Устройство для оценки смазывающей способности масел

 

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик («998922 (6l } Дополнительное к авт. свид-ву— (22} Заявлено 05 08. 81 (21 } 33 6790/ «8-25 с присоединением заявки М— (23 } Приоритет (51)М . Кл. а 01 К»/ 4

Гесударствеиивй квмитет

l (53) УДК 532.137 (o88. 8) Опубликовано 23. 02. 83 Бюллетень М 7 йе делам иаобретеиий и открытий

Дата опубликования описания 23. 02. 83

Д. Л, Бакашвили, В. П ° Вересняк, и В.Х. Шойхет (72) Авторы изобретения

Опытное производство Института

Тбилисского ордена Трудового государственного ун (71) Заявитель (4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ

СМАЗЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

« «АС ЕЛ

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств масел и пластичных смазок, B частности, оно предназначено для измерения модуля упругости и вязкости. смазочных материалов, эксплуатируемых в высокоско5 ростных нагруженных узлах трения, например подшипниках качения.

Известно устройство для определения вязкости жидкости, содержащее электропривод переменной скорости, связанный с внешним цилиндром. Внутренний цилиндр. устройства приходит во вращение под действием исследуемой жидкости. По разности скоростей вращения цилиндров судят о вязкости исследуемой жидкости (11.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для оценки смазывающей спо- го собности масел, содержащее электропривод, интерференционный микроскоп, модель радиально-упорного подшипника, верхнее кольцо которого выполнено из. 2 опти чески чувств ител ьного про зрачного материала, и полярископ, установленный соосно с верхним кольцом подшипника. Это устройство обладает способностью воспроизводить широкий диапазон возможных эксплуатационных условий для смазочных материалов, работающих в подшипниках качения, а так" же обеспечивает возможность одновременного наблюдения за состоянием толщины смазочного слоя и распределением контактных напряжений в зоне контакта шарика с кольцом подшипника $2).

Однако в известном устройстве не предусмотрено измерение основных реологических характеристик смазочных материалов (вязкости и модуля сдвига).

Оно также не позволяет определя т ь реологические характеристики смазочных материалов в реальных условиях работы тяжелонагруженных контактов.

Вместе с тем, вязкость и модуль сдвига смазочного материала существенно зависит от контактного давления. ОдЗЕ лагаемого устройства, где стрелкой показана нагрузка, прикладываемая снизу.

Устройство содержит электропривод

1, интерференционный микроскоп 2, модель радиально-упорного подшипника, кольцо 3 которой изображено на черте-. же. Оно выполнено из оптически чувствительного прозрачного материала.

Устройство содержит также стальной шарик 4 с жестко прикрепленным к не. 46 му валом 5, на котором размещены измеритель крутящего момента 6 и тормознал система 7. Для измерения числа оборотов кольца радиально-упорного подшипника 3 и стального шарика 4 служит датчик скорости, состоящий из дисков с отверс-гиями 8 и 9, установ"@ крещенных по обеим сторонам дисков с ,отверстиями 8 и 9, а также регистрирующего прибора 14. Для наблюдения

3 99 нака известные устройства позволяют определять вышеуказанные параметры лишь при атмосферном давлении. Экст,раполяция полученных результатов на .случай высоких давлений является неадекватной.

Кроме того, ни один из известных вискозиметров не обладает способностью воспроизводить одновременно и надежно те уровни давления и градиента скорости, которые существуют в эксплуатируемых узлах трения, например в подшипниках качения. Недостатком известного устройства является также и то, что оно не может быть применено для определения модуля сдвига неньютоновской вязкоупругой жидкости, для которой связь между касательйым напряжением и скоростью сдвига задается следующим уравнением

Р ae — — — + =p — р! () где i4 - вязкость жидкости;

G — модуль сдвига жидкости; С - касательное напряжение;

0 - скорость движения жидкости;

М - скорость проскальзывания;

h - -толщина слоя смазочного материала; путь, проходимый элементом жидкости между движущимися поверхностями;

y2x/8 и х - соответственно безразмерная и размерная координаты в направлении дви,жения жидкости.

Упругие свойства жидкости определяются первым членом левой части урав нения (1), а при движении жидкости в известных вискоэиметрах этот член ока зывается пренебрежительно малым flo ни жеследующим причинам: во-первых, каждый элемент жидкости находится между движущимися поверхности в течение длительного времени = /lJ которая во много раз превышает время сдвиговой упругой релаксации t<--PG (в реЩ зультате множитель . намного

6 меньше единицы); во-вторых, вследствие того, что элемент жидкости, достигнув некоторой предельной, характерной для данного Ь11 деформации, при последующем движении между проскальзывающими поверхностями остается неизменным.

Таким образом, условия течения жидкости, имеющие место в известном i вискозиметре, таковы, что ее упругие свойства не проявляются и поэтому из

8922 4 измеренных значений касательного напряжения не может быть восстановлен модуль сдвига.

Цель изобретения - расширение функциональных воз ожностей устройства за счет определения вязкости и модуля упругости масел при давлениях и скоростях сдвига, существующих в реальных узлах трения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки смазывающей способности масел, содержащее модель радиально-упорного подшипника, верхнее кольцо которой выполнено иэ оптически чувствительного прозрачного материала и связано с электроприводом, полярископ, установленный соосно с верхним кольцом подшипника, и интерференционный,микроскоп, дополнищ тельно содержит шарик с жестко прикрепленным к нему валом, измеритель крутящего момента вала, тормозящую систему вала, датчики скорости верхнего кольца подшипника и шарика, при„5 чем шарик установлен с возможностью ,касания с верхним кольцом подшипника, а интерференционный микроскоп расположен над шариком.

На чертеже представлена схема предленных на кольце радиально- упорного подшипника 3 и валу 5, осветителей

10 и 11 и фотоприемников 12 и 13, разЭа распределением контактных напряжений в зоне контакта стального шарика

4 с кольцом радиально"упорного подшипника 3 служит полярископ, состоящий из источника света 15, поляризатора 16, анализатора 17 и экрана 18

2 . 0 главных напряжений.-Эти два луча, имея различные скорости распростране" ния, приобретают на выходе из кольца радиально-упорного подшипн1 ка 3 разность хода. Чтобы ее измерить, на пути двух лучей располагают анализатор

17, при помощи которого на экране 18 получают интерференционную картину цветных или черно"белых полос в зависимости от применяемого источника света. По характеру картины можно судить о распределении контактных напряжений внутри оптически чувствительного прозрачного кольца радиальноупорного подшипника 3.

Определение реологических характеристик смазочных материалов осуществляется следующим образом. При номинальном контактном напряжении изменя от величину проскальзывания путем орможения стального шарика 4. Задат такие скорости качения и скольжения, при которых смазочный материал начинает проявлять вязкостные или упругие свойства. Определяют по известной формуле Баруса возрастание вязкости смазочного материала с давлением. Рассчитывают по формуле Герца радиус контакта с учетом реального распределения давления в зоне контакта, которая определяется при помощи полярископа; Находят величину числа Дебо" ры D=g/t, представляющего собой отношение времени релаксации касательных напряжений в-смазочном материале ко времени его прохождения через зо- ну контакта. В нашем случае,при кон-.. такте стального шарика 4 с плоскостью кольца радиально-ynofworo подшипника

3 3=2a, где а - радиус зоны контакта.

В режиме, когда D

Интегральная по зоне точечного контакта сила трения в этом случае рав; на

= Ка,0 О,: . (2)...

УР

S 99892

Устройство работает следующим образом.

Кольцо радиально-упорного подшипника 3 приводят во вращение с помощью электропривода 1 с переменным числом оборотов. Вращение кольца радиальноупорного подшипника 3 передается через слой смазочного материала стальному шарику 4. Скорость вращения кольца радиально-упорного. подшипника 3 >0 . фиксируют фотоприемником 12, на кото рый попадает луч от осветителя 10, проходя через отверстия в диске 8.

При вращении стального шарика 4 луч света от осветителя 11, проходя через 15 отверстия в диске 9, попадает в фотоприемник 13..фотоприемники 12 и 13 подсоединены к регистрирующему прибору 14. С помощью тормозной системы 7 .меняют число оборотов- стального шари- 20

- ка 4, т.е. задают необходимую величи-. ну проскальзывания между стальным шариком .4 и кольцом радиально- упорного подшипника 3, которая накладывается на выбранную скорость качения. В зону25 контакта стального шарика 4 с кольцом радиально-упорного подшипника 3 на-, правляют монохроматический пучок све:та, одна часть которого отражается от поверхности стального шарика 4, а 50 другая — от нижней поверхности кольца радиально-упорного подшипника 3, выполненного из оптически чувствительного прозрачного материала. Предварительно на нижнюю поверхность кольца радиально-упорного подшипника 3 наносят полупрозрачную пленку, способную отражать часть падающего света. Иэ-за разности хода потока световых волн образуются интерференционные кольца.

С помощью-интерференционного микроскопа 2, сфокусированного в зону трения, можно наблюдать за всей формой контакта. Путем необходимой тарировки и подсчета колец при известной

45 длине световой волны определяют толщину смазочного слоя на различных участках зоны трения. Одновременно идет регистрация. распределения контактных напряжений с помощью полярископа. Световои поток от источника

50 света- 15 проходит. через поляризатор

16 и превращается в плоско-поляризованный свет, который.-разлагается на два луча, проходя оптически чувстви-. тельное прозрачное кольцо радиальноупорного подшигника 3. Плоскости колебания этих лучей взаимно перпенди" кулярны и совпадают с направлениями где Р- усредненная по зоне контакта вязкость. Исходя из формулы (2), вы" числяют Ф по нижеследующей формуле, предварительно измерив в динамике толщину смазочного слоя h и силу тре" ния ГтР, скорости качения и проскаль-, зывания

- тр

gaia ЬО

7 99892

В режиме, когда 0>И, первый член уравнения (1) становится преобладающим и касательное .напряжение определяется модулем сдвига. Интегральная сила трения в этом случае равна

Q ° 0 (3) где G " "усредненный по зоне контакта модуль сдвига. Исходя из формулы (3), 16 вычисляют G по нижеследующей формуле, предварительно измерив в динамике толщину смазочного слоя h, силу трения F>1>, скорости качения U и проскальзывания ЬО

„Ц . Т1 U (4) е 2. gg Ц где 3/8 - расчетный коэффициент, полученный в результате усреднения модуля упругости по круговой зоне контактв.

Используя расширенные функциональные возможности установки, которые позволяют в широких интервалах независимо варьировать скорости качения и проскальзывания, проводят эксперименты при различных режимах работы.

Это позволяет добиться высоких точностей в определении вязкости и моду36 ля сдвига смазочных материалов - основных реологических характеристик, значение которых необходимо для проведения научно-обоснованных инженерных испытаний работоспособности высокоскоростных тяжелонагруженных узлов З трения.

Формула изобретения

Устройство для оценки смазывающей способности масел, содержащее модель радиально-упорного подшипника, верхнее кольцо которой выполнено из оптически чувствительного прозрачного материала и связано с электроприводом, полярископ, установленный соосно с верхним кольцом подшипника, и интерференционный микроскоп, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет определения вязкости и модуля упругости масел при давлениях и скоростях сдвига, существующих в реальных узлах трения, оно дополнительно содержит шарик с жестко прикрепленным к нему валом, измеритель крутящего момента вала, тормозную систему вала, датчики скорости верхнего кольца подшипника и шарика, причем шарик установлен с возможностью касания с верхним кольцом подшипника, а интерференционный микроскоп расположен над шариком.

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 81873, кл. 6 01 М 11/14, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

И 706757, кл. С 01 и 11/00, 1978 (прототип). 998922

Заказ 1145/66

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан изобретений и открытий

113035, Иосква, М-35, Раушская наб., д 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Филатова

Редактор В. Лазаренко Техред И.Гергель Корректор A. Ференц