания материалов на трение и износ направлено на повышение точности измерения.The inventive device for testing materials for friction and wear is aimed at improving the accuracy of measurement.
Указанный результат достигается тем, что устройство для испытания материалов на трение и износ содержит привод вращения, статор которого через подшипник соединен с ротором, в котором закреплены с промежутком между ними два испытываемых диска, каждый из которых взаимодействует с испытываемыми инденторами, расположенными на тензометрических балках, закрепленных на статоре и осуществляющих за счет собственной упругости прижатие инденторов к плоской поверхности диска и диска к ротору, и тензодатчики, установленные на балках, соединенные с регистрирующим прибором.This result is achieved by the fact that the device for testing materials for friction and wear contains a rotation drive, the stator of which is connected through a bearing to the rotor, in which two test disks are fixed with a gap between them, each of which interacts with the tested indenters located on tensometric beams, fixed on the stator and due to their own elasticity, the indenters are pressed against the flat surface of the disk and the disk to the rotor, and strain gauges mounted on the beams connected with a recording device.
Указанный результат достигается также тем, что привод вращения выполнен в виде высокомоментного электродвигателя.The specified result is also achieved by the fact that the rotation drive is made in the form of a high-torque electric motor.
Указанный результат достигается также тем, что тензометрические балки закреплены на статоре с углом 110°-130° между осями балок, направленных к оси ротора.The indicated result is also achieved by the fact that the strain gauge beams are fixed on the stator with an angle of 110 ° -130 ° between the axes of the beams directed to the axis of the rotor.
Указанный результат достигается также тем, что на каждой из тензометрических балок, закрепленных на статоре, установлено по одному индентору.The indicated result is also achieved by the fact that on each of the tensometric beams fixed to the stator, one indenter is installed.
Указанный результат достигается также тем, что инденторы размещены на тензометрических балках на различном расстоянии от оси вращения диска.The indicated result is also achieved by the fact that the indenters are placed on tensometric beams at different distances from the axis of rotation of the disk.
Указанный результат достигается также тем, что периферийные части плоскостей дисков, обращенных к ротору, выполнены утолщенными с плоскостями, параллельными плоскостям, контактирующим с инденторами, а диски установлены в роторе с их базированием по плоскостям утолщений и цилиндрическими образующими.The indicated result is also achieved by the fact that the peripheral parts of the planes of the disks facing the rotor are made thickened with planes parallel to the planes in contact with the indenters, and the disks are mounted in the rotor based on the planes of the bulges and cylindrical generators.
Указанный результат достигается также тем, что каждый из дисков снабжен, по крайней мере, одним вырезом в его цилиндрической базирующей поверхности, а ротор снабжен размещаемыми в вырезах дисков выступами.The indicated result is also achieved by the fact that each of the disks is equipped with at least one cutout in its cylindrical base surface, and the rotor is equipped with protrusions placed in the recesses of the disks.
Указанный результат достигается также тем, что в каждой балке выполнены по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси отверстий выполнены перпендикулярно оси инденторов.The indicated result is also achieved by the fact that in each beam two through holes are made, connected through a slot, while the axis of the holes are made perpendicular to the axis of the indenters.
Указанный результат достигается также тем, что каждая балка выполнена в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных с обоих концов между собой попарно перемычками и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по одной из перемычек, принадлежащей каждой из пар пружин, при этом балки закреплены на статоре с расположением плоскости одной из пар пружин параллельно поверхности испытываемого диска.The indicated result is also achieved by the fact that each beam is made in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs connected at both ends by bridges and rotated 90 ° relative to each other along their axis parallel to the plane of the springs, with the connection as a whole one of the jumpers belonging to each of the pairs of springs, while the beams are fixed on the stator with the location of the plane of one of the pairs of springs parallel to the surface of the test disk.
Указанный результат достигается также тем, что каждая балка выполнена в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных между собой попарно перемычками с обоих концов и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по внутренним сторонам, перемычек принадлежащей каждой из пар, при этом балки закреплены на статоре с расположением плоскости одной из пар пружин параллельно поверхности испытываемого диска.The indicated result is also achieved by the fact that each beam is made in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs, interconnected in pairs by jumpers from both ends and rotated relative to each other by 90 ° along their axis parallel to the plane of the springs, with the connection as a whole on the inner sides, jumpers belonging to each of the pairs, while the beams are fixed on the stator with the plane of one of the pairs of springs parallel to the surface of the test disk.
Указанный результат достигается также тем, что перемычки, соединяющие плоскопараллельные пружины, выполнены с образованием угла 90° между ними и плоскопараллельными пружинамиThe indicated result is also achieved by the fact that the jumpers connecting the plane-parallel springs are made with the formation of an angle of 90 ° between them and plane-parallel springs
Указанный результат достигается также тем, что балки размещены симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков и проходящей через середину промежутка между ними, а инденторы расположены на них с соосным приложением нормальных сил и выполнены в виде симметричных тел, установленных соосно, а их оси симметрии перпендикулярны поверхности испытываемых дисков.The indicated result is also achieved by the fact that the beams are placed symmetrically with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation of the disks and passing through the middle of the gap between them, and the indenters are located on them with coaxial application of normal forces and are made in the form of symmetrical bodies mounted coaxially, and their axis of symmetry is perpendicular test disc surfaces.
Указанный результат достигается также тем, что тензодатчики балок соединены по мостовой схеме.The specified result is also achieved by the fact that the load cells of the beams are connected in a bridge circuit.
Указанный результат достигается также тем, что размещенные симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков и проходящей через середину промежутка между ними, балки попарно соединены между собой стягивающей их пружиной.The indicated result is also achieved by the fact that the beams placed symmetrically with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation of the disks and passing through the middle of the gap between them are pairwise interconnected by a spring tightening them.
Указанный результат достигается также тем, что точки приложения вектора силы стягивающей пружины расположены в плоскости симметрии балки, проходящей через ось ротора.The indicated result is also achieved by the fact that the points of application of the force vector of the tightening spring are located in the plane of symmetry of the beam passing through the axis of the rotor.
Указанный результат достигается также тем, что индентор закреплен в тензометрической балке с возможностью смещения вдоль его продольной оси.The indicated result is also achieved by the fact that the indenter is fixed in the tensometric beam with the possibility of displacement along its longitudinal axis.
Указанный результат достигается также тем, что средство смещения индентора выполнено в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой резьбы, а индентор снабжен средством его законтривания.The indicated result is also achieved by the fact that the indenter displacement means is made in the form of a screw thread deposited on it and in the tensometric beam, and the indenter is provided with means for locking it.
Указанный результат достигается также тем, что ротор выполнен полым.The specified result is also achieved by the fact that the rotor is made hollow.
Использование в качестве образцов двух идентичных дисков, установленных с промежутком, вместо одного позволяет исключить влияние нагрева одной стороны диска на измерения, проводимые на другой его стороне. Действительно, в этом случае нагрев одного диска от его взаимодействия с индентором не будет передаваться из-за наличия промежутка между дисками, второму диску, а следовательно, его влияние на измеряемые величины будет отсутствовать, что, в свою очередь, обеспечит повышение точности измерений.The use as samples of two identical disks installed with a gap instead of one allows to exclude the influence of heating of one side of the disk on the measurements carried out on the other side. Indeed, in this case, the heating of one disk from its interaction with the indenter will not be transmitted due to the presence of a gap between the disks, to the second disk, and therefore, its influence on the measured values will be absent, which, in turn, will provide increased measurement accuracy.
Выполнение ротора полым позволяет снизить массогабаритные характеристики устройства и облегчить закрепление на нем испытуемых дисков В качестве привода вращения может быть любой из числа известных. Это может быть электродвигатель с редуктором. Крутящего момента обычного электродвигателя для испытаний в космосе недостаточно для преодоления сил трения испытываемых материалов. Наиболее целесообразно использование в качестве привода вращения образцов, в частности дисков, высокомоментного электродвигателя. Это позволяет существенно снизить массогабаритные характеристики устройства, т.к. отпадает необходимость в снабжении электродвигателя редуктором.The execution of the rotor hollow allows to reduce the weight and size characteristics of the device and to facilitate the mounting of the test discs on it. As a rotation drive, there can be any of a number of known ones. It can be an electric motor with a gearbox. The torque of a conventional electric motor for testing in space is not enough to overcome the friction forces of the tested materials. It is most expedient to use a high-torque electric motor as a drive for rotating samples, in particular disks. This allows you to significantly reduce the weight and size characteristics of the device, because there is no need to supply the electric motor with a gearbox.
Соединение статора с ротором через подшипник позволяет сократить потери на трение в приводе.The connection of the stator to the rotor through the bearing reduces friction losses in the drive.
Использование упругих свойств тензометрических балок, за счет которых осуществляется прижатие индентора (контробразца) к боковой поверхности образца (диска), позволяет отказаться от специальных средств, обеспечивающих нагружение контробразца, что также приводит к снижению массогабаритных характеристик.The use of the elastic properties of tensometric beams, due to which the indenter (counter-sample) is pressed against the side surface of the sample (disk), allows you to abandon special tools that ensure the loading of the sample, which also leads to a decrease in weight and size characteristics.
Снабжение устройства вторым индентором, закрепленным на второй тензометрической балке, также закрепленной на статоре и осуществляющей прижатие индентора к боковой поверхности второго диска за счет собственной упругости, позволяет увеличить производительность испытаний, т.к. увеличивается объем одновременно снимаемой информации. Закрепление тензометрических балок на статоре с углом 110°-130° между осями балок, направленных к оси ротора, позволяет приложить нормальную нагрузку таким образом, чтобы исключить необходимость крепления образца на роторе, т.к. в этом случае прижатие инденторами дисков к ротору будет равномерным.The supply of the device with a second indenter, mounted on a second tensometric beam, also mounted on the stator and pressing the indenter to the side surface of the second disk due to its own elasticity, allows to increase the test performance, because the volume of simultaneously filmed information increases. The fastening of the strain gauge beams on the stator with an angle of 110 ° -130 ° between the axes of the beams directed to the axis of the rotor allows you to apply a normal load in such a way as to eliminate the need for mounting the sample on the rotor, because in this case, the indenters will press the disks against the rotor uniformly.
Установка на каждой из тензометрических балок, закрепленных на статоре, по одному индентору позволяет с высокой точностью одновременно измерять нормальную нагрузку и силу трения.The installation of one indenter on each of the tensometric beams mounted on the stator allows one to simultaneously measure the normal load and friction force with high accuracy.
Размещение инденторов на тензометрических балках на различном расстоянии от оси вращения диска необходимо для того, чтобы каждый индентор осуществлял трение по своей дорожке диска.The placement of indenters on tensometric beams at different distances from the axis of rotation of the disk is necessary so that each indenter carries out friction along its track of the disk.
Расположение балок симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков и проходящей через середину промежутка между ними, а инденторов на них с соосным приложением нормальных сил и выполнением в виде симметричных тел, установленных соосно, позволяет уравновесить нормальные нагрузки инденторов, расположенных оппозитно, на ротор.The arrangement of the beams is symmetrical with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation of the disks and passing through the middle of the gap between them, and the indenters on them with coaxial application of normal forces and execution in the form of symmetrical bodies mounted coaxially, makes it possible to balance the normal loads of the indenters located opposite to the rotor.
Выполнение инденторов таким образом, что их оси симметрии перпендикулярны поверхности испытываемых дисков, необходимо для того, чтобы повысить точность измерений нормальной нагрузки на них и сил трения между инденторами и дисками за счет определенности зоны контакта взаимодействующей между собой пары « диск- индентор».The execution of the indenters in such a way that their axis of symmetry is perpendicular to the surface of the test disks is necessary in order to increase the accuracy of measuring the normal load on them and the friction forces between indenters and disks due to the definiteness of the contact zone of the interacting disk-indenter pair.
Выполнение периферийных частей плоскостей дисков, обращенных к ротору, утолщенными с плоскостями, параллельными плоскостям, контактирующим с инденторами, необходимо для того, чтобы уменьшить биение исследуемых поверхностей дисков. Отсутствие биения позволяет обеспечить более высокую точность измерений.The execution of the peripheral parts of the planes of the disks facing the rotor, thickened with planes parallel to the planes in contact with the indenters, is necessary in order to reduce the runout of the investigated surfaces of the disks. The lack of runout allows for higher measurement accuracy.
Установка дисков в роторе с их базированием по плоскостям утолщений и цилиндрическим образующим позволяет исключить перемещения дисков перпендикулярно оси ротора, что в свою очередь позволяет обеспечить более высокую точность измерений.The installation of disks in the rotor with their basing along the planes of the bulges and the cylindrical generatrix makes it possible to exclude displacements of the disks perpendicular to the axis of the rotor, which in turn allows for higher measurement accuracy.
Снабжение каждого из дисков, по крайней мере, одним вырезом в его цилиндрической базирующей поверхности, а ротора размещаемыми в вырезах дисков выступами необходимо для того, чтобы удержать диск от проворота в роторе под действием сил трения между диском и инденторами.The supply of each of the disks with at least one cutout in its cylindrical base surface and the rotor with protrusions placed in the cutouts of the disks is necessary in order to keep the disk from turning in the rotor under the action of friction between the disk and indenters.
Соединение тензодатчиков балок в мостовую схему позволяет повысить точность измерений за счет учета биения дисков.The connection of the load cells of the beams in the bridge circuit allows to increase the accuracy of measurements by taking into account the runout of the disks.
Соединение попарно между собой стягивающей их пружиной размещенных симметрично относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, балок необходимо для того, чтобы уменьшить изменение нормальной нагрузки при износе инденторов и диска, что позволяет обеспечить более высокую точность измерений.The connection in pairs between themselves by a spring pulling them together symmetrically with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the disks, beams is necessary in order to reduce the change in normal load during wear of the indenters and the disk, which allows for higher measurement accuracy.
Необходимость выбора точки приложения вектора силы стягивающей пружины в плоскости симметрии балки, проходящей через ось ротора, обусловлена необходимостью повышения точности измерений.The need to select the point of application of the force vector of the tightening spring in the plane of symmetry of the beam passing through the axis of the rotor is due to the need to increase the accuracy of measurements.
Выполнение инденторов в виде симметричных тел позволяет обеспечить симметричность прикладываемой нормальной нагрузки индентора на поверхность дисков и дает возможность более точно рассчитать контактные давления, а их соосное расположение уравновешивает боковые давления на диски.The execution of the indenters in the form of symmetrical bodies makes it possible to ensure the symmetry of the applied normal indenter load on the surface of the disks and makes it possible to more accurately calculate contact pressures, and their coaxial arrangement balances the lateral pressures on the disks.
В принципе возможно выполнение балок в форме прямоугольных параллелепипедов. Однако точность измерения в этом случае будет невысока, поскольку деформация балки в этом случае вызовет поворот оси индентора. Выполнение в каждой из балок, изготовленных в форме прямоугольных параллелепипедов, двух сквозных отверстий, оси которых расположены перпендикулярно оси инденторов, и соединение отверстий сквозной прорезью позволяет сохранять угловое расположение индентора относительно плоскости диска независимо от износа диска и индентора, а также измерять с высокой точностью нормальную нагрузку на индентор, т.к. тензометрические устройства устанавливаются в местах наибольшего прогиба нагружающих балок.In principle, it is possible to make beams in the form of rectangular parallelepipeds. However, the measurement accuracy in this case will be low, since the deformation of the beam in this case will cause a rotation of the indenter axis. The implementation in each of the beams made in the form of rectangular parallelepipeds, two through holes, the axes of which are perpendicular to the axis of the indenters, and the connection of the holes through the slot allows you to save the angular position of the indenter relative to the plane of the disk regardless of the wear of the disk and indenter, and also measure with high accuracy the normal load on the indenter, as tensometric devices are installed in places of greatest deflection of the loading beams.
В результате того, что каждая балка выполнена в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных между собой попарно перемычками с обоих концов и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их продольной оси с соединением в единое целое по перемычкам, а балки закреплены на статоре с расположением плоскости одной из пар пружин параллельно поверхности испытываемого диска, то при деформации балки ведут себя как шарниры. Наличие такого соединения позволяет осуществлять смещение этих «квазишарниров» как углов параллелограмма с сохранением параллельности между его противоположными сторонами и дает возможность одновременно измерять нормальную нагрузку на индентор и силу трения индентора по диску.As a result of the fact that each beam is made in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs, interconnected in pairs by jumpers at both ends and rotated 90 ° relative to each other along their longitudinal axis with a connection into a single unit along the jumpers, and the beams are fixed on the stator with the location of the plane of one of the pairs of springs parallel to the surface of the test disk, then, when deformed, the beams behave like hinges. The presence of such a connection allows the displacement of these “quasi-hinges” as the angles of a parallelogram while maintaining parallelism between its opposite sides and makes it possible to simultaneously measure the normal load on the indenter and the friction force of the indenter on the disk.
В результате того, что каждая балка выполнена в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных между собой попарно перемычками с обоих концов и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по внутренним сторонам перемычек, принадлежащей каждой из пар, а балки закреплены на статоре с расположением плоскости одной из пар пружин параллельно поверхности испытываемого диска, достигается повышение точности измерений нормальной нагрузки на инденторы и точности измерений сил трения.As a result of the fact that each beam is made in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs, interconnected in pairs by jumpers from both ends and rotated 90 ° relative to each other along their axis parallel to the plane of the springs, with the connection in a single unit along the inner to the sides of the jumpers belonging to each of the pairs, and the beams are fixed on the stator with the location of the plane of one of the pairs of springs parallel to the surface of the test disk, an increase in the accuracy of measurements of normal load on entory and accuracy of measurements of the friction forces.
Целесообразно перемычки, соединяющие плоскопараллельные пружины, выполнять с образованием угла 90° между ними и плоскопараллельными пружинами, поскольку в этом случае сохраняется плоскопараллельное смещение инденторов при их износе.It is advisable to connect the jumpers connecting plane-parallel springs with a 90 ° angle between them and plane-parallel springs, since in this case the plane-parallel displacement of the indenters during their wear is preserved.
Закрепление индентора в тензометрической балке с возможностью смещения вдоль его продольной оси дает возможность регулирования нормальной силы.Fixing the indenter in the strain gauge beam with the possibility of displacement along its longitudinal axis makes it possible to regulate the normal force.
Выполнение механизма смещения индентора в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой резьбы и снабжение индентора средством его законтривания обеспечивает наиболее простым образом установку точного значения нормальной нагрузки.The implementation of the indenter displacement mechanism in the form of a screw thread deposited on it and in the tensometric beam and supplying the indenter with a means of locking it provides the easiest way to set the exact value of the normal load.
Сущность заявляемого устройства для испытания материалов на трение и износ поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг.1 показано схематично в разрезе устройство для испытания материалов на трение и износ в наиболее общем виде; на фиг.2 показаны варианты реализации тензометрических балок, в каждой из которых выполнены по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси отверстий выполнены перпендикулярно оси инденторов; на фиг.3 представлена схема взаимодействия инденторов с поверхностью дисков за счет выполнения в тензометрических балках по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью; на фиг.4 схематично показан вариант реализации тензометрических балок в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных с обоих концов между собой попарно перемычками и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по одной из перемычек, принадлежащей каждой из пар пружин (показаны каждая из двух пар пружин в двух проекциях «а» и «б» и их соединение между собой в двух проекциях - «в» и «г»); на фиг.5 схематично показан вариант реализации тензометрических балок в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин, соединенных между собой попарно перемычками с обоих концов и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по внутренним сторонам перемычек (показаны каждая из двух пар пружин в двух проекциях и их соединение между собой в двух проекциях), на фиг.6 дано аксонометрическое изображение реальной балки, варианта реализации, представленного на фиг.5; на фиг.7 показано расположение выреза в диске; на фиг.8 показано выполнение периферийных частей плоскостей дисков, обращенных к ротору, утолщенными, на фиг.9 показаны варианты реализации индентора в соответствии с п.16 и 17 формулы изобретения; на фиг.10 показано схематично в разрезе устройство для испытания материалов на трение и износ, снабженное стягивающими балки пружинами.The essence of the claimed device for testing materials for friction and wear is illustrated by examples of its implementation and drawings. Figure 1 shows a schematic sectional view of a device for testing materials for friction and wear in the most general form; figure 2 shows the implementation of tensometric beams, in each of which there are two through holes connected through a slot, while the axis of the holes are made perpendicular to the axis of the indenters; figure 3 presents a diagram of the interaction of the indenters with the surface of the disks due to the implementation in the tensometric beams of two through holes connected through a slot; figure 4 schematically shows an embodiment of strain gauge beams in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs connected at both ends by pairs of jumpers and rotated relative to each other 90 ° along their axis parallel to the plane of the springs, with the connection as a whole one of the jumpers belonging to each of the pairs of springs (each of the two pairs of springs in two projections “a” and “b” and their connection to each other in two projections — “c” and “d” are shown); figure 5 schematically shows an embodiment of strain gauge beams in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-parallel springs, interconnected in pairs by jumpers from both ends and rotated relative to each other by 90 ° along their axis parallel to the plane of the springs, with the connection as a whole on the inner sides of the jumpers (each of the two pairs of springs in two projections and their connection to each other in two projections are shown), Fig. 6 shows a perspective view of a real beam, an embodiment, presented figure 5; 7 shows the location of the cutout in the disk; in Fig.8 shows the implementation of the peripheral parts of the planes of the disks facing the rotor, thickened, Fig.9 shows embodiments of the indenter in accordance with paragraph 16 and 17 of the claims; figure 10 shows a schematic sectional view of a device for testing materials for friction and wear, equipped with springs that tighten the beams.
Пример 1. В самом общем случае устройство для испытания материалов на трение и износ содержит привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя, статор которого 1 через подшипник 2 соединен с полым ротором 3 (см. фиг.1). В роторе 3 закреплены два идентичных испытываемых диска 4, которые взаимодействуют с испытываемыми инденторами 5, которые закреплены на тензометрических балках 6. Балки 6 закреплены на статоре 1 таким образом, что осуществляется упругое прижатие индентора 5 к боковой поверхности диска 4. На тензометрических балках известным образом наклеены тензодатчики (на чертеже не показаны), которые могут быть выбраны из числа известных. Тензодатчики соединены с регистрирующим прибором, который также выбирается из числа известных. В качестве высокомоментного двигателя может быть использован выпускаемый в Республике Беларусь двигатель серии RSM-P-24-122.Example 1. In the most general case, a device for testing materials for friction and wear comprises a rotation drive in the form of a high-torque electric motor, the stator of which 1 is connected through a
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание от источника энергии (на чертежах не показан). В результате этого ротор 3 вместе с закрепленными в нем дисками 4 начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5 будут скользить по поверхности дисков 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и дисков 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающие в результате этого электрические сигналы будут зафиксированы регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику тензодатчиков, можно будет определить на основании полученных данных параметры трения каждой пары «диск - индентор».The device operates as follows. The electric motor is powered by an energy source (not shown in the drawings). As a result of this, the
Пример 2. В частных случаях реализации устройства, описанные в примере 1, снабжаются тензометрическими балками, в которых выполнены по два сквозных отверстия 7, соединенных сквозной прорезью 8 (см. фиг.2). При этом отверстия выполнены так, что их оси перпендикулярны осям инденторов и образуют тонкие перемычки 9 между стенками отверстий и внешней поверхностью балки.Example 2. In particular cases of implementation of the device described in example 1, are equipped with tensometric beams in which there are two through
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание от источника энергии. В результате этого статор 3 вместе с закрепленными в нем дисками 4 начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5 будут скользить по поверхности дисков 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и дисков 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающий в результате этого электрический сигнал будет зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику тензодатчиков, можно будет определить на основании полученных данных износ каждой пары трения «диск - индентор». По мере износа как поверхности диска 4, так и поверхности индентора 5 каждая балка 6 за счет собственных упругих сил будет перемещаться в сторону поверхности диска. При этом за счет отверстий 7 и прорези 8 перемычки 9 будут выполнять роль шарниров, образующих параллелограмм, поэтому при перемещении балки 6 к поверхности диска 4 индентор 5 будет смещаться строго параллельно самому себе, не изменяя углового положения своей оси относительно поверхности диска.The device operates as follows. The electric motor is powered by an energy source. As a result of this, the
Пример 3. В частных случаях реализации устройства, описанные в примерах 1, снабжаются тензометрическими балками в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин 9, соединенных с обоих концов между собой попарно перемычками 10 и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по одной из перемычек 10, принадлежащей каждой из пар пружин 9 (см. фиг.4), или с использованием тензометрических балок в виде моноблока, состоящего из двух пар плоскопараллельных пружин 9, соединенных между собой попарно перемычками 10 с обоих концов и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по внутренним сторонам перемычек (см. фиг.5 и 6).Example 3. In special cases, the implementation of the device described in examples 1, are equipped with tensometric beams in the form of a monoblock, consisting of two pairs of plane-
Каждый из дисков 4 снабжен по крайней мере одним вырезом 11 в его цилиндрической базирующей поверхности, а ротор 3 - размещаемыми в вырезах дисков выступами (штифтами) 12, необходимыми для того, чтобы удержать диск от проворота в роторе под действием сил трения между диском 4 и инденторами 5.Each of the
Диски 4 в периферийных частях плоскостей, обращенных к ротору, выполнены утолщенными и установлены в роторе 3 с их базированием по плоскостям утолщений и цилиндрическими образующими (см. фиг.8). Для обеспечения возможности регулирования нормальной силы индентор 5 закрепляется в тензометрической балке 6 с возможностью смещения вдоль его продольной оси. Выполнение механизма смещения индентора в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой резьбы и снабжение индентора средством его законтривания 13, например, в виде гайки обеспечивает наиболее простым образом установку точного значения нормальной нагрузки (см. фиг.9). Балки 6 попарно между собой соединены стягивающей их пружиной 14.The
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание от источника энергии. В результате этого статор 3 вместе с закрепленными в нем дисками 4 начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5 будут скользить по поверхности диска 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и диска 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающий в результате этого электрический сигнал будет зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику тензодатчиков, можно будет определить на основании полученных данных параметры трения пары «диск - индентор» (силу трения и износ). По мере износа как поверхности диска 4, так и поверхности индентора 5 каждая балка 6 за счет собственных упругих сил будет перемещаться в сторону поверхности диска, двух пар плоскопараллельных пружин 9, соединенных с обоих концов между собой попарно перемычками 10 и повернутых относительно друг друга на 90° вдоль их оси, параллельной плоскости пружин, с соединением в единое целое по одной из перемычек 10, образующих параллелограмм, поэтому при перемещении балки 6 к поверхности диска 4 индентор 5 будет смещаться строго параллельно самому себе, не изменяя углового положения своей оси относительно поверхности диска. В результате такие балки дают возможность измерять силу трения и нормальную нагрузку с высокой точностью.The device operates as follows. The electric motor is powered by an energy source. As a result of this, the
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008138989/28A RU2379648C1 (en) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | Device to test materials for friction and wear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008138989/28A RU2379648C1 (en) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | Device to test materials for friction and wear |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2379648C1 true RU2379648C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008138989/28A RU2379648C1 (en) | 2008-12-03 | 2008-12-03 | Device to test materials for friction and wear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2379648C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482464C2 (en) * | 2011-04-05 | 2013-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Tribotechnical material test device |
| RU2774491C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Stand for natural testing of equipment in outer space |
-
2008
- 2008-12-03 RU RU2008138989/28A patent/RU2379648C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482464C2 (en) * | 2011-04-05 | 2013-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Tribotechnical material test device |
| RU2774491C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-06-21 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Stand for natural testing of equipment in outer space |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10078026B2 (en) | Multi-component force-torque sensing device with reduced cross-talk for twist-compression testing machine | |
| US6418776B1 (en) | Method and apparatus for measuring friction and wear characteristics of materials | |
| US7140242B1 (en) | Lateral load tire testing system | |
| RU192398U1 (en) | Device for determining the coefficient of friction of lubricants | |
| RU195420U1 (en) | Device for determining the coefficient of friction of lubricants | |
| JP6454336B2 (en) | Apparatus and method characterized by elastic properties of friction material | |
| CN111919099B (en) | Measuring device and method for determining forces and/or torques on a shaft transmitting a torque | |
| JP3710432B2 (en) | Compression spring characteristic testing method and apparatus | |
| CN110887590B (en) | High-speed bearing friction tester | |
| CN109540782A (en) | A kind of pin disk-type friction abrasion tester | |
| RU2601258C1 (en) | Multistage friction machine | |
| CN106644257B (en) | Torque measurement verification device | |
| RU2379648C1 (en) | Device to test materials for friction and wear | |
| CN101907540A (en) | Testing method for axial prestress and unequal rigidity of gyroscopic instrument bearing | |
| RU2279057C1 (en) | Device for friction and wear test of materials | |
| CN112345245A (en) | Bearing static stiffness test device and test method thereof | |
| CN110146397B (en) | Bolt connection interface fretting friction wear testing device and method thereof | |
| CN107144228B (en) | Device and method for adjusting lubricating oil film measurement inclination angle of miniature slide block bearing | |
| RU205033U1 (en) | Device for determining the coefficient of friction of lubricants | |
| RU2693796C1 (en) | Friction and wear testing device | |
| RU203203U1 (en) | Device for determining the coefficient of friction of lubricants | |
| CN108885156B (en) | Device and method for measuring forces for a braking force test stand | |
| RU2135976C1 (en) | Device for measuring constituents of traction force of jet engine | |
| Macek et al. | Energy-saving mechatronic system for fatigue tests of materials under variable-amplitude proportional bending and torsion | |
| RU2531124C1 (en) | Device to test materials for friction and wear |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191204 |