SK412017A3 - Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials - Google Patents

Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials Download PDF

Info

Publication number
SK412017A3
SK412017A3 SK41-2017A SK412017A SK412017A3 SK 412017 A3 SK412017 A3 SK 412017A3 SK 412017 A SK412017 A SK 412017A SK 412017 A3 SK412017 A3 SK 412017A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
ring
rotary
coatings
contact
head
Prior art date
Application number
SK41-2017A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK288842B6 (en
Inventor
Jozef Bronček
Marián Dzimko
Ronald Bašťovanský
Silvester Poljak
František Nový
Original Assignee
Žilinská Univerzita V Žiline
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Žilinská Univerzita V Žiline filed Critical Žilinská Univerzita V Žiline
Priority to SK41-2017A priority Critical patent/SK288842B6/en
Publication of SK412017A3 publication Critical patent/SK412017A3/en
Publication of SK288842B6 publication Critical patent/SK288842B6/en

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Rotačný mikrotribometer s flexibilnou hlavou a prítlačnou hlavou s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov na hodnotenie tribologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov ako skúšobné zariadenie umožňuje mikroskopické a submikroskopické skúmanie procesov trenia a opotrebovania. Konštrukčné riešenie pozostáva z flexibilnej rotačnej hlavy (1), ktorá sa skladá z troch koncentrických kruhových prstencov. Vonkajší prstenec (5) tvorí rám a stredný prstenec (6) a vnútorný prstenec (7) sú vzájomne otočné okolo osí X a Y. Osi kĺbov (8) jedného prstenca sú kolmé na osi kĺbov druhého prstenca. Na vnútornom prstenci (7) je prichytená vzorka (3) zo skúšaného materiálu. Rám ako vonkajší prstenec (5) je otočný okolo osi Z a jeho rotačný pohyb vykonáva pohonná jednotka (4). Prítlak do miesta kontaktu zabezpečuje prítlačná hlava (2), ktorá tvorí druhý člen tribologickej dvojice a umožňuje umiestniť buď tri gulôčky, alebo tri čapy, aby sa vytvoril trojbodový kontakt. Sústava horných závaží (12) a spodných závaží (13) rôznej hmotnosti v súčinnosti so zemskou gravitáciou zabezpečí požadovanú hodnotu normálovej sily Fn v trojbodovom kontakte trecích teliesok (11). Na vzorku (3) zo skúšaného materiálu pôsobia sily, a to zvislá normálová sila Fy od sústavy horných závaží (12) a spodných závaží (13) a vodorovná trecia sila Ff, ktorá vznikne pri rotačnom pohybe v kontakte medzi trecími telieskami (11) a vzorkou (3) zo skúšaného materiálu. Rotačný pohyb prítlačnej hlavy (2) je zachytený snímačom (20) sily v tvare planžety, ktorá má jeden koniec votknutý v príchytkách držiaka (21) a druhý voľný koniec planžety zapadá do zárezov v sústave horných závaží (12) a spodných závaží (13). Riešenie s trojbodovým kontaktom a flexibilne prichytenou vzorkou (3) zo skúšaného materiálu umožňuje dosiahnuť kontinuálny a spojitý prívod energie do miesta kontaktu počas celého priebehu skúšky.The three-point frictional contact element rotary micrometer with flexible head and thrust head for the evaluation of the tribological properties of surfaces and coatings of construction materials as a test facility allows microscopic and submicroscopic examination of friction and wear processes. The design consists of a flexible rotating head (1) consisting of three concentric circular rings. The outer ring (5) forms the frame and the central ring (6) and the inner ring (7) are rotatable relative to the X and Y axes. The axes of the joints (8) of one ring are perpendicular to the axis of the joints of the second ring. A sample (3) of the material to be tested is attached to the inner ring (7). The frame as an outer ring (5) is rotatable about the Z-axis and its rotational movement is performed by the drive unit (4). The contact pressure is provided by the pressure head (2), which forms the second member of the tribological pair and allows to place either three balls or three pins to form a three-point contact. An array of upper weights (12) and lower weights (13) of varying masses in conjunction with Earth's gravity provides the required normal force value Fn in the three-point contact of the friction bodies (11). The sample (3) of the material under test is subjected to forces, namely the vertical normal force Fy from the set of upper weights (12) and the lower weights (13) and the horizontal frictional force Ff, which is generated by the rotational movement in contact between the friction bodies (11) and sample (3) from the test material. The rotary movement of the pressure head (2) is captured by a force-sensitive force transducer (20) having one end tangled in the retainer clips (21) and the other free end of the blade engaging the notches in the upper weight system (12) and bottom weights (13) . The three-point contact solution and the flexibly attached sample (3) of the material to be tested make it possible to achieve a continuous and continuous supply of energy to the point of contact throughout the test.

Description

Vynález sa týka konštrukčného riešenia laboratórneho skúšobného zariadenia, rotačného mfcotnbometra s flexibilnou hlavou a prítlačnou hlavou s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov, ako prístroja na hodnotenie tribologických vlastností povrchov a povlakov vzoriek konštrukčných materiálov. Vynález patrí vo všeobecnosti do oblasti strojárenstva.The invention relates to the design of a laboratory test apparatus, a rotating meter with a flexible head and a pressure head with a three-point arrangement of friction contact members as an apparatus for assessing the tribological properties of surfaces and coatings of samples of structural materials. The invention generally belongs to the field of mechanical engineering.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zo súčasného stavu techniky sú známe spôsoby ako skúmať tribologický proces a sú známe aj zariadenia na ich vykonávanie. Reálny tribologický systém sa vyšetruje na tribologickom modeli, ktorý vykazuje z tribologického hľadiska vzájomnú podobnosť s reálnym alebo ideálnym trecím uzlom, ktorý umožňuje vzájomné opísanie. Tribologický proces charakterizujú materiálové interakcie trecích telies, medzilátky a okolia, ktoré prebiehajú v priestore a čase. Vždy ide o vytvorenie klznej dvojice - tribologického uzla v prostredí okolia (atmosféry, vody, prachu, a pod.), s možnosťou modelovať procesy trenia a opotrebenia, a súčasne merať a zaznamenávať parametre týchto procesov.Methods for investigating the tribological process are known in the art, and devices for carrying out them are also known. The real tribological system is investigated on a tribological model which shows, from a tribological point of view, a similarity to the real or ideal friction node that allows for a mutual description. The tribological process is characterized by the material interactions of the friction bodies, the intermediates and the environment, which take place in space and time. It is always about creating a sliding pair - a tribological node in the environment (atmosphere, water, dust, etc.), with the possibility to model the processes of friction and wear, and simultaneously to measure and record parameters of these processes.

Pri výskume procesov trenia a opotrebenia sa v súčasnosti používa veľké množstvo rôznych konfigurácií laboratórnych experimentálnych skúšobných zariadení, ktoré sú členené podľa prevládajúceho mech anizmu opotrebenia, charakteru energetického imp ulzu, druhu trenia a charakteru dotyku povrchov. Rozdielnosť konštrukcie skúšobného zariadenia je podmienená predovšetkým: geometrickým tvarom prvkov trecieho uzlaA number of different configurations of laboratory experimental test facilities are currently used in the research of friction and wear processes, which are categorized according to the prevailing wear anism mechanism, the nature of the energy impulses, the type of friction and the nature of the contact surfaces. The difference in the design of the test equipment is mainly due to: the geometric shape of the friction node elements

- triboelementov, charakterom klaného dotyku povrchov v skutočnom režime prevádzky skúmaných vzoriek, charakterom zaťaženia, druhom a spôsobom vyvodenia vzájomného pohyb u tribologickej dvojice (vzorky zo skúmaného materiálu a pôsobiaceho telieska). Niektorí výrobcovia tribologických laboratórnych skúšobných zariadení zohľadňujú pri rozdelení aj energetické hľadisko. Podľa spôsobu prívodu energie do miesta kontaktu rozdeľujú zariadenia na: zariadenia s kontinuálnym prívodom energie, zariadenia s minimalizovaným prívodom energie a zariadenia s cyklickým prívodom energie. Do kategórie zariadení s kontinuálnym prívodom energie patria skúšobné zariadenia, ktoré môžeme z energetického hľadiska charakterizovať ako tepelne samoregulačné s kontinuálnymi energetickými impulzmi.- triboelements, the nature of the tangential contact of the surfaces in the actual mode of operation of the samples under examination, the nature of the load, the type and manner of inference of the relative movement of the tribological pair (samples from the material under investigation and the acting body). Some manufacturers of tribological laboratory test equipment also take into account the energy aspect in the allocation. Depending on the method of supplying energy to the point of contact, the devices divide into: continuous energy devices, minimized energy devices, and cyclic energy devices. The category of devices with continuous energy supply includes testing devices that can be characterized as thermal self-regulating with continuous energy pulses.

Najrozšírenejšie prístroje majú jednoduchú konštrukciu a pracujú na princípe čap na disku (pin - on -The most widespread devices have a simple design and work on the principle of pin - on -

- disc) alebo guľôčka na disku (ball - on - disc). Prístroje tohto typu majú iba dva stupne voľnosti voľné (ostatné stupne voľnosti sú zablokované) a to posuvný pohyb čapu (guľôčky) v smere osi Z, a rotáciu disku okolo osi Z. Pohonná jednotka otáča konštantnou klznou rýchlosťou v jednom smere iba jeden člen z tribologickej dvojice okolo osi Z (disk). Miesto kontaktu je stacionárne vzhľadom na jednu zo vzoriek. Ich principiálnou výhodou je, že prístroje môžu pracovať v režimoch s veľkým rozsahom zaťaženia a rýchlostí a so širokým spektrom sledovaných parametrov. Tento typ prístrojov sa využíva predovšetkým pri základných štúdiách opotrebenia materiálov, a to kovov, plastov, kompozitných materiálov, zliatin, keramických materiálov, povrchových vrstiev a povlakov a to v podmienkach bez mazania a s mazaním tuhými mazivami. Pri tejto skúšobnej metóde dochádza ku kontaktu medzi guľôčkou resp. čapom a diskom. Čap alebo guľôčka (guľôčka sa nevalí, je pevne prichytená v kontaktnom trecom člene), kĺže po kruhovej dráhe na disku. Pohyb je relatívny, jeden z členov tribologického uzla vykonáva rotačný pohyb okolo osi Z prechádzajúcej stredom disku, otáčať sa môže disk alebo čap. Pohyb zabezpečuje pohonná jednotka napr. elektromotor cez príslušné mechanické prevody. Nevýhodami týchto riešení sú vysoké požiadavky kladené na prípravu povrchu trecích povrchov trecích elementov a to na geometrickú presnosť tvaru rovinnosti kontaktnej plochy povrchu disku resp. čapu a čelné hádzanie povrchu disku. Ďalšou nevýhodou takéhoto riešenia je skutočnosť, že pri malých zaťaženiach napr. pri mikro metrických skúškach trenia môže dôjsť počas skúšky k preklzu v mieste kontaktu, čím sa preruší kontinuálny a spojitý prívod energie do miesta kontaktu. Pretože kontaktná rovina disku nemôže byť ideálne rovinná, má hoci i nepatrné priehlbiny a vyvýšeniny, môže v kontakte pri pohybe guľôčky po nerovnom povrchu disku dochádzať k dynamickým účinkom, a tým k nerovnomemosti prítlačnej sily. Prítlačná sila potom nie je konštantná, čo v niektorých prípadoch môže ovplyvniť výsledky experimentov. Pretože práca (teplo) vznikajúce v kontakte je súčinom trecej sily a relatívnej rýchlosti, trecia sila je súčinom prítlačnej (normálovej) sily a faktoru (súčiniteľa) trenia v kontakte, privedená energia je funkciou prítlačnej sily a obvodovej rýchlosti.- disc) or ball - on - disc. Devices of this type have only two degrees of freedom (other degrees of freedom are blocked), namely the sliding movement of the pin (balls) in the Z direction and the rotation of the disc around the Z axis. The drive unit rotates a constant sliding speed in one direction a pair around the Z axis (disk). The point of contact is stationary with respect to one of the samples. Their principal advantage is that the instruments can operate in modes with a large load range and speeds and with a wide range of monitored parameters. This type of equipment is used primarily in basic studies of material wear, namely metals, plastics, composite materials, alloys, ceramic materials, coatings and coatings, in non-lubricated and solid-lubricated conditions. In this test method, contact occurs between the ball and the ball respectively. pin and disc. A pin or ball (the ball does not roll, is firmly attached to the contact friction member), slides along a circular path on the disc. The movement is relative, one of the members of the tribological node performing a rotational movement about the Z axis passing through the center of the disk, the disk or the pivot can rotate. Movement is provided by the drive unit eg. electric motor via appropriate mechanical gears. The disadvantages of these solutions are the high demands placed on the preparation of the surface of the friction surfaces of the friction elements, namely the geometric accuracy of the shape of the flatness of the contact surface of the disc surface, respectively. the pin and the front surface throw of the disc surface. Another disadvantage of such a solution is the fact that at low loads e.g. in micro-metric friction tests, the slip may occur at the point of contact during the test, thereby interrupting the continuous and continuous supply of energy to the point of contact. Since the contact plane of the disc cannot be ideally planar, even though it has slight recesses and ridges, there may be dynamic effects in contact with the movement of the ball over the uneven surface of the disc, and thus an uneven contact force. The pressing force is then not constant, which in some cases may affect the results of the experiments. Since the work (heat) generated in the contact is the product of the frictional force and the relative speed, the frictional force is the product of the contact (normal) force and the friction factor (coefficient) in contact, the applied energy is a function of the contact force and circumferential speed.

Uvedené nedostatky evokovali navrhnúť iný systém riešenia s flexibilnou hlavou upevnenia disku.These shortcomings evoked the design of a different solution system with a flexible disk mounting head.

Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaná konštrukcia skúšobného zariadenia, rotačného mikrotnbometra na hodnotenie tribokoróznych vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov v predloženom vynáleze.As a result of this effort, the construction of a test apparatus, a rotary microtnometer for evaluating tribocorrosive properties of surfaces and coatings of construction materials in the present invention is described.

SK 41-2017 A3A3

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené požiadavky plní skúšobné zariadenie ako rotačný mfcotnbometer na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa predloženého vynálezu. Jeho podstatou je optimálne priestorové usporiadanie vhodne navrhnutých mechanických a elektrických prvkov, ktoré vytvárajú riadený a merateľný tribologický uzol s dvoma členmi tribologickej dvojice.These requirements are fulfilled by a test device such as a rotary meter for evaluating the biological properties of the surfaces and coatings of the construction materials of the present invention. Its essence is the optimal spatial arrangement of suitably designed mechanical and electrical elements that create a controlled and measurable tribological node with two members of the tribological pair.

Prvým členom tribologickej dvojice vo funkcii disku je rotačná flexibilná hlava s presne definovaným rotačným pohybom, na ktorej je upevnená vzorka zo skúšaného materiálu. Rotačný pohyb hlavy sa generuje z elektromotora cez príslušné mechanické prevody s možnosťou riadenia otáčok. Podstata konštrukčného riešenia spočíva v tom, že flexibilná hlava je zložená z troch koncentrických kruhových prstencov. Vonkajší prstenec tvorí rám a je otočný okolo zvislej osi Z a jeho rotačný pohyb sa odvádza z pohonnej jednot ky. Dva vnútorné prstence sú vzájomne spojené pomocou dvoch kĺbov a stredný prstenec je spojený s vonkajším rámom resp. vonkajším prstencom rovnako pomocou dvoch kĺbov. Osi kĺbov jedného prstenca sú kolmé na osi kĺbov druhého prstenca a kĺby sú umiestnené v smeroch osí X a Z. Kĺb sa skladá z presného ložiska a čapu, ktorý je jedným koncom pevne uchytený v prstenci a druhý koniec čapu je otočne uložený v ložisku. Ložiská sú uložené v telese druhého prstenca a umožňujú čiastočný otočný pohyb cez čapy druhému prstencu. Na vnútornom prstenci je prichytená vzorka. Výsledkom takéhoto konštrukčného usporiadania je stav, že vnútorné prstence ktoré sú vzájomne čiastočne otočné okolo osí X a Y a vždy umožnia/zabezpečia polohu vzorky tak, aby rovina povrchu vzorky bola zhodná s rovinou definovanou troma dotykmi prítlačnej hlavy .The first member of the tribological pair in disk function is a rotating flexible head with a precisely defined rotational movement on which a sample of the test material is mounted. The rotary motion of the head is generated from the electric motor through the respective mechanical gears with the possibility of speed control. The essence of the design lies in the fact that the flexible head is composed of three concentric ring rings. The outer ring forms a frame and is rotatable about a vertical Z-axis and its rotational movement is discharged from the drive unit. The two inner rings are connected to each other by means of two joints and the central ring is connected to the outer frame respectively. outer ring also using two joints. The joint axes of one ring are perpendicular to the joint axes of the other ring, and the joints are located in the X and Z axes directions. The bearings are housed in the body of the second ring and allow partial pivotal movement over the pins of the second ring. A sample is attached to the inner ring. The result of such a configuration is that the inner rings that are partially rotatable about each other about the X and Y axes and always allow / secure the position of the sample so that the plane of the sample surface coincides with the plane defined by the three touches of the press head.

Druhým členom tribologickej dvojice je prítlačná hlava s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov - trecích teliesok (čapov alebo guľôčok). Prítlačná hlava je navrhnutá tak, že umožňuje umiestniť trecie telieska a to buď tri guľôčky alebo tri čapy tak, aby sa vytvoril trojbodový kontakt s prvým členom tribologickej dvojice (diskom - vzorkou). Telieska sú rozmiestnené na rozstupovej kružnici pootočené o uhol 120°. Polomer kružnice je polomerom otáčania trecích teliesok. Konštrukcia prítlačnej hlavy umožňuje jej posun v smere osi Z a zároveň aj jej natáčanie (nie otáčanie) okolo osi Z. Pootáčanie prítlačnej hlavy je generované trecími silami vzniknutými v kontaktoch. Nastavenie vhodnej normálovej (zaťažovacej) sily Fn v kontakte sa vykonáva v súčinnosti so zemskou gravitáciou prostredníctvom vlastnej hmotnosti prítlačnej hlavy a riadeného odľahčenia hlavy pomocou mechanického nastavenia systémom lanka, pružiny a kladiek. Meranie zaťaženia (odľahčenia) sa zisťuje silomerom, ktorý pozostáva z dvoch pružných planžiet, pričom hodnota normálovej sily Fn sa určuje prostredníctvom merania lineárnej deformácie hornej planžety. Vzájomnou interakciou medzi trecími členmi umiestnenými na prítlačnej hlave a rotujúcou vzorkou upevnenou na flexibilnej hlave je vznik trenia, konkrétne trecej sily Ft. Trecia sila Ft vytvára v mieste kontaktu trecí moment M h (Mt = Ft.R), kde R je polomer. Vmiioiutý trecí moment Mt sa zachytáva tenzometrickým snímačom sily, ktorý je v tvare planžety a ktorá sa vplyvom pôsobiacej sily lineárne deformuje. Nakoľko dochádza k dynamickému kontaktu, konštrukcia rotačného tribometra by mala mať dostatočnú mechanickú tuhosť, aby sa predišlo vzniku nežiaducich vibrácii, čo v dôsledku môže ovplyvniť presnosť a stabilitu trecieho procesu, ako aj merania trecej sily Ft a pod. Riešenie s trojbodovým kontaktom a flexibilne uchytenou rotujúcou vzorkou umožňuje dosiahnuť rovnomernú prítlačnú silu, normálovú silu Fn aj pri nie ideálnej rovinnosti vzorky a kontinuálny prívod energie do miesta kontaktu počas celého priebehu skúšky. Riešenie s flexibilnou hlavou zaručuje rovnomerné rozdelenie zvislej normálovej sily Fn na každý z trojice kontaktov.The second member of the tribological pair is a pressure head with a three-point arrangement of friction contact members - friction bodies (pins or balls). The pressure head is designed to accommodate the friction bodies, either three balls or three pins, so as to establish a three-point contact with the first member of the tribological pair (disc - sample). The bodies are arranged on a pitch circle rotated by 120 °. The radius of the circle is the radius of rotation of the friction bodies. The design of the press head allows it to move in the Z-axis direction and at the same time to rotate (not rotate) about the Z-axis. The rotation of the press head is generated by frictional forces generated in the contacts. The adjustment of the appropriate normal (load) force Fn in contact is performed in conjunction with the gravity of the press head and the controlled relief of the head by means of mechanical adjustment by the cable, spring and pulley system. The load measurement (unloading) is determined by a load cell which consists of two flexible foils, the value of the normal force Fn being determined by measuring the linear deformation of the upper foil. The interaction between the friction members located on the pressing head and the rotating sample mounted on the flexible head is the formation of friction, namely the friction force Ft. The frictional force Ft creates a friction moment M h (Mt = Ft.R) at the contact point, where R is the radius. The intermediate friction moment Mt is absorbed by a strain gauge force sensor, which is in the form of a foil and which deforms linearly due to the applied force. Because of the dynamic contact, the design of the rotary tribometer should have sufficient mechanical stiffness to prevent undesirable vibrations, which may affect the accuracy and stability of the friction process as well as the measurement of the friction force Ft and the like. The solution with three-point contact and flexibly mounted rotating sample allows to achieve uniform contact force, normal force Fn even at not ideal sample flatness and continuous power supply to the point of contact throughout the test. The flexible head solution ensures a uniform distribution of the vertical normal force Fn over each of the three contacts.

Výhody konštrukčného riešenia laboratórneho skúšobného zariadenia, rotačného miiorotribometra s flexibilnou hlavou a prítlačnou hlavou s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov, ako prístroja na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov vzonek konštrukčných materiálov podľa vy nálezu sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky spočívajú v tom, že vnútorné prstence rotačnej flexibilnej hlavy s presne definovaným rotačným pohybom, ktoré sú vzájomne čiastočne otočné okolo osí X a Y vždy umožnia/zabezpečia polohu vzorky tak, aby rovina povrchu vzorky bola zhodná s rovinou definovanou troma dotykmi prítlačnej hlavy . Prítlačná hlava s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov - trecích teliesok (čapov alebo guľôčok) s flexibilne pnchytenou vzorkou umožňuje eliminovať geometrické nerovnosti povrchu vzo rky , a tým dosiahnuť konštantný prítlak v dotykoch a spojitý prívod energie do miesta kontaktu počas celého priebehu skúšky. Umožní aj mikroskopické a submikroskopické skúmanie procesov trenia a opotrebovania.The advantages of the design of a laboratory test apparatus, a rotary head caliper with a flexible head and a thrust head with a three-point configuration of friction contact members as an apparatus for assessing the surface properties and coatings of the construction material samples according to the invention are apparent from its external effects. The effects are that the inner rings of the rotary flexible head with a precisely defined rotational movement, which are partially rotatable about each other about the X and Y axes, always allow / secure the position of the specimen so that the plane of the specimen surface coincides with the plane defined by three touches. The pressure head with a three-point arrangement of the friction contact members (pins or balls) with a flexibly attached sample allows to eliminate the geometric unevenness of the specimen surface, thus achieving a constant contact pressure and a continuous supply of energy to the point of contact throughout the test. It also enables microscopic and submicroscopic examination of friction and wear processes.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Laboratórne skúšobné zariadenie, rotačný mfcotnbometer s flexibilnou hlavou a prítlačnou hlavou s trojbodovým usporiadaním trecích kontaktných členov, ako prístroj na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov vzoriek konštrukčných materiálov skonštruované podľa vynálezu bude ďalej vysvetlené na výkresoch. Na obr. 1 je schematické znázornenie tnbologických dvojíc na princípe metódy valček-disk (pm-on-disc) resp. guľôčka na disku (ball-on-disc) s kontinuálnym prívodom energie v mieste kontaktu.A laboratory test apparatus, rotary meter with a flexible head and a pressure head with a three-point arrangement of friction contact members, as an instrument for assessing the biological properties of surfaces and coatings of samples of structural materials constructed according to the invention will be further explained in the drawings. In FIG. 1 is a schematic representation of the pm-on-disc method and the pb-based method. ball-on-disc with continuous power supply at the point of contact.

SK 41-2017 A3A3

Na obr. 2 je znázornená principiálna schéma technického riešenia rotačnej flexibilnej hlavy skúšobného zariadenia. Na obr. 3 je zobrazený model rotačnej flexibilnej hlavy skúšobného zariadenia. Na obr. 4 je zobrazený model prítlačnej hlavy zariadenia s trojdotykovým usporiadaním trecích teliesok. Na obr. 5 je zobrazený rez konštrukčnými časťami zariadenia v konfigurácii rotačná flexibilná hlava, vzorka a prítlačná hlava.In FIG. 2 shows a schematic diagram of a technical solution of a rotating flexible head of a test apparatus. In FIG. 3 shows a rotating flexible head model of the tester. In FIG. 4 shows a model of the press head of the device with a three-touch friction pad arrangement. In FIG. 5 is a cross-sectional view of components of the apparatus in a rotary flexible head, sample, and press head configuration.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia vynálezu sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam vynálezu. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu patentových nárokov.It is to be understood that particular embodiments of the invention are presented by way of illustration and not as limitations of technical solutions. Those skilled in the art will find or be able to ascertain using no more than routine experimentation many equivalents to specific embodiments of the invention. Such equivalents will also fall within the scope of the claims.

Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém optimálne navrhnutie konštrukcie, preto tieto znaky neboli detailne riešené.It is not possible for the person skilled in the art to optimally design the structure, so these features have not been solved in detail.

Požiadavky vymenované v predchádzajúcich kapitolách sú zabezpečené rotačným mikrotriboí metrom na hodnotenie tribologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov, t. j. skúšobným zariadením podľa tohto vynálezu. Z hľadiska konštrukcie je v zásade rozlíšená pohyblivá časť a statická časť zariadenia znázornená na obr. 2 až 4. Na obr. 5 je ich komplexné usporiadanie. Pohyblivá časť zariadenia je sústava s rotačnou flexibilnou hlavou 1, ktorej rotačný pohyb sa generuje z elektromotora ako pohonnej jednotky 4 cez príslušné mechanické prevody až po vzorku 3 zo skúšaného materiálu. Statická časť je sústava prvkov, do ktorej patrí prítlačná hlava 2, trecie telieska 11v tvare guľôčky a tiež ostatné súvisiace nepohybujúce sa prvky. Z obr. 2, 3 a 5 je zjavné, že rotačná flexibilná hlava 1 sa skladá z troch prstencov, pričom vonkajší prstenec 5 tvorí rám a stredný prstenec 6 a vnútorný prstenec 7 sú vzájomne otočné okolo osí X a Y Na vnútornom prstenci 7 je prichytená vzorka 3 z testovaného materiálu. Rám, t. j. vonkajší prstenec 5 je otočný okolo osi Z a jeho rotačný pohyb sa zabezpečuje z pohonnej jednotky 4 cez príslušné mechanické prevody a spojovaciu prírubu 15. Stredný prstenec 6 a vnútorný prstenec 7 sú vzájomne spojené pomocou dvoch kĺbov 8 a stredný prstenec 6 je spojený s vonkajším prstencom 5_taktiež pomocou dvoch kĺbov 8. Osi kĺbov 8 sú navzájom kolmé a kĺby 8 sú umiestnené v smeroch osí X a Y Kĺb 8 sa skladá z presného ložiska 9, čapu 10, a vymedzovacieho krúžku h6, pričom axiálna poloha presného ložiska 9 v kĺbe 8 sa zaisťuje maticou ľ7. Jedno osadenie kĺbov 8 je nasledovné. Dva čapy 10 kĺbov 8 sú jednými koncami pevne prichytené v strednom prstenci 6 a druhé konce čapov 10 sú otočne uložené v presných ložiskách 9 vonkajšieho prstenca 5, čím sa pevne fixuje poloha čapu 10. Taktiež dva čapy 10 kĺbov 8 sú jednými koncami pevne prichytené vo vnútornom prstenci 7 a druhé konce čapov 10 sú otočne uložené v presných ložiskách 9 stredného prstenca 6, čím sa pevne fixuje poloha čapu 10. Pritom vonkajší prstenec 5 má dve technologické vybrania oproti dvom čapom 10 kĺbov 8 spájajúcim vnútorný prstenec 7 a stredný prstenec 6. Kĺbové uloženie umožňuje čiastočný otočný pohyb stredného prstenca 6 okolo osi X a vnútorného prstenca 7 okolo osi Y a tým sa zabezpečí flexibilné nastavenie polohy upnutej vzorky 3 zo skúšaného materiálu na dne vnútorného prstenca 7.The requirements listed in the previous chapters are provided by a rotating microtribometer to assess the tribological properties of surfaces and coatings of structural materials, i. j. a test device according to the invention. In terms of construction, the movable part and the static part of the device shown in FIG. 2 to 4. FIG. 5 is their complex arrangement. The movable part of the device is a system with a rotating flexible head 1, whose rotational movement is generated from the electric motor as the driving unit 4 through the respective mechanical gears up to the sample 3 of the test material. The static portion is a set of elements including a pressure head 2, a ball-shaped friction body 11 and also other related non-moving elements. FIG. 2, 3 and 5, it is evident that the rotating flexible head 1 consists of three rings, the outer ring 5 forming a frame and the central ring 6 and the inner ring 7 rotatable relative to each other about the X and Y axes. test material. Frame, t. j. the outer ring 5 is rotatable about the Z-axis and its rotary movement is provided from the drive unit 4 through the respective mechanical gears and connecting flange 15. The central ring 6 and the inner ring 7 are connected to each other by two hinges 8 and the central ring 6 is connected to the outer ring 5, also by means of two joints 8. The axes of the joints 8 are perpendicular to each other and the joints 8 are located in the X and Y axes. The joint 8 consists of a precision bearing 9, a pin 10, and a spacer ring h6. secures by matrix ľ7. One joint of the joints 8 is as follows. The two pins 10 of the hinges 8 are fixed at one end in the central ring 6 and the other ends of the pins 10 are rotatably mounted in the precision bearings 9 of the outer ring 5, thereby fixing the position of the pin 10 firmly. the inner ring 7 and the second ends of the pins 10 are rotatably mounted in the precision bearings 9 of the central ring 6, thereby firmly fixing the position of the pin 10. The outer ring 5 has two technological recesses over the two pins 10 of the hinges 8 connecting the inner ring 7 and the central ring 6. The hinge arrangement allows a partial rotational movement of the central ring 6 about the X-axis and the inner ring 7 about the Y-axis, thereby providing a flexible adjustment of the position of the clamped sample 3 of the test material at the bottom of the inner ring 7.

Zo znázornenia na obr. 4 je zjavná konštrukcia prítlačnej hlavy 2, ktorá obsahuje tri trecie telieska 11 v tvare guľôčky, ktoré sú prilepené na konci čapov 14. Druhý koniec čapu 14je vložený do otvorov v telese prítlačnej hlavy 2, pričom axráha poloha čapov 14 je zaistená dvojicou neznázornených skrutiek. Pomocou dvojice guľôčkových ložísk 19 je na drieku prítlačnej hlavy 2 otočne uložené puzdro 18, ktoré umožňuje čiastočne rotačný aj posuvný pohyb prítlačnej hlavy 2 (len natáčanie, pretože otáčaniu bráni systém merania krútiaceho momentu vzniknutého trecími silami), pričom jej zvislý pohyb v smere osi Z. Sústava horných závaží 12 a spodných závaží 13 rôznej hmotnosti v súčinnosti so zemskou gravitáciou zabezpečí požadovanú hodnotu normálovej sily Fn v trojbodovom kontakte trecích teliesok 11. Na vzorku 3 zo skúšaného materiálu pôsobia sily a to záťažová (normálová) sila Fn od sústavy horných závaží 12 a spodných závaží 13 a vodorovná trecia sila Ft, ktorá vznikne pri rotačnom pohybe v kontakte medzi trecími telieskami 11 a vzorkou 3 zo skúšaného materiálu. Rotačný pohyb prítlačnej hlavy 2 je zachytený snímačom sily 20 v tvare planžety, ktorá má jeden koniec pripevnený (votknutý) v príchytoch na samostatnom držiaku 21 a druhý voľný koniec planžety zapadá do zárezov v sústave horných závaží 12 a spodných závaží 13. Umiestnenie a orientácia normálovej sily Fn, trecej sily Ft a trecieho momentu M vyplýva z obr. 1.FIG. 4 shows the structure of the press head 2, which comprises three ball-shaped friction bodies 11 which are glued at the end of the pins 14. The other end of the pin 14 is inserted into the holes in the body of the press head 2, the axial position of the pins 14 being secured by a pair of screws (not shown). By means of a pair of ball bearings 19, a sleeve 18 is rotatably mounted on the shank of the press head 2, which allows both rotational and sliding movement of the press head 2 (only turning because rotation prevents the torque measurement system generated by frictional forces). The system of upper weights 12 and lower weights 13 of different mass, in cooperation with the earth gravity, provides the required value of normal force Fn in the three-point contact of friction bodies 11. Forces 3 of the tested material are subjected to forces (normal) force Fn from the system and the lower weights 13 and the horizontal frictional force Ft which is generated by the rotational movement in contact between the friction bodies 11 and the sample 3 of the test material. The rotational movement of the press head 2 is captured by a foil-shaped force sensor 20 having one end fixed (tethered) in the clips on a separate holder 21 and the other free end of the foil fit into the notches in the upper and lower weights 12. the forces Fn, the frictional force Ft and the frictional moment M are shown in FIG. First

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Rotačný mikrotnboíneter na hodnotenie tribologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa tohto vynálezu sa používa vo výskume povrchov konštrukčných materiálov, povlakov v podmienkach trenia v pasívnom prostredí okolia (atmosféry, vody, prachu, a pod.), s možnosťou modelovať procesy trenia a opotrebenia aj pri extrémne malých zaťaženiach, merať a zaznamenávať parametre týchto procesov.Rotary microtabineter for evaluation of tribological properties of coatings and coatings of construction materials according to the invention is used in research of surfaces of construction materials, coatings under friction conditions in passive environment (atmosphere, water, dust, etc.), with the possibility to model friction and wear processes also at extremely low loads, measure and record the parameters of these processes.

Claims (6)

1. Rotačný mikrotribometer na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov s dvomi členmi tribologickej dvojice, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z rotačnej flexibilnej hlavy (1) s presne definovaným rotačným pohybom, ktorá tvorí prvý člen tribologi ckej dvojice, na ktorej je upevnená vzorka (3) zo skúšaného materiálu; rotačná flexibilná hlava (1) sa skladá z vonkajšieho prstenca (5), ktorý tvorí rám a má stredný prstenec (6) otočný okolo osi X a má vnútorný prstenec (7) otočný okolo osi Y; na vnútornom prstenci (7) je uchytená vzorka (3) zo skúšaného materiálu; vonkajší prstenec (5) je otočný okolo osi Z a je pripojený na pohonnú jednotku (4) cez spojovaciu prírubu (15); stredný prstenec (6) a vnútorný prstenec (7) sú vzájomne spojené pomocou dvoch kĺbov (8), pričom stredný prstenec (6) je spojený s vonkajším prstencom (5) rovnako pomocou dvoch kĺbov (8); osi kĺbov (8) sú navzájom kolmé a kĺby (8) sú umiestnené v smeroch osí X a Y; kĺb (8) sa skladá z presného ložiska (9) a čapu (10); a ďalej pozostáva z prítlačnej hlavy (2), ktorá tvorí druhý člen tribologickej dvojice, na ktorej sú umiestnené tri trecie telieska (11) v tvare guľôčky prichytené v čape (14); pritom snímač (20) sily v tvare planžety je pripevnený na samostatnom držiaku (21) a voľným koncom zapadá do zárezov v horných závažiach (12) a/alebo v spodných závažiach (13), ktoré sú upevnené na prítlačnej hlave (2).Rotary microtribometer for assessing the biological properties of surfaces and coatings of structural materials with two members of a tribological pair, characterized in that it consists of a rotating flexible head (1) with a precisely defined rotational movement which constitutes the first member of the tribological pair on which it is mounted a sample (3) of the test material; the rotary flexible head (1) consists of an outer ring (5) which forms a frame and has a central ring (6) rotatable about the X axis and has an inner ring (7) rotatable about the Y axis; a sample (3) of test material is mounted on the inner ring (7); the outer ring (5) is pivotable about the Z axis and is connected to the drive unit (4) via a connecting flange (15); the central ring (6) and the inner ring (7) being connected to each other by two hinges (8), the central ring (6) being connected to the outer ring (5) equally by two hinges (8); the joint axes (8) are perpendicular to each other and the joints (8) are located in the X and Y axes directions; the joint (8) consists of a precision bearing (9) and a pin (10); and further comprising a pressing head (2) which forms a second member of the tribological pair on which three ball-shaped friction bodies (11) are attached in the pin (14); in this case, the foil-shaped force sensor (20) is mounted on a separate bracket (21) and fits with its free ends into the notches in the upper weights (12) and / or in the lower weights (13) which are mounted on the press head (2). 2. Rotačný miikrotribometer na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že dva čapy (10) kĺbov (8) sú jednými koncami pevne pnchytené v strednom prstenci (6) a druhé konce čapov (10) sú otočne uložené v ložiskách (9) vonkajšieho prstenca (5).A rotary microtribometer for evaluating the structural properties of surfaces and coatings of structural materials according to claim 1, characterized in that the two pins (10) of the hinges (8) are firmly fixed in one end in the central ring (6) and the other ends of the pins. (10) are rotatably mounted in bearings (9) of the outer ring (5). 3. Rotačný inikrotriboíncter na hodnotenie tnbologických vlastno stí povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dva čapy (10) kĺbov (8) sú jednými koncami pevne prichytené vo vnútornom prstenci (7) a druhé konce čapov (10) sú otočne uložené v ložiskách (9) stredného prstenca (6).A rotary microtiter for evaluating the structural properties of surfaces and coatings of structural materials according to claim 1, characterized in that the two pins (10) of the hinges (8) are firmly attached with one end in the inner ring (7) and the other ends of the pins (10). are rotatably mounted in bearings (9) of the central ring (6). 4. Rotačný miik^tnibom^^ter na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa nároku 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že vonkajší prstenec (5) má dve technologické vybrania oproti dvom čapom (10) kĺbov (8) spájajúcim vnútorný prstenec (7) a stredný prstenec (6). ...Rotary microscope for evaluating the biological properties of surfaces and coatings of structural materials according to claims 1 to 3, characterized in that the outer ring (5) has two technological recesses compared to the two pins (10) of the joints (8) connecting the inner a ring (7) and a central ring (6). ... 5. Rotačný miik^triibom^^ter na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa nároku 1 až 4, vy z n a č u j ú c i s a t ý m , že tri trecie telieska (11) sú v tvare guľôčky.A rotary microscope for evaluating the biological properties of surfaces and coatings of construction materials according to claims 1 to 4, characterized in that the three friction bodies (11) are ball-shaped. 6. Rotačný miikrotnbometer na hodnotenie tnbologických vlastností povrchov a povlakov konštrukčných materiálov podľa nároku 1 až 4, vy z n a č u j ú c i s a t ý m , že tri trecie telieska (11) sú v tvare čapu.A rotary microtimeter for assessing the biological properties of surfaces and coatings of structural materials according to claims 1 to 4, characterized in that the three friction bodies (11) are pin-shaped.
SK41-2017A 2017-04-18 2017-04-18 Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials SK288842B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK41-2017A SK288842B6 (en) 2017-04-18 2017-04-18 Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK41-2017A SK288842B6 (en) 2017-04-18 2017-04-18 Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK412017A3 true SK412017A3 (en) 2018-11-05
SK288842B6 SK288842B6 (en) 2021-04-14

Family

ID=63964807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK41-2017A SK288842B6 (en) 2017-04-18 2017-04-18 Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK288842B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK288842B6 (en) 2021-04-14

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
RU192398U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
Senetakis et al. The development of a new micro-mechanical inter-particle loading apparatus
US10161840B2 (en) Device for evaluation of the working surface fretting wear characteristics
JP2010256195A (en) Friction abrasion testing device
US11852545B2 (en) Measuring device and method for determining a force and/or a torque on a torque-transmitting shaft
CN104122036B (en) Routine test centrifuge stationary-mobile state balance monitoring device
US10215675B2 (en) Universal material tester with quick-release test probe and with reduced cross-talk between the sensors
Guibert et al. A versatile flexure-based six-axis force/torque sensor and its application to tribology
CN203981346U (en) Routine test hydro-extractor is quiet-mobile equilibrium monitoring device
SK412017A3 (en) Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials
SK922017U1 (en) Rotary microtribometer for evaluation of tribological properties of surfaces and coatings of construction materials
CN107328649A (en) The bionical micro-dimension clamping device of Piezoelectric Driving three-jaw based on flexible hinge
RU2686121C1 (en) Friction machine (options)
RU2292030C1 (en) Device for testing specimen made of shape memory material
CN103278412A (en) Low-load friction-wear test device
RU176860U1 (en) Torsion Tester
JP2972203B2 (en) Surface waviness measuring method and apparatus
CN102183413A (en) Filament fiber loading and measuring device under Raman environment
Yang et al. Nano-level instrumentation for analyzing the dynamic accuracy of a rolling element bearing
CN111122198B (en) Test device and method for measuring self-cleaning performance of bionic adhesion functional surface
RU2289119C1 (en) Device for performing friction tests on materials
RU2279057C1 (en) Device for friction and wear test of materials
RU208869U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants