Устройство для определения маслянистости смазочных материалов

 

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к устройствам для испытания смазочных масел. Устройство содержит тенсиометр со шкалой усилия, платформой, коромыслом с весовым механизмом. Под платформой установлен регулируемый нагреватель. В верхней части платформы крепится ступенчатая опорная шайба с контртелом, диаметр последнего равен меньшему диаметру опорной шайбы, которые по этому диаметру фиксируются кольцом. Ступенчатая шайба изготавливается из материалов реальных пар трения. Контртело имеет размер среднестатистического пятна контакта реальной пары трения. Фиксирующее кольцо предотвращает сдвиг контактирующих поверхностей твердых тел под действием тангенциальных сил при определении усилия разрыва масляной пленки под действием нормальной нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к устройствам для испытания смазочных масел.

Для определения смазывающих свойств смазочных материалов используются четырехшариковая машина трения (ГОСТ 9490-88 Масла смазочные. Метод определения смазывающих свойств на четырехшариковой машине). Основу узла трения составляют три стальных шарика от шарикоподшипника, закрепленные в горизонтальной плоскости в чашке, служащей одновременно резервуаром для испытуемого масла. В углубление, образованное этими тремя шариками, помещен четвертый шарик, установленный во вращающемся патроне. Нагрузку на трущиеся шарики задают, поджимая чашку к верхнему шарику с помощью нагрузочного рычага или спиральной пружины. Установка чашки на упорном подшипнике позволяет ей свободно вращаться под воздействием сил трения. Закрепляя на чашке конец калиброванной пружины в процессе испытаний замеряется изменение коэффициента трения.

Недостатком данного устройства является то, что контакт между шариками происходит по точке и определяется стойкость масла на раздавливание, а обычно контакт происходит по какой-то плоскости.

Известна машина трения Тимкена (ASTM D 2782 77) основу которой составляют кольцо диаметром 47,6 мм, вращающееся под нагрузкой по неподвижному бруску размером 12,7 · 12,7 · 19 мм. Обе детали выполнены из стали и закалены до твердости 60 - 62 по Роквеллу.

Кольцо своей внутренней поверхностью, выполненной на конус, крепится на горизонтальном шпинделе на другом конце которого установлен приводной шкив. Брусок закреплен неподвижно под кольцом в специальном держателе. Последний связан с системой из двух рычагов, из которых верхний является нагрузочным, а нижний - удерживающим. Нагрузочный рычаг опирается на трехгранную призму, установленную на нижнем рычаге. Последний также опирается на призму и на одном конце несет нагрузку, тогда как другой связан с ограничителем. На нижнем рычаге смонтирован арретир, передвижение которого вдоль рычага позволяет устанавливать точную нагрузку. С помощью описанного устройства брусок в процессе испытаний удерживается в одном и том же положении относительно вращающегося кольца, а нагрузка сохраняется постоянной.

Непосредственно над картером, несущим шпиндель, установлен масляный бачок (емкостью 2,5 л), снабженный нагревателем, позволяющим поддерживать температуру масла до 120^oC. Во время испытания масло из бачка обтекает пару трения и собирается в приемнике, установленном в нижней части машины трения. Из приемника масло насосом, работающим от шпинделя, перекачивается обратно в бачок.

Недостатком машины трения Тимкена является то, что определяется стойкость масла на раздавливание и контакт осуществляется по линии, который в реальных машинах практически не существует.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству относится устройство для определения поверхностного натяжения синтетических и натуральных латексов (ГОСТ 20216-93 соответствующий международному стандарту МС 1409-74. Латексы. Методы определения поверхностного натяжения). Данный стандарт устанавливает методы определения поверхностного натяжения латексов. Сущность метода заключается в измерении силы, необходимой для отрыва кольца тенсиометра от поверхности раздела латекс-воздух при температуре (25 ± 2)^oC. При этом используется устройство, состоящее из тенсиометра с регулируемой платформой и шкалой усилия, коромысла с весовым механизмом, платиноиридиевого кольца диаметром 20, 40, 60 мм и стеклянной чашки.

Недостатком данного устройства является то, что с его помощью определяется усилие отрыва от поверхности раздела латекс-воздух. Устройство позволяет осуществлять определение только при стандартной температуре +25^oC. Использование в качестве рабочего элемента платиноиридиевого кольца экономически не оправдано и не коррелирует с реальными парами трения в механизмах.

Задачей данного изобретения является определение маслянистости смазочных материалов в диапазоне температур реальной эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что устройство содержащее тенсиометр со шкалой усиления, платформу, коромысло с весовым механизмом, при этом под платформой установлен регулируемый нагреватель, а в верхней части платформы крепится ступенчатая опорная шайба с контртелом, диаметр последнего равен меньшему диаметру ступенчатой опорной шайбы, которые по этому диаметру фиксируются кольцом.

Новые существенные признаки: 1. Под платформой установлен регулируемый нагреватель.

2. В верхней части платформы крепится ступенчатая опорная шайба с контртелом.

3. Диаметр контртела равен меньшему диаметру опорной шайбы.

4. Ступенчатая опорная шайба и контртело фиксируются кольцом.

5. Шкала перемещения.

Перечисленные новые существенные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

При реализации устройства вышеперечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат, заключающийся в том, что определяется способность смазочных материалов оказывать сопротивление разрыву их под действием нормальной нагрузки. Ступенчатая опорная шайба является одной частью пары твердых тел, имитирующих пару трения, причем она может быть выполнена из любого конструкционного материала исследуемой реальной пары трения, например зубчатого зацепления. Ступенчатая опорная шайба подогревается нагревателем, находящимся под платформой до любой температуры, при которой может работать исследуемая реальная пара трения. Наличие системы автоматического регулирования позволяет создавать и контролировать необходимые температурные условия испытания исследуемых пар трения.

Контртело является другой частью пары трущихся тел, имитирующих пару трения, причем оно может быть выполнено как из того же материала, что и ступенчатая опорная шайба, так и из другого материала в соответствии с исследуемой парой трения. Контртело выполнено в размерах, равных среднестатическому размеру пятна контакта конкретного используемого зубчатого зацепления и равно меньшему диаметру опорной шайбы.

Фиксирующее кольцо предотвращает сдвиг контактирующих поверхностей твердых тел под действием тангенциальных сил при определении сопротивления разрыву масляной пленки.

Шкала перемещений позволяет определить толщину масляной пленки между контактируемыми поверхностями при определении усилия разрыва масляной пленки.

Устройство для определения маслянистости смазочных материалов, представленное на фиг. 1, состоит из тенсиометра 1, платформы 2, причем платформа 2 находится в тепловой камере 3, внутри которого имеется нагреватель 4 с системой 5 автоматического регулирования и контроля посредством термопары 6 температуры ступенчатой опорной шайбы 7, установленной на платформу 2. Ступенчатая опорная шайба 7 имеет контактирующую поверхность 8, равную среднестатическому пятну контакта исследуемой зубчатой пары и ограниченную фиксирующим кольцом 9. На ступенчатую опорную шайбу 7 свободно ложится контртело 10, имеющее контактирующую поверхность 11, аналогичную контактирующей поверхности 8 ступенчатой опорной шайбы 7. Контртело 10 соединено жесткой связью 12 с тенсиометром 1, имеющим шкалу усилий 15 и шкалу перемещений 16, а тенсиометр 1 через коромысло 13 с весовым механизмом 14. Ступенчатая опорная шайба 7 и контртело 10 изготавливаются из материала, аналогичного материалу исследуемых па зубчатого зацепления, а чистота обработки контактируемых поверхностей 8 и 11 соответствует чистоте обработки поверхностей контактируемых пар реального зубчатого зацепления. Площадь контактных поверхностей ступенчатой опорной шайбы 7 и контртела 10 равна среднестатическому пятну контакта зубчатого зацепления при его работе в конкретном механизме.

Устройство работает следующим образом; на контактную поверхность 8 ступенчатой опорной шайбы 7 наносят испытуемый смазочный материал и устанавливают фиксирующее кольцо 9. Контртело 10 контактирующей поверхностью 11 устанавливают на ступенчатую опорную шайбу 7. Причем, контртелом 10 можно имитировать нагрузку на сопрягаемую пару, увеличивая усилие прижатия контактируемых поверхностей 8 и 11. Далее контртело 10 посредством жесткой связи 12 через коромысло 13 связывается с весовым механизмом 14.

При исследовании маслянистости смазочных материалов для определения усилия разрыва масляной пленки между сопряженными контактируемыми поверхностями 8 и 11 включается прибор и прогревается тепловая камера 3 вместе с платформой 2 и ступенчатую опорной шайбой 7 до заданной температуры испытаний. Затем на весовом механизме создается бесступенчатая нагрузка, которая передается через жесткую связь 12 контртелу 10, перемещая его строго вертикально вверх благодаря фиксирующему кольцу 9. В момент отрыва контактируемых поверхностей 11 контртела 10 от контактной поверхности 8 ступенчатой опорной шайбы 7, по шкале усилия 15 фиксируется величина усилия разрыва масляной пленки, а по шкале перемещения 16 величина перемещения.

Усилие разрыва масляной пленки зависит от маслянистости смазочного материала.

Пример конкретного выполнения. Для исследования маслянистости регенерируемого масла марки ТМ-3-18 с целью использования его в КПП трактора К-701М были изготовлены ступенчатая опорная шайба и контртело из материала шестерен КПП К-701М марки СТ20ХГНР ГОСТ 4543-71. Площадь контактируемых поверхностей ступенчатой опорной шайбы и контртела равна 452 мм² (т.е. диаметр 24 мм), что соответствует среднестатической площади пятна контакта зубчатого зацепления КПП К-701М. На ступенчатую опорную шайбу 7, наносится 1 г испытуемого масла, прижимается контактируемой поверхностью 11 контртела 10. В тепловой камере 3 устанавливается температура нагрева 20^oC посредством нагревателя 4 с системой 5 автоматического регулирования и контроля посредством термопары 6. При установившейся температуре нагрузочным механизмом 14 нагружается до тех пор пока не произойдет отрыв контртела 10 относительно ступенчатой опорной шайбы 7, при этом величина нагрузки по шкале усилия 15 тенсиометра 1, составляет 195 г, а перемещение контртела 10 относительно ступенчатой опорной шайбы 7 по шкале перемещения 16 равняется 0,01 мм. Данный опыт повторяется 5 раз. Аналогичные испытания проводятся при температуре 20, 40, 60, 80 и 100^oC.

Из таблиц N 1 и 2 видно, что масло ТМ-3-18 при низких температурах имеет большее значение маслянистости в сравнении с маслом И-20А и, как следствие, меньший износ роликов на машине трения МИ-1 при температуре испытуемого масла 40^oC. Следовательно, данное устройство позволяет предварительно оценивать маслянистость масел без использования более сложных и дорогих устройств.

Формула изобретения

1. Устройство для определения маслянистости смазочных материалов, содержащее тенсиометр с шкалой усилия, платформу, коромысло с весовым механизмом, отличающееся тем, что под платформой установлен регулируемый нагреватель, а в верхней части платформы крепится ступенчатая опорная шайба с контр-телом, диаметр последнего равен меньшему диаметру ступенчатой опорной шайбы, которые по этому диаметру фиксируются кольцом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ступенчатая опорная шайба изготавливается из материалов реальных пар трения, контр-тело имеет размер среднестатического пятна контакта реальной пары трения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2