Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения

Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к приборам для определения коэффициентов трения и их составляющих.

Известен прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения [1].

Для этого прибор оборудован магнитопроводом с расположенной на нем электромагнитной катушкой, который образует вместе с держателями образцов, образцами и сферическим индентором общий магнитный контур, и источником тока, подключенным токопроводящими проводами к образцам.

Недостатком описанного устройства является невозможность учета зависимости молекулярной составляющей коэффициента трения от внешней среды, такой как тепловое поле, воздействующей на коэффициент трения, и только при скольжении.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения [2].

Прибор содержит основание, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держатели образцов с параллельными опорными плоскостями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленными в ней сферическим индентором, оборудован механизмом поворота индентора вокруг своей оси и устройством для измерения прикладываемого к индентору крутящего момента, причем механизм поворота индентора выполнен в виде жестко закрепленной оправки, имеющей возможность поворота индентора в плоскости, перпендикулярной опорным поверхностям образцов, один из концов которой через редуктор соединен с двигателем, а на другом ее конце установлен кулачок, контактирующий с подпружиненными роликами, а держатели образцов имеют механизм создания возвратно-вращательного движения в виде электродвигателя и двух шестерен, для повышения точности измерения при воздействии внешней среды, в качестве которой подаются электрический ток, магнитный поток, воздействие пульсирующей составляющей крутящего момента при одновременном сочетании качения со скольжением и верчением. Образцы установлены в держателях через электроизоляцию.

Недостатком описанного технического решения, принятого за прототип, является невозможность определения зависимости молекулярной составляющей коэффициента трения с учетом влияния внешней среды, такой как тепловое поле, воздействующей на коэффициент трения.

Цель изобретения, определение зависимости молекулярной составляющей коэффициента трения при наличии внешнего фактора, такого как тепловое поле в зоне контакта индентора и образцов, воздействующего на коэффициент трения.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого прибора; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Прибор содержит нижнее основание 1 с механизмом создания возвратно-вращательного движения держателей 2 и 8 образцов 7 (фиг.1), который состоит из шестерен 3 и 4, установленных в подшипниках 5 и приводимых в действие электродвигателем 6. Между образцами 7 с плоскими и параллельными между собой исследуемыми поверхностями, установленными в нижний 2 и верхний 8 держатели образцов с возможностью перемещения через электроизоляцию 9, установлен сферический индентор 10. Индентор 10 приводится во вращательное движение в плоскости, перпендикулярной плоскостям образцов 7, оправкой 11, один из концов которой через редуктор 12 соединен с двигателем 13. На другом ее конце, установленном в подшипнике 14 вертикальной стойки 15, расположен кулачок 16, контактирующий с подпружиненными роликами 17. Для нагружения образцов 7 осевым усилием имеется механизм 18, установленный на вертикальных стойках 19.

Образцы 7 подкреплены пружинами, упирающимися в ограничители 21, установленные на плиту 22 через электроизолирующие прокладки 23 (фиг.2). Для создания в зоне контакта внешних воздействий прибор снабжен магнитопроводом 24 с находящейся на нем электромагнитной катушкой (не показана), а также подключенного посредством токоподводящих проводов к испытуемым образцам 7 источником тока (не показаны). С целью создания магнитного потока, в основном проходящих через зону контакта, нижний держатель 2 изолирован от шестерни 4 изоляционной прокладкой 25. Магнитопровод 24 плотно соприкасается с нижним держателем 2 через магнитный проводник 26, а с верхним 8 - через регулируемый воздушный зазор Д, образуя общий контур для прохождения магнитного потока через образцы 7. На ограничителях 21 установлены регулируемые подогреватели 27 через регуляторы мощности 28 в зоне контакта индентора 10 и образцов 7, а на нижней части образцов - термодатчики 29. Момент измеряется измерительным устройством (на чертеже не показано).

Прибор работает следующим образом. Два плоскопараллельных образца 7 закрепляются в держателях 2 и 8. Между ними устанавливается оправка с индентором 10. При помощи механизма нагружения 18 к образцам прикладывается сжимающая нагрузка N. Время выдержки образцов под нагрузкой должно быть достаточным для завершения пластической деформации в зоне контакта индентора с образцами и соответствовать стандартной пробе Бринелля. К электромагнитной катушке магнитопровода 24 подводится переменное или постоянное напряжение, тем самым создается магнитный поток. Для усиления магнитного потока образцы 7 и индентор 10 изолированы от шестерни 4 прокладкой 25. Включается источник тока (на фиг.1 и 2 не показан), и ток подводится к образцам 7. Таким образом, в зоне контакта индентора 6 с образцами 4 действуют внешние возмущения - магнитный поток и электрический ток. При этом проводится с помощью термодатчиков 29 замер температуры образцов Т.

Включают электродвигатель 6 и через механизм, который состоит из шестерен 3 и 4, установленных в подшипниках 5, создается возвратно-вращательное движение держателей 2 и 8 образцов 7. При этом реализуется схема трения верчения образцов 7 относительно индентора 10.

К индентору 10 прикладывают крутящий момент М_кр, необходимый для его поворота в плоскости, перпендикулярной опорным плоскостям держателей, т.е. в плоскости, сжимающей образцы нагрузки N, реализуя схему трения качения со скольжением образцов 7 по индентору 10. Крутящий момент создается двигателем 13 и передается через редуктор 12 по оправке 11. На другом конце оправки 11 расположен кулачок 16, который под действием подпружиненных роликов 17 (показан один) создает на оправке пульсирующую составляющую момента. Так как образцы 7 подпружинены пружинами 20, то они, перемещаясь в плоскости, перпендикулярной сжимающей нагрузке N, реализуют схему трения качения со скольжением образцов 7 по индентору 10 при сжатии и растяжении соответствующих пружин 20, при наличии в зоне контакта пульсирующей составляющей момента.

Изменяя величину крутящего момента двигателя 13, можно реализовать разную величину проскальзывания в зоне контакта образцов 7 и индентора 10.

Для изменения магнитного потока между образцами 7 и индентором 10 регулируют воздушный зазор в магнитопроводе А.

Прибор работает время τ без влияния внешней среды. При этом проводится замер температуры образцов T₁ с помощью термодатчиков 29.

Измеряют момент М специальным устройством (на чертеже не показано).

По измеряемым значениям момента М и нагрузки N определяют молекулярную составляющую коэффициента трения.

Прибор охлаждается до температуры Т. После этого включают нагреватели 27, а затем прибор, который работает время τ и делается замер температуры Т₂ образцов 7 с помощью термодатчиков 29. Измеряют момент М специальным устройством (на чертеже не показано). По измеряемым значениям момента М и нагрузки N определяют молекулярную составляющую коэффициента трения.

Разность температур Т₂-Т₁ дает температуру T_c от воздействия внешнего фактора на коэффициент трения. Для расширения диапазона исследований изменяют мощность нагревателей 27, исполняя выше описанные действия.

Таким образом, в описанном приборе возможно определение зависимости молекулярной составляющей коэффициента трения при наличии внешнего фактора такого, как тепловое поле, например подогрев контакта индентора и образцов.

Источники информации

1. Патент РФ №2279664, МПК G01N 19/02, опубл. 10.07.06, бюл. №19.

2. Патент РФ №2315283, МПК G01N 19/02, опубл. 20.01.2008, бюл. №2.

Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения, содержащий основание, механизм нагружения, установленные друг против друга с возможностью сближения держатели образцов с параллельными опорными плоскостями, один из которых взаимодействует с механизмом нагружения, расположенную между держателями оправку с закрепленным в ней сферическим индентором, механизм поворота индентора вокруг своей оси и устройство для измерения прикладываемого к индентору крутящего момента, причем механизм поворота индентора выполнен в виде жестко закрепленной оправки, имеющей возможность поворота в плоскости, перпендикулярной опорным поверхностям образцов, при этом прибор оборудован магнитопроводом с расположенной на нем электромагнитной катушкой, который образует вместе с плитой, держателями образцов, образцами и сферическим индентором магнитный контур с регулируемым воздушным зазором, и источником тока, подключенным токопроводящими проводами к образцам, при этом механизм поворота индентора в виде оправки, один из концов которой через редуктор соединен с двигателем, а на другом ее конце, установленном в подшипнике вертикальной стойки, расположен кулачок, контактирующий с подпружиненными роликами, образцы, установленные в держателях через электроизоляцию с возможностью перемещения, подкреплены пружинами, упирающимися в ограничители, установленные на плиту через электроизолирующие прокладки, а держатели образцов имеют механизм возвратно-вращательного движения в виде электродвигателя и двух шестерен, одна из которых через изоляционную прокладку контактирует с нижним держателем, отличающийся тем, что на ограничителях установлены регулируемые подогреватели через регуляторы мощности в зоне контакта индентора и образцов, а на нижней части образцов термодатчики.