Устройство для исследования износа трущихся поверхностей



Устройство для исследования износа трущихся поверхностей
Устройство для исследования износа трущихся поверхностей
Устройство для исследования износа трущихся поверхностей
Устройство для исследования износа трущихся поверхностей
Устройство для исследования износа трущихся поверхностей

 


Владельцы патента RU 2548060:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к измерительным устройствам, и может быть использовано не только для исследования свойств материалов, но и точности исследования износа трущихся поверхностей. Устройство содержит оптическую схему, включающую световод, осветительную систему со светодиодом, регистрирующую систему, состоящую из линзы и фотоприемника, связанные с блоком питания и управления через электронную систему, состоящую из усилителя и микропроцессора, связанные с индикатором и интерфейсом ЭВМ, и выполненную на валу лунку износа, выполняющую функцию базового участка. Устройство дополнительно содержит второй световод. Один световод, неподвижный, установлен во втулке, а другой, подвижный, установлен в валу. Оба световода предназначены для исследования износа лунки, выполненной на внутренней поверхности втулки, и износа лунок и базового участка на внешней поверхности вала, а для превращения отраженного светового потока в электрический сигнал они связаны через осветительную и регистрирующую системы оптической схемы с электронной системой и через блок питания и управления, выполняющий функцию управления режимом работы импульсного светодиода с перестраиваемой длиной волны осветительной системы. Осветительная система дополнительно снабжена линзой, регистрирующая система - светофильтром и линзой, и обе системы дополнительно снабжены установленным в них светоделителем. Технический результат: расширение возможностей, повышение точности исследования износа трущихся поверхностей и сокращение времени исследования. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Разработанное устройство по предложенному изобретению относится к области машиностроения, в частности к измерительным устройствам, и может быть использовано не только для исследования свойств материалов, но и точности исследования износа трущихся поверхностей.

Из уровня техники известны устройства для определения износа трущихся поверхностей, основанные на регистрации изменения микрогеометрии и профиля трущихся поверхностей (Методы испытаний на трение и износ: Справочн. изд. / Л.И. Куксенова, В.Г. Лаптева, А.Г. Колмаков, Л.М. Рыбакова. - М.: «Интермет Инжиниринг». 2001 г. - С. 152).

Недостатком этих устройств является необходимость разборки узла трения, что увеличивает время исследования.

Также известно устройство по патенту (RU 2239172, опубл. 21.10.2004), относящееся к определению технического состояния двигателей, машин и механизмов по характеристикам металлических частиц износа, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях, при этом предварительно подготовленную пробу вводят в спектральный источник света и регистрируют оптические сигналы излучения.

Недостатком этого устройств является то, что определение свойств частиц износа производится в предварительно подготовленной пробе, удаленной из области износа, что увеличивает время определения.

Также известно устройство по патенту (ЕР 0863380, опубл. 02.05.2003), в котором контроль шероховатости и микрогеометрии поверхности в различных процессах обработки проводится путем детектирования интенсивности отраженного от поверхности света с помощью волоконно-оптического зонда.

Недостатком этого изобретения является отсутствие контроля среды, например смазочного масла или охлаждающей жидкости, находящихся между датчиком и измеряемой поверхностью, свойства которых влияют на точность определения износа по измерению шероховатости трущихся поверхностей.

Известно устройство, наиболее близкое к предлагаемому изобретению, которое принято нами за прототип (RU 2089880, опубл. 10.09.1997), содержащее блок питания, индикатор, осветитель, оптическую увеличивающую линзу, фотоприемник и оптико-волоконный световод, которое измеряет износ по методу искусственных баз с помощью замера вырезанной на контролируемой поверхности лунки.

Недостатком данного устройства является невозможность определения износа обоих трущихся поверхностей в соединении типа «вал-втулка».

Задачей изобретения является расширение возможностей, повышение точности исследования износа трущихся поверхностей и сокращение времени исследования.

Сущность предложенного изобретения состоит в том, что устройство для исследования износа трущихся поверхностей содержит оптическую схему, включающую световод, осветительную систему со светодиодом, регистрирующую систему, состоящую из линзы и фотоприемника, связанные с блоком питания и управления через электронную систему, состоящую из усилителя и микропроцессора, связанные с индикатором и интерфейсом ЭВМ, и выполненную на валу лунку, выполняющую функцию базового участка, отличие согласно изобретению состоит в том, что дополнительно содержит второй световод, причем один световод, неподвижный, установлен во втулке, а другой, подвижный, установлен в валу, причем оба световода предназначены для исследования износа лунки, выполненной на внутренней поверхности втулки, и износа лунок и базового участка на внешней поверхности вала, а для превращения отраженного светового потока в электрический сигнал они связаны через осветительную и регистрирующую системы оптической схемы с электронной системой и через блок питания и управления, выполняющий функцию управления режимом работы импульсного светодиода с перестраиваемой длиной волны осветительной системы, при этом осветительная система дополнительно снабжена линзой, регистрирующая система - светофильтром и линзой и обе системы дополнительно снабжены установленным в них светоделителем.

Отличия также состоят еще и в том, что:

- подвижный световод установлен под наклоном к оси, связан одним торцом с неподвижным световодом и размещен с ним в одной радиальной плоскости, а другим торцом с поверхностью лунки износа, выполненной на внутренней поверхности втулки для измерения износа ее размера, и размещен в другой радиальной плоскости, совпадающей с лункой износа;

- подвижный световод установлен под наклоном к оси и связан одним торцом с неподвижным световодом, а другим торцом с внутренней поверхностью пружинного уплотнительного кольца, установленного в пазу, выполненном на валу для измерения износа наружной поверхности кольца при возвратно-поступательном движении вала;

- подвижный и неподвижный световоды, лунка, базовый участок на валу и лунка на втулке при возвратно-поступательном движении вала размещены в одной осевой плоскости для исследования износа трущихся поверхностей.

Технический результат выполняется тем, что два последовательно размещенных подвижный и неподвижный световода, связанных с импульсным светодиодом с перестраиваемой длиной волны излучения, соединенным с блоком питания и управления, позволяют при движении вала последовательно во времени облучать лунку износа и базовый отражающий участок на подвижной поверхности втулки, лунку износа на неподвижной поверхности вала, непосредственно подвижную поверхность вала, внутреннюю базовую и наружную поверхность уплотнительного кольца, регистрировать фотоприемником отраженный световой поток в виде электрического сигнала, преобразуемого с помощью усилителя и подаваемого в микропроцессор, в котором обрабатывается и в цифровом виде отображается на индикаторе и направляется через интерфейс на ЭВМ, что расширяет возможности путем независимого определения износа обеих трущихся поверхностей и пружинного уплотнительного кольца, сравнения микрогеометрии движущейся поверхности износа с базовым участком, определения изменения свойств масла, находящегося в области износа, позволяющего учесть влияние этого изменения на отраженный от лунок и изнашиваемой поверхности световой поток, что повышает точность определения износа, а совмещение измерения износа обеих трущихся поверхностей и свойств масла непосредственно во время процесса износа без остановки и разборки устройства сокращает время проведения исследования.

Устройство для исследования износа трущихся поверхностей при движении подвижной части состоит из неподвижного световода 1 (фиг. 1), который установлен во втулке 2 (неподвижная часть устройства), и подвижного световода 3, установленного в валу 4 (подвижная часть устройства), причем неподвижный и подвижный световоды 1 и 3 через слои смазочного масла 5 и 6 связаны с лункой износа 7, выполненной на внутренней (изнашиваемой) части втулки 2, при вращении вала 4 (фиг. 2), неподвижный световод 1, расположенный в одном радиальной плоскости движения, последовательно через слой смазочного масла 5 связан с наружной (изнашиваемой) поверхностью вала 4, на котором выполнены: лунка износа 8 и базовый участок 9, который с одной стороны является контрольным и выполнен с такой же микрогеометрией и шероховатостью, как и наружная поверхность вала 4, но ниже уровня износа поверхности вала 4, а с другой стороны является отражательным (зеркальным), при этом подвижный световод 3 для исследования износа может быть установлен и под наклоном к оси вращения (фиг. 3), а при возвратно-поступательном движении вала 4 (фиг. 4) неподвижный световод 1, подвижный световод 3, лунка износа 8 и базовый участок 9 размещены в одной осевой плоскости, причем подвижный световод 3, который может быть установлен и под наклоном к оси (фиг. 5), связан одним торцом с неподвижным световодом 1, а другим торцом с внутренней поверхностью пружинного уплотнительного кольца 10, установленного в пазу, выполненном на валу 4.

Для освещения исследуемой части трущихся поверхностей, неподвижный световод 1 связан с оптической схемой, состоящей из: осветительной системы, включающей импульсный светодиод 11 с перестраиваемой длиной волны излучения, две линзы 12 и светоделитель 13, а отраженный световой поток от лунок износа 7, 8, базового участка 9 и внутренней поверхности уплотнительного кольца 10 наружной поверхности вала 4, когда торцы неподвижного 1 и подвижного 3 световодов совпадают с внешней поверхностью пружинного уплотнительного кольца 10, и через неподвижный световод 1 поступает в регистрирующую систему оптической схемы, включающую линзу 12, светоделитель 13, светофильтр 14 и линзу 15.

Для регистрации и обработки отраженный световой поток поступает в электронную часть функциональной схемы, включающей фотоприемник 16, в котором световой поток преобразуется в электрический сигнал и направляется сначала на усилитель 17, из которого для регистрации и обработки поступает на микропроцессор 18, а далее на индикатор 19, интерфейс компьютера 20 и в блок питания и управления 21, который осуществляет управление изменением длины волны излучения и длительности импульса светодиода 11.

Работа устройства, предназначенного для исследования износа трущихся поверхностей типа «вал-втулка», осуществляется следующим образом.

Неподвижный световод 1 (фиг. 1) одной стороной установлен во втулке 2 к исследуемой поверхности вала 4, причем установлен на расстоянии от торца световода 1 до поверхности втулки 2 ниже уровня предполагаемого износа. Другой стороной неподвижный световод 1 связан с осветительной (11, 12, 13) и регистрирующей (12, 13, 14, 15) системами оптической схемы устройства.

В одной радиальной плоскости с неподвижным световодом 1, установленным во втулке 2, в отверстии вала 4 размещен подвижный световод 3, на расстоянии от поверхности вала 4 до торцов подвижного световода 3 ниже уровня предполагаемого износа. На втулке 2 выполнена лунка износа 7, размеры и форма которой известны, при вращении вала 4 в определенный момент времени неподвижный световод 1, подвижный световод 3 и лунка износа 7 размещены на одной оптической оси.

В той же радиальной плоскости с неподвижным световодом 1 (фиг. 2) на поверхности вала 4 выполнена лунка износа 8, размеры и форма которой известна, и нанесен базовый участок 9, расположенный ниже уровня предполагаемого износа, совпадающий по микрогеометрии и шероховатости с начальным состоянием поверхности вала 4.

Световые импульсы от светодиода 11, управляемого блоком питания и управления 21, с помощью линз 12 и светоделителя 13 направляются на торец неподвижного световода 1. Пройдя через него, при вращении вала 4 последовательно освещают: его поверхность, базовый участок 9, лунку износа 8 и через подвижный световод 3 лунку износа 7, а отраженный от них световой поток через световоды 3 и 1, линзу 12, светоделитель 13, светофильтр 14 и линзу 15 направляется на фотоприемник 16, где отраженный световой поток превращается в электрический сигнал.

Соответствующий электрический сигнал с фотоприемника 16 поступает в усилитель 17, соединенный с микропроцессором 18, в котором электрический сигнал обрабатывается, и результат отображается на индикаторе 19 и направляется через интерфейс 20 на компьютер, а сигнал от микропроцессора 18 направляется на блок питания и управления 21 для управления режимом работы импульсного светодиода 11.

При износе трущихся поверхностей световой поток, отраженный от лунок износа 7 и 8 изменяется вследствие изменения их размеров, что расширяет возможности независимого исследования износа втулки 2 и вала 4. Световой поток, отраженный от поверхности вала 4, характеризует изменение микрогеометрии и шероховатость в процессе износа, а сравнение этого светового потока с отраженным от базового участка 9, не подвергающегося износу, повышает точность определения износа поверхности вала 4. Совмещение в одной зоне и в реальном времени исследования износа обеих трущихся поверхностей сокращает время исследования.

Подвижный световод 3, размещенный в отверстии вала 4, может быть установлен под наклоном к оси вращения (фиг. 3) таким образом, что один торец подвижного световода 3 размещен в одном радиальном сечении с неподвижным световодом 1, а другой торец подвижного световода 3 - в другом радиальном сечении, в котором на изнашиваемой поверхности втулки 2 выполнена лунка износа 7, для повышения точности независимого определения износа трущихся поверхностей в двух радиальных плоскостях.

Для расширения возможностей при исследовании износа трущихся поверхностей при возвратно-поступательном движении вала 4 (фиг. 4) неподвижный световод 1, подвижный световод 3, лунка износа 7 на втулке 2, лунка износа 8 и базовый участок 9 на валу 4 размещены в одной осевой плоскости, причем осевой размер участка поверхности вала 4, на котором расположен базовый участок 9, подвижный световод 3 и лунка износа 8, меньше смещения вала 4.

В исследовании износа при возвратно-поступательном движении вала 4 при использовании пружинного уплотнительного кольца 10 (фиг. 5), размещенного в пазе, выполненном на наружной поверхности вала 4, подвижный световод 3 установлен под наклоном к оси таким образом, что один его торец размещен в пазе под внутренней поверхностью пружинного уплотнительного кольца 10, а другой торец - в одной радиальной плоскости неподвижного световода 1.

При совпадении торца неподвижного световода 1 и подвижного световода 3, через них проходит световой поток к внутренней базовой поверхности пружинного уплотнительного кольца 10 и, рассеянный от внутренней не подвергающейся износу базовой поверхности пружинного уплотнительного кольца 10, возвращается в регистрирующую систему (12, 13, 14, 15) оптической схемы, где происходит сравнение (последовательно во времени) отраженного светового потока от изнашиваемой наружной поверхности и не изнашиваемой внутренней базовой поверхности пружинного уплотнительного кольца 10, что повышает точность определения износа и расширяет возможности исследования износа.

При использовании в исследовании износа трущихся поверхностей смазочного масла, которое изменяет свои свойства, например, в результате появления в слоях 5 и 6 смазочного масла частиц изнашиваемых поверхностей (фиг. 2) и базового участка 9, выполненного зеркальным, происходит следующее. Световой поток, вышедший из неподвижного световода 1 и отраженный зеркальной поверхностью базового участка 9, дважды проходит только через слой 5 смазочного масла и возвращается в регистрирующую систему оптической схемы. Затем, используя различные длины волн излучения перестраиваемого светодиода 11, определяются спектральные характеристики, например пропускание смазочного масла, и с использованием турбодиметрического метода определяют концентрацию и размер частиц в смазочном масле, что позволяет расширить возможности исследования износа трущихся поверхностей.

Микропроцессор 18, соединенный с блоком питания и управления 21, регулирует режим работы импульсного светодиода 11 с перестраиваемой длиной волны. Импульсный световой поток с длиной волны в ультрафиолетовой (УФ) области спектра от светодиода 11 через осветительную систему оптической схемы (12, 13), неподвижный световод 1 и подвижный световод 3 подается в слои 5 и 6 смазочного масла в области износа трущихся поверхностей и возбуждает фотолюминесценцию смазочного масла.

Интенсивность, спектральные и временные характеристики фотолюминесцентного излучения отличаются от соответствующих характеристик возбуждающего светового потока светодиода 11 и зависят от состава смазочного масла, температуры и т.п. Фотолюминесцентное излучение и отраженный от поверхностей световой поток светодиода 11 через световоды 1 и 3, линзу 12, светоделитель 13 проходят к светофильтру 14, который не пропускает световой поток от светодиода 11, а пропускает фотолюминесцентное излучение от смазочного масла, которое через линзу 15 проходит на фотоприемник 16, преобразующий световое излучение в электрический сигнал, изменения которого связаны с изменением характеристик смазочного масла, что расширяет возможности исследования износа в зоне трущихся поверхностей.

Использование предложенного изобретения в народном хозяйстве позволит расширить возможности исследования износа трущихся поверхностей на основе оперативной оценки вклада физико-механических свойств трущихся поверхностей и смазочного масла, а также влияния процессов самоорганизации при избирательном переносе в условиях использования модифицирующих присадок к смазочному маслу, повысить точность определения вклада отдельных составляющих, характеризующих процесс износа, и сократить время исследования и разработки новых материалов, технологий изготовления трущихся пар и модифицированных смазочных и восстанавливающих составов, что повысит эффективность, надежность и долговечность работы деталей и устройств, в которых используют трущиеся пары.

1. Устройство для исследования износа трущихся поверхностей, содержащее оптическую схему, включающую световод, осветительную систему со светодиодом, регистрирующую систему, состоящую из линзы и фотоприемника, связанные с блоком питания и управления через электронную систему, состоящую из усилителя и микропроцессора, связанные с индикатором и интерфейсом ЭВМ, и выполненную на валу лунку износа, выполняющую функцию базового участка, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй световод, причем один световод, неподвижный, установлен во втулке, а другой, подвижный, установлен в валу, причем оба световода предназначены для исследования износа лунки, выполненной на внутренней поверхности втулки, и износа лунок и базового участка на внешней поверхности вала, а для превращения отраженного светового потока в электрический сигнал они связаны через осветительную и регистрирующую системы оптической схемы с электронной системой и через блок питания и управления, выполняющий функцию управления режимом работы импульсного светодиода с перестраиваемой длиной волны осветительной системы, при этом осветительная система дополнительно снабжена линзой, регистрирующая система - светофильтром и линзой и обе системы дополнительно снабжены установленным в них светоделителем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижный световод установлен под наклоном к оси, связан одним торцом с неподвижным световодом и размещен с ним в одной радиальной плоскости, а другим торцом с поверхностью лунки, выполненной на внутренней поверхности втулки для измерения износа ее размера, и размещен в другой радиальной плоскости, совпадающей с лункой износа.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижный световод установлен под наклоном к оси и связан одним торцом с неподвижным световодом, а другим торцом с внутренней поверхностью пружинного уплотнительного кольца, установленного в пазу, выполненном на валу для измерения износа наружной поверхности кольца при возвратно-поступательном движении вала.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижный и неподвижный световоды, лунка, базовый участок на валу и лунка на втулке при возвратно-поступательном движении вала размещены в одной осевой плоскости для исследования износа трущихся поверхностей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание.

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание.

Изобретение относится к технике механических испытаний материалов на стойкость к истиранию до разрушения и может быть использовано, в частности, для испытаний на ледовое истирание.

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам и устройствам для определения пластических деформаций и износа упрочненных материалов при испытаниях на контактную выносливость плоских поверхностей с импульсной нагрузкой деталей вибрационных машин.

Изобретение относится к устройствам для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки и может найти свое применение в нефтегазовой отрасли.

Группа изобретений относится к легкой промышленности, в частности к определению механических характеристик швейных материалов и соединений деталей одежды (ниточных, сварных, клеевых и других швов и строчек).

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением, а именно к оценке силы и коэффициента трения при холодной обработке металлов давлением. Представлен способ оценки параметров трения при холодной обработке металлов давлением, по которому протягивают через валки с заданным обжатием образцов с коническим участком с одного конца, длина которого позволяет обеспечивать прирост степени обжатия при протягивании образцов, визуально определяют место образования задиров на образцах, составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение, с помощью которого для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки, при этом определяют момент сопротивления вращению валков при их торможении и нормальную силу, действующую на валки со стороны образцов при их деформировании, посредством датчиков силы и устройства торможения валков, а из этих, фиксируемых датчиками силы, величин определяют силу трения по формуле: Tтр.=Pдат.×L/R, где Ттр.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях с целью оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для шлифования. Образец фиксируют и шлифуют с подачей СОЖ на расположенных на магнитной плите плоскошлифовального станка подвижных салазках с прикрепленной силоизмерительной системой для записи тангенциальных составляющих силы шлифования и сведения их в таблицу.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения характера и степени износа в парах трения. Сущность: на рабочую поверхность наносят материал испытуемого покрытия и изнашивают его путем истирания.

Изобретение относится к технике исследования триботехнических свойств материалов и покрытий и может быть использовано при испытаниях на трение и износ. Устройство содержит основание, узел нагружения, связанный с датчиком износа, регистрирующий прибор, привод вращения, взаимодействующий с держателем контробразца, силоизмеритель с упругими элементами и датчики деформации.

Изобретение относится к космической технике. Способ определения альбедо земной поверхности включает развороты солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите вокруг Земли, измерение значений тока от СБ и определение по ним значения альбедо земной поверхности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения утечек нефтепроводов, разливов нефти и нефтепродуктов на земной поверхности.

Изобретение относится к микроскопии и может быть использовано в биологии, медицине, машиностроении, оптическом приборостроении для исследования фазовых объектов.

Изобретение предназначено для определения целевого вещества в исследуемой области. Сенсорное устройство (100) содержит сенсорную поверхность (112) с исследуемой областью (113) и контрольной областью (120), а также контрольный элемент (121), размещенный в контрольной области (120).

Изобретение относится к оптике и аналитической технике и может быть использовано для определения наличия следовых количеств летучих веществ, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра.

Способ включает освещение образца, регистрацию отраженного излучения, усреднение измерений по различным точкам образца. Выбирают углы освещения образца исходя из углов наблюдения βi=αi/2, где αi - угол наблюдения i-го фотоприемника, включая αi=0.

Изобретение относится к оптическому устройству для обеспечения нераспространяющегося излучения, в ответ на падающее излучение, в объеме регистрации, который содержит целевой компонент в среде, причем, по меньшей мере, один плоскостной размер (W1) объема регистрации меньше дифракционного предела.

Изобретение относится к системе биодатчика на основе нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). .

Изобретение относится к измерительной технике и касается устройства для определения коэффициента световозвращения стеклянных микрошариков. Устройство содержит источник света, фотоприемник, стеклянные микрошарики и открытую сверху емкость. При этом стеклянные микрошарики размещены в открытой сверху емкости горизонтально расположенным слоем, исключающим прямое попадание светового потока от источника света на дно емкости. Фотоприемник установлен над центром емкости, а источник света располагается под острым углом к вертикальной оси с возможностью изменения угла наклона. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх