SU1575100A1 - Способ испытани материалов на трение и износ и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области испытани  материалов на трение и износ при возвратно-поступательном движении элементов сопр жени  вал-колодка. Целью изобретени   вл етс  приближение условий испытани  к реальным услови м эксплуатации узлов трени  типа вал-колодка. Штоку 18 с втулкой 19 сообщают возвратно-поступательное движение относительно держателей контробразцов, которые нагружены с помощью пружины 24, рычагов 23, оправок цилиндрических роликов и вкладышей. При этом контробразцы получают возможность пространственной самоустановки относительно втулки 19. Возникающа  сила трени  в контакте контробразцов втулки 19 изгибает рычаги 23 в пределах их упругих деформаций, по которым определ ют силу трени . Достоверность результатов испытани  обусловлена также тем, что сила инерции штока 18 с втулкой 19 превосходит силу инерции подвижного звена - ролика не менее чем на пор док, а момент инерции ролика имеет пор док не более 10^-7. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Description

S 4

оЖЖ.

ел

от

Изобретение относитс  к испытанию MatepnanoB на трение и износ, в частности при возвратно-поступательном перемещении элементов сопр жени  типа вап - колодка в присутствии рабочей среды fжидкие, пластические смазки, пьшева  среда и т.д.), с различными покрыти ми на поверхност х трени  применительно к услови м работы высокоскоростньк и высоконагруженных узлов трени ,

Целью изобретени   вл етс  приближение условий испытани  к реальньм услови м эксплуатации узлов трени  типа вал - колодка путем исключени  потерь на трение между держателем контробразда и направл ющими и обеспечени  перемещени  держател  в пределах деформации упругого элемента узла измерени  силы трени 

На фиг,1 представлена, принципиальна  схема устройства дл  испытани  материалов на трение и износ; на фиг,2 - схема пространственной самоустановки элементов трени ;.на фиг.З - разрез А-А на фиг,2; на фиг.4 конструкци  дополнительного рьгчага, вкладыша, цилиндрического ролика и оправки,

Устройство содержит корпус 1, закрепленную на нем плиту 2, на которой размещены привод 3 и стойка 4, В верхней части стойки 4 на подшипниках 5 качени  установлен вал 6, на одном конце которого закреплен DIKHB 7, на другом - кривошип 8 с регулируемым эксцентриком 9, В нижней части стойки 4 закреплены четыре оси 10 с подшипниками 11 качени  на них, вьшолн ющими роль направл ющих дл  установки и перемещени  между ними ползуна 12. Последний посредством подшипника 13 качени , шатуна 14 и подшипника 15 качени , установленного на эксцентрике , соединен с валом 6,- который, в свою очередь, через шкивы 7 и 16 и клиноременную передачу 17 соединен с приводом 3, К нижней части ползуна 12 крепитс  цилиндрический шток 18, предназначенный дл  размещени  на его втором конце испытуемого цилиндрического образца (втулки 19). Ка плите 2 установлены с возможностью вращени  две оси 20, диаметрально расположенные относительно штока 18, На этих ос х с внешней стороны плиты 2 закреплены рычаги 21 с По другую сторону на плите 2 закреплен фланец 22 с отверсти ми дл  размещени  осей 20 и штока 18, На другом конце осей 20 в одной плоскости с рычагами 21 закреплены дополнительные рычаги 23. На свободных плечах рычагов 21 установлен шток (не показан) и оттарированна  на различное усилие пружина 24 сжати . На свободных плечах рычагов 23 установлены вкладьгаш 25, взаимодействующие через цилиндрические ролики 26 с оправками 27, На последних размещены держатели 28 контробразцов 29, выполненных в виде колодок е цилиндрической поверхностью, контактирующей в ходе испытаний по внешней цилиндрической поверхности втулки 19. Конструктивное исполнение и взаимдействие дополнительных рычагов 23 вкладьпчей 25, цилиндрических роликов 26 и оправок 27 обеспечивает пространственную самоустановку (т.е. в 3 взаимно перпендикул рных плоскост х ) держателей 28 с контробразцами 29 по цилиндрическим поверхност м втулки 19 и.штоку 18, На свободном плече дополнительного рычага 23 выполнены сквозной параллельный продольной оси штока 18 паз 30 и несквозной перпендикул рный этой оси поперечный паз 31, которые образуют вилку 32 на ближней к штоку 18 части плеча, а -на второй части плеча образуют обращенную к вилке полость 33 П-образного сечени , В полости 33 дополнительного рычага 23 установлен вкладыш 25, который имеет П-образное сечение в перпендикул рной к оси штока 18 плоскости , образующей обращенную к щтоку 18 полость 34, Со стороны, взаимодействуюв;ей с .рычагом 23, в плоскости, параллельной оси штока 18, вкладыш 25 имеет Н-образное сечение, перемычка 35 которого параллельна дополнительному рьгча-гу 23.

Оправка 27 имеет плоский торец 36 пр моугольной формы, длинной стороной ориентированный в направлении оси тто ка 18 и предназначенный дл  взаимодействи  с держателем 28 контробразца 29. Со стороны второго торца оправка 27 снабжена тороидом 37 с заплечниками . Ось тороида 37 перпендикул рна плоскому торцу и находитс  в проход щей через ось штока 18 плоскости , С этого же торца оправки 27 вьтолнена прорезь 38 в перпе адикул рном оси птока 18 направлении. Тороид 37 предназначен дл  взаимодействи  с прорезью вилки 32. В прорезь 38 опра ки 27 установлен цилиндрический роли 26, который взаимодействует с внутренними поверхност ми П-образного се чени  вкладыша 25 На тороиде 37 оправки 27 выполнены в перпендикул рном прорези 38 направлении сегментные сре зы 39, по которым оправка 27 взаимодействует со стенками полости 34 вкла дыша 25. Внешн   поверхность перемычки 35 вкладыша 25 выполнена цилиндрической и предназначена дл  взаимодействи  с внутренней плоской поверхностью полости 33 дополнительного рычага 23; Размеры П-образных сечений дополнительных рычагов 23 и вкладышей 25, Н-образного сечени  и радиуса перемычки 35 вкладышей 25, цилиндрических роликов 26, прорезей 38, сегментных срезов 39 и тороида 37 оправок 27 выбирают из условий обеспечени  качени  роликов 26 в оправке 27 и вкладьпие 25. Благодар  этому исключают возникновение сил трени  скольжени  в этих элементах и, следователь но, их вли ние на результат испытани , а также обеспечивают перемещение этих элементов и образцов 29 в пределах упругих деформаций дополнительных рычагов 23 (в пределах до 0,5 мм). Дополнительный рычаг 23 выполнен в виде упругого элемента с требуемым поперечным сечением с размещенными на нем тензосопротивлени ми 40,соединенными по мостовой схеме и подключенными к усилителю (не показан) и регулирующему прибору, например осциллографу (не показан), Узел трени  прозрачным кожухом 41, закрепленным на фланце 22 и предназначенным дл  размещени  рабочей среды (жидкой или пылевой). Между дополнительными рычагами 23 Зстановлен узел измерени  износа (не показан). Устройство снабжено узлами(не показа ны) измерени  числа отработанных циклов и числа циклов, соверпшемых штоком 18 в минуту, узлом (не показано ) измерени температуры контробразцов 29. Шкив 7 выполнен в виде сплошного маховика с размерами, обеспечивающими стабилизацию скоростей пере мещени , а ползун 12 выполнен в виде балки с двутавровым сечением дл  центровки по направл ющим подшипнипоказако ), включающее блок регулировани  ЭТ1Е2, задатчик скорости вращени , магнитный пускатель ПМЕ-21, тепловое реле кнопочной станции, лампочки индикации. Снабжение устройства дополнительным рычагом 23, вкладышем 25, цилиндрическим роликом 26 и оправкой 27 ( Фиг.2 и 3) обеспечивает пространственную самоустановку образцов - колодок 29 относительно поверхности втулки 19, а также перемещение подвижного звена, т.е. ролика 26, нагружаюЩей системы и образцов - колодок 29 в пределах (до 0,25 мм от-номинального положени  упругих деформаций упругого элемента - рычага 23. При этом ролик 26 перекатываетс  по соответствующим поверхност м оправки 27 и вкладьш а 25без скольжени . При весе штока 18 с втулкой 19 300 г, длине кривошипа 8 5 см, длине шатуна 14 10 см максимальное ускорение штока 18 с втулкой 19 и подвижного элемента - ролика 26 составл ет 1,49 Х10 см/с при числе оборотов кривошипа 8 об/мин. Момент инерции цилиндрического ролика 26, соответствующий i,8-l() кгс-см-с, обеспечиваетс  при его диаметре ,7 см, длине ,0 см и удельном весе материала У 0,0078 кгс/см, Тогда отношение силы инерции штока 18 с втулкой 19 к силе инерции подвиж - . ного звена - ролика 26 составит , что указывает на малоинерционность примыкающих к образцу 29 подвижньгх элементов .25, 26 и 27 и повышение достоверности результатов испытани  материалов при приближении условий испытани  материалов к эксплуатационным , характеризуемым нагрузкой до 1200 кг (на втулку19 и колодку 29), ходом штока 18 до 50 мм и скоростью вращени  кривошипа 8, соответствующей об/мин. Способ испытани  материалов на тре ние и износ осуществл етс  с помош;ью устройства следующим образом. Устанавливают втулку 19 на шток 1, а контробразцы - колодки 29 с помощью держателей 28 в оправках 27. После установки роликов 26 в прорез х 38 оправок 27 устанавливают вкладьш и 25 так, чтобы ролики 26 вошли в полости 34. После этого все в сборе прдж1даа17 привод т во вращение вал 6. Далее с помощью кривошипа 8, регулируемого эксцентрика 9, шатуна 14 и ползуна 12 сообщают возвратно-поступательНОР- перемещение штоку 18 и втулке 19. Контробразцы- колодки 29 из испытуемого материала прижимаютс  к ци-. линдрической поверхности втулки 19 с помощью пружины 24, дополнительных рычагов 23, оправок 27, цилиндрических роликов 26 и вкладышей 25, Благодар  роликам 26, перекатьюаюо1имс  в прорез х 38 оправок 27 и по поверхност м полости 34 вклДдышей 25, цилиндрической перемычке 35 вкладышей 25 и тороиду 37 оправок 27 колодки 29 имеют возможность пространственной (т.е, в трех плоскост х) Самоустановки по испытуемой поверхности втулки 19, Возникающа  между контробразцами 29 и втулкой 19 сила трени  увлекает контробразец 29 оправку 27 и далее через вилку 32 рычаг 23, перемеща  последний в пределах до 0,25 мм от номинального положени , тем самым изгиба  рычаг 2 ( т.е. упругий элемент), Возникающий сигнал разбалансировки мостовой схемы с тензосопротивлением 40 усилиБаетс , регистрируетс ,и по нему опрдел ют силу трени , В ходе испытаний регистрируют износ сопр жени  , температуру поверхностей контробразцов 29, число отработанных циклов и число циклов в минуту штока 18,

Пример, Ускорение на штоке с втулкой определ етс  формулой

40

coU

(со5Ц),+ - COS ),

kp

где 1 ко - длина кривошипа, см; А 1 .

/д „

кр .

. 1 jy - длина шатуна, см; Cf, - угол поворота в радианах;

.СО - углова  скорость кривошипа , 1 /с,

Инерционна  составл юща  штока с втулкой определ етс  по формуле -ma, где m - масса итока с втулкой При см, IDJ 10 см, m 300 г максимальные значени  а и Fj, имеют м(;сто при Ц, е равном О и IV. При п 1000 2000 и 3000 об/мин а 0,16 Oj6610, 1,49-10 см/с соответственнод 7„, 49,6, 198 и 446 кгс.

При максимальном числе оборотов кривошипа 3000 об/мин получим максимальные значени  ,4910 см/с и кгс.

Инерционна  составл юща  от качени  стального ролика, диаметром d 0,7 см, длиной ,0 см.

I е

d

ИН,

где I - момент инерции вращени  ролика;

- угловое ускорение; mр - масса ролика; а. - ускорение центра масс ролика ,

Т -L JL.iH 2A22Z§i3j,()

32

кгс см-с

б кгсс

Шр 3 -10

см

Счита  -т- (в пределах

упругих деформаций дополнительного рычага) получим

ин.р- Т2

,

, (Ы-12-1.-|.,0-.,.87.,0При об/мин получим F

ин. 46 кгс.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 в Способ испытани  материалов на трение и износ, заключающийс  в том, что цилиндрический образец материала устанавливают на шток, с помощью узла нагружени  с подвижным элементом прижимают к цилиндрической поверхности образца контробразцы, сообщают штоку с цилиндрическим образцом возвратнопоступательное движение и регистрируют с помощью упругого элемента узла измерени  силы трени  сопротивление перемещению штока с образцом и износ образца, отличающийс  тем, что, с целью приближени  условий испытани  к реальным услови м эксплуатации узлов трени  типа вал колодка , контробразцы размещают с возможностью пространственной самоустановки , перемещение подвижного элемента и контрОбразцов обеспечивают в пределах упругой деформации упругого элемента, момент инерции подвижного элемента выбирают пор дка не бол 10, а силу инерции штока - не мен чем на пор док больше силы инерции подвижного элемента.
2. 2. Устройство дл  испытани  матери лов на трение и износ, содержащее ко пус, закрепленную на нем плиту, уст новленньпЧ с возможностью возвратно-поступательного перемещени  перпендикул рно плите цилиндрический шток, предназначенный дл  размещени  цилиндрического образца, диаметрально расположенные относительно штока держатели контрОбразцов установленную в корпусе ось с двум  рычагами, взаимодействующие с ними соответственно узел нагружени  с подвижным элементом и узел измерени  силы трени  с упругим элементом,.привод перемещени  штока с валом и шатуном, отличающеес  тем, что ось установлена перпендикул рно плит . 0010 с возможностью вращени , рычаги-закреплены на одном из концов оси, устройство снабжено закрепленной на плите со стороны рычагов стойкой, на которой установлен параллельно ппите вал привода, установленными на стойке четырьм  пальцами с направл ющими подршпниками качени , установленными в последних ползуном, шарнирно соединенным с шатуном и штоком, закрепленным на плите со стороны корпу са фланцем с отверсти ми соответственно под ось и шток, закрепленными на другом конце оси в одиой плоскости с первыми рычагами двум  дополнительными рычагами с прорезьюи полостью на каждом из их свободных концов , установленными в полост х сбответствующими вкладышами, оправками с тороидальными средними част ми, предназначенными дл  взаимодействи  с прорез ми дополнительных рычагов, и размещенныьги между вкладьшами и оправками цилиндрическими роликами.

   25 26 28 jg fg 29 31

   29 38 39 36 Фиг.