Устройство для испытания на трение двух установленных один на другом образцов

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышения точности и чувствительности измерений коэффициента трения двух образцов за счет более точного определения угла наклона этих образцов в момент начала соскальзывания одного из них по поверхности другого. Устройство для испытания на трение двух образцов содержит станину и размещенное на ней основание со средствами изменения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины. На этом основании размещают пару испытуемых образцов и определяют его угол наклона относительно станины с помощью электрических средств измерения и индикации, содержащих два постоянных магнита и взаимодействующих с ними двух герконов, а также хотя бы два светодиода, в цепь питания которых включен соответствующий геркон. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для испытания материалов на трение и, в частности, может быть использовано для измерения коэффициента трения между различными материалами, а также для подбора эффективных смазок.

Известно, что коэффициент трения определяют на основе экспериментальных данных, полученных для случаев, сходных с рассматриваемой задачей. Часто вместо коэффициента трения μ пользуются углом трения ϕ, связанным с μ соотношением μ = = tgϕ.

Угол ϕ_o = arctg μ равен тому наименьшему значению угла наклона плоскости к горизонту, при котором лежащее на ней тело начинает скользить вниз под действием собственного веса. Если одно тело удерживается на наклонной плоскости лишь силой трения, то предельный угол наклона равен предельному углу трения.

Известно устройство для определения статического коэффициента трения, содержащее основание, размещенный на нем держатель контробразца, узел нагружения, взаимодействующий с держателем образца и узел регистрации коэффициента трения [1].

Недостатком является невысокая точность измерения при большой податливости контактирующих элементов, когда удельные силы трения невелики и точность фиксации начала депланационного сдвига значительно снижается.

Наиболее близким к данному устройству является известное устройство (2) для испытания на трение двух установленных один на другом образцов, содержащее станину, размещенное на ней основание со средствами измерения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины, предназначенное для размещения на нем испытуемых образцов, а также средства измерения и индикации этого угла наклона.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения и низкая чувствительность из-за неточного определения момента начала перемещения испытуемых образцов по плоскости их касания. Недостатком также является недостаточная совместимость этого устройства с современными автоматизированными системами накопления и передачи измеренных данных и сигналов.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений за счет определения угла наклона в момент начала соскальзывания одного образца по поверхности другого.

Цель достигается за счет того, что устройство для испытаний на трение двух установленных один на другом образцов, содержащее станину, размещенное на ней основание со средствами измерения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины, предназначенное для размещения на нем испытуемых образцов, а также средства измерения и индикации этого угла наклона, снабжено тремя микрометрическими винтами, двумя постоянными магнитами и двумя герконами, два микрометрических винта размещены на станине, а третий - на основании, первый микрометрический винт взаимодействует со средствами изменения и фиксации наклона основания и со средствами измерения и индикации этого угла, на втором микрометрическом винте установлен первый геркон с возможностью его поступательного перемещения в плоскости, параллельный плоскости основания, первый магнит предназначен для закрепления на испытуемом образце соосно с первым герконом, на третьем микрометрическом винте установлен второй магнит с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины, второй геркон закреплен соосно второму магниту на основании, а средство индикации угла наклона основания выполнено в виде, по крайней мере, двух светодиодов, в цепь питания каждого из которых включен соответствующий геркон.

На чертеже представлена схема устройства для испытаний на трение двух установленных один на другом образцов.

Оно содержит станину 34 и размещенное на ней основание 1 со средствами измерения и фиксации его угла наклона относительно горизонтальной плоскости станины. Это основание 1 опирается на два шарнира 2 и 3. Шарнир 2 закреплен неподвижно на станине 34. Второй шарнир 3 размещен на плоской гайке 4, имеющей возможность поступательного перемещения по вертикали при вращении микрометрического винта 5 посредством электродвигателя 6 через редуктор 7 или вручную с помощью штурвала 8. Величина хода гайки 4 фиксируется закрепленным неподвижно на стойке 10 индикатором 11. Подвижная измерительная штанга 12 индикатора опирается на гайку 4. Штырь 9 служит для предохранения от проворота гайки 4 при вращении винта 5. Устройство снабжено тремя микрометрическими винтами, двумя постоянными магнитами и двумя герконами. Два микрометрических винта 5 и 19 размещены на станине 34. Второй микрометрический винт 14 - на основании 1. На верхней поверхности основания выполнена стойка 13 в которой может вращаться микрометрический винт 14. На конце второго микрометрического винта 14 имеется планка 15 с установленным первым герконом 16. Таким образом, чтобы при вращении винта 14, геркон 16 имел возможность поступательного перемещения вдоль основания в плоскости, параллельной плоскости основания 1.

Первый магнит 26 предназначен для закрепления на испытуемом образце 27 соосно с первым герконом 16. На третьем микрометрическом винте 19 установлен второй магнит 17 с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины 34. Второй геркон 18 закреплен соосно второму магниту 17 снизу на основании 1. Средство индикации угла наклона основания выполнено в виде, по крайней мере, двух светодиодов 21, в цепь питания каждого из которых включен соответствующий геркон. Герконы соединены проводами также с блоком 22 управления, который содержит реле, управляющие автоматическим отключением электродвигателя 6 при срабатывании герконов 16 и 17.

На основании 1 размещают испытуемый образец 24, который можно закреплять на основании с помощью специальных средств (например, струбциной 23). На образце 24 устанавливают второй образец 27 с постоянным магнитом 26. Если образец 27 немагнитный, то магнит 26 можно закреплять на нем с помощью специального приспособления 25 (например, планки) таким образом, чтобы магнит 26 и геркон 16 были на одной горизонтальной оси. Для регулировки и контроля точности установки опоры 1 в горизонтальной плоскости устройство снабжается уровнем 20. Кроме того, при необходимости исследования коэффициента трения при нагреве до высоких температур, устройство может быть дополнительно снабжено теплоэлектронагревателями, термопарами и регулятором температуры нагрева, обеспечивающим нагрев и поддержание температуры исследуемых образцов в заданном интервале.

Устройство для испытаний на трение двух установленных один на другом образцов работает следующим образом.

На основании 1 закрепляют с помощью струбцины 23 один из исследуемых образцов 24. Сверху на основание устанавливают уровень 20. На втором исследуемом образце 27 закрепляют планку 25 с постоянным магнитом 26 и устанавливают образец 27 на верх второго исследуемого образца 24 таким образом, чтобы магнит 26 и геркон 16 были приблизительно на одной горизонтальной оси. Перемещая винт 5 посредством штурвала 8 и уровня 20 устанавливают основание 1 в "нулевое" горизонтальное положение. Шкалу индикатора 11 устанавливают на начало отсчета в нулевое положение. Вращая микрометрический винт 19 устанавливают второй геркон 18 и второй магнит 17 в такое взаимное положение, чтобы при малейшем изменении расстояния между ними в сторону уменьшения загорался бы один из светодиодов 21 и блок управления 22 автоматически отключал вращение электродвигателя 6, когда основание занимает исходное "нулевое" горизонтальное положение. При помощи микрометрического винта 14, вращая его, приближают геркон 16 к магниту 26 до тех пор, пока не произойдет срабатывание геркона 16, ведущее к включению второго из светодиодов 21. Далее, вращая винт 14 в другую (обратную) сторону, юстировкой достигают такое относительное положение геркона 16 и магнита 26, чтобы в самом начале малейшего изменения этого положения в сторону увеличения расстояния между ними срабатывал геркон 16 и включался указанный выше светодиод 21, а блок управления 22 одновременно отключал электродвигатель 6. После этого вручную или посредством электродвигателя 6 вращают микрометрический винт 5. При этом плоская гайка 4 перемещается поступательно вверх, а основание 1 наклоняется. Одновременно с гайкой 4 поднимается штанга 12 индикатора 11 и на шкале индикатора фиксируется величина подъема гайки 4. В тот момент, когда на контактной поверхности испытуемых образцов 24 и 27 начнется смещение, т. е. в начальный момент изменения их относительного положения, изменяется магнитное поле (или его конфигурация), образованное постоянным магнитом 26. В результате этого срабатывает геркон 16 и одновременно произойдет загорание светодиода 21. Одновременно блок управления 22 отключает электродвигатель 6 и наклон основания 1 автоматически прекращается (если микрометрический винт 5 вращают вручную с помощью штурвала 8, то наклон основания 1 и вращение винта 5 прекращают в момент срабатывания светодиода 21, т.е. при получении сигнала индикации начала относительного скольжения между образцами). На шкале индикатора 11 фиксируется величина подъема Δ h основания 1 в вертикальной плоскости. Поскольку расстояние l между шарнирами 2 и 3 известно и постоянно, то угол трения, а следовательно и коэффициент трения между испытуемыми образцами определяют из выражения μ = tg(arcsin Δ h/l).

После этого винт 5 вращают в обратном направлении вручную или посредством электродвигателя 6. При достижении основанием первоначального положения, т. е. горизонтальной плоскости, геркон 18 попадает в поле магнита 17, что приводит к срабатыванию геркона 18, подаче сигнала светодиодом 21 и автоматической остановке электродвигателя 6. В результате этого устройство устанавливается в первоначальное исходное положение и готово к проведению последующих измерений.

Данное устройство обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения за счет точной фиксации угла наклона в момент начала относительного смещения установленных один на другом образцов. Особенно точность повышается при малых углах наклона при подборе и испытании различных смазок, т. к. начало скольжения фиксируется не позже, чем через 20 мкс, а точность подъема основания до 0,005 мм.

Шкалу индикатора модно оттарировать непосредственно в единицах коэффициента трения. В случае необходимости, показание индикатора можно преобразовать известными способами в нормализованный электрический сигнал, что позволяет легко совместить данное устройство с автоматизированной системой накопления и передачи сигналов в ЭВМ.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ ДВУХ УСТАНОВЛЕННЫХ ОДИН НА ДРУГОМ ОБРАЗЦОВ, содержащее станину, размещенное на ней основание со средствами изменения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины, предназначенное для размещения на нем испытуемых образцов, а также средства измерения и индикации этого угла наклона, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений за счет определения угла наклона в момент начала соскальзывания одного образца по поверхности другого, оно снабжено тремя микрометрическими винтами, двумя постоянными магнитами и двумя герконами, два микрометрических винта размещены на станине, а третий - на основании, первый микрометрический винт взаимодействует со средствами изменения и фиксации угла наклона основания и со средствами измерения и индикации этого угла, на втором микрометрическом винте установлен первый геркон с возможностью его поступательного перемещения в плоскости, параллельной плоскости основания, первый магнит предназначен для закрепления на испытуемом образце соосно с первым герконом, на третьем микрометрическом винте установлен второй магнит с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно к плоскости станины, второй геркон закреплен соосно с вторым магнитом на основании, а средство индикации угла наклона основания выполнено в виде по крайней мере двух светодиодов, в цепь питания каждого из которых включен соответствующий геркон.

РИСУНКИ

Рисунок 1