Устройство для испытания на трение

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и чувствительности устройства для испытания и измерения коэффициента трения двух образцов, установленных один на другой. Это устройство содержит станину и размещенное на ней основание со средствами изменения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины, которые выполнены в виде электродвигателя, плоской гайки и двух шарниров, один из которых закреплен на станине, а второй - на плоской гайке. На основании размещают пару испытуемых образцов и определяют угол наклона основания относительно станины в момент начала соскальзывания одного образца по поверхности другого. Для этого используют электрические средства измерения и индикации, содержащие два постоянных магнита и взаимодействующие с ними магнитоуправляемые интегральные логические микросхемы, а также хотя бы два светодиода, в цепь питания каждого из которых включена соответствующая микросхема. 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=arctgμ_o равен тому наименьшему значению углу 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 в нем держатель контробразца, узел нагружения, взаимодействующий с держателем образца, и узел регистрации коэффициента трения [1] Недостатком является невысокая точность измерения при большой податливоcти контактирующих элементов, когда удельные силы трения невелики и точность фиксации начала депланационного сдвига значительно снижается.

Наиболее близким к изобретению является устройство 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, которое предназначено для размещения на нем испытуемых образцов, а также средство измерения и индикации этого угла наклона [2] Недостатками известного устройства являются низкая точность изменения и низкая чувствительность из-за неточного определения момента начала перемещения испытуемых образцов по плоскости их касания. Недостатком также является неудовлетворительная 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.

Это 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, которое предназначено для размещения на нем испытуемых образцов, а также средство измерения и индикации этого угла наклона, снабжено тремя микрометрическими винтами, двумя постоянными магнитоуправляемыми интегральными логическими микросхемами, два микрометрических винта установлены на станине, а третий на основании, средства измерения и фиксации угла наклона основания выполнены в виде электродвигателя, плоской гайки и двух шарниров, один из которых закреплен на станине, а второй на плоской гайке, установленной с возможностью поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины, средство измерения и индикации этого угла выполнено в виде штанги, один конец которой оперт в поверхность плоской гайки, и закрепленного на другом ее конце индикатора, хотя бы двух светодиодов, стандартных логических элементов и реле для управления отключением электродвигателя, на первом микрометрическом винте установлена плоская гайка, на втором установлены первая микросхема с возможностью ее поступательного перемещения параллельно поверхности основания, первый магнит предназначен для закрепления на испытуемом образце соосно с первой микросхемой, на третьем микрометрическом винте установлен второй магнит с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины, вторая микросхема закреплена соосно второму магниту на основании, причем каждая из микросхем включена в цепь питания соответствующей микросхемы.

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

Оно содержит станину 28 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 микросхемами. Два микрометрических винта 5 и 19 размещены на станине 28. Другой 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 4 имеется планка 15 с установленной первой микросхемой 16 таким образом, чтобы при вращении винта 14 микросхема 16 имела возможность поступательного перемещения вдоль основания в плоскости, параллельной плоскости основания 1.

Первый магнит 26 предназначен для закрепления на испытуемом образце 27 соосно с первой микросхемой 16. На третьем микрометрическом винте 19 установлен второй магнит 17 с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины 34. Вторая микросхемой 18 закреплена соосно второму магниту 17 внизу на основании 1. Средство индикации угла наклона основания выполнено в виде по крайней мере двух светодиодов 21, в цепь питания каждого из которых включена соответствующая микросхема. Микросхемы соединены проводами также с блоком 22 управления, который содержит реле, управляющие автоматическим отключением электродвигателя 6 при срабатывании микросхем 16 и 18.

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 микросхема 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 2 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 микросхема 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 вторую микросхему 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 микросхему 16 к магниту 26 до тех пор, пока не произойдет ее срабатывание, ведущее к включению второго из светодиодов 21. Далее, вращая винт 14 в другую (обратную) сторону, юстировкой задают такое относительное положение микросхемы 16 и магнита 26, чтобы в самом начале малейшего изменения этого положения в сторону увеличения расстояние между ними срабатывала микросхема 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 микросхема 16 и одновременно происходит 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 1 первоначального положения, т. е. горизонтальной плоскости микросхема 18 попадает в поле магнита 17, что приводит к ее срабатыванию, 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, так как начало скольжения фиксируется не позже, чем через 200 микросекунд, а точность подъема основания до 0,005 мм.

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

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ двух установленных друг на друге образцов, содержащее станину, размещенное на ней основание со средствами изменения и фиксации его угла наклона относительно плоскости станины, которое предназначено для размещения на нем испытуемых образцов, а также средство 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 магнитоуправляемыми интегральными логическими микросхемами, два микрометрических винта установлены на станине, а третий - на основании, средства измерения и фиксации угла наклона основания выполнены в виде электродвигателя, плоской гайки, установленной с возможностью поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины, и двух шарниров, один из которых закреплен на станине, а второй - на плоской гайке, средство измерения и индикации этого угла выполнено в виде штанги, один конец которой оперт на плоскую гайку, и закрепленного на другом ее конце индикатора, хотя бы двух светодиодов, логических элементов и реле для управления отключением электродвигателя, на первом микрометрическом винте установлена плоская гайка, на втором - первая микросхема с возможностью ее поступательного перемещения параллельно поверхности основания, первый магнит предназначен для закрепления на испытуемом образце соосно с первой микросхемой, на третьем микрометрическом винте установлен второй магнит с возможностью его поступательного перемещения перпендикулярно плоскости станины, вторая микросхема закреплена соосно с вторым магнитом на основании, а каждая из микросхем включена в цепь питания соответствующего светодиода.

РИСУНКИ

Рисунок 1