Приспособление для трибологических испытаний

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ(71) Заявитель Полоцкий государственный университет(73) Патентообладатель Полоцкий государственный университет(57) Приспособление для трибологических испытаний, содержащее динамический нагружатель, контртело,выполненное в виде сектора втулки, закрепленное в зажимном узле, пружину, соединенную посредством кинематической связи с контртелом, отличающееся тем, что динамический нагружатель, установленный контактно и соосно с контртелом, выполнен в виде эксцентрикового вала с возможным различным рабочим профилем.(56) 1. Сборник практических и лабораторных работ по курсу Основы теории трения и изнашивания.- М. ГАНГ, 1992. - С. 11. 2. Сборник практических и лабораторных работ по курсу Основы теории трения и изнашивания.- М. ГАНГ, 1992. - С. 3. (прототип). Полезная модель относится к области исследования свойств материалов, в частности к устройствам для триботехнических испытаний. Известны машины трения, предназначенные для испытания материалов на трение и изнашивание, например машины МИ-1 М, СМЦ-2, УМТ, МАСТ 1. Известные машины трения, как правило, содержат узел нагружения, привод, камеру испытаний и исследуемые образцы. Узел нагружения выполнен в виде консоли станка с закрепленным на нем зажимным приспособлением. Трибологические испытания в подобных машинах проводятся по количественным характеристикам исследуемых образцов линейный износ, массовый износ, износостойкость и др. 277 К основным недостаткам конструкций машин следует отнести малую адекватность моделирования процесса истирания из-за отсутствия возможности варьирования нагрузок. Наиболее близким к заявляемому является устройство для проведения трибологических испытаний, применяемое в машине трения МИ-1 М (машина Амслера) 2. Данное устройство содержит узелдинамический нагружатель, выполненный в виде каретки, вал, установленный контактно и соосно с испытуемым образцомконтртелом, закрепленном в зажимном узле, пружину, находящуюся в жесткой кинематической связи с контртелом посредством каретки. Причем динамический нагружатель соединен с контртелом посредством кинематической связи, а контртело может быть выполнено в виде сектора втулки. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности изменения цикличности прилагаемых нагрузок, что приводит к недостаточной адекватности моделирования процессов истирания и низкой степени достоверности результатов испытаний. Кроме того, отсутствие возможности проведения испытаний с нагрузками на пару трения в области 0170 Н приводит к ограничениям в используемых материалах и сужает диапазон проведения испытаний. Задачей заявляемого приспособления для трибологических испытаний является повышение достоверности проводимых испытаний и расширение диапазона используемых материалов. Поставленная задача достигается тем, что приспособление содержит динамический нагружатель в виде эксцентрикового вала с возможным различным рабочим профилем, установленный контактно и соосно с контртелом, выполненным в виде сектора втулки и закрепленным в зажимном узле, и пружину, соединенную с контртелом посредством кинематической связи. Отличительными от прототипа признаками являются иная форма динамического нагружателя, а именно в виде эксцентрикового вала с возможным различным рабочим профилем иное взаиморасположение динамического нагружателя и контртела. Выполнение динамического нагружателя в виде эксцентрикового вала с возможным различным рабочим профилем позволяет в широких пределах варьировать прилагаемые нагрузки, изменять циклограмму нагружения таким образом, что проводимые испытания становятся более адекватны реальным условиям эксплуатации пар трения. Контактное расположение динамического нагружателя и контртела позволяет с максимальной достоверностью передать изменение момента нагружения и моделирует реальные условия эксплуатации. На чертеже изображена общая схема заявляемого приспособления. Приспособление содержит динамический нагружатель 1, установленный контактно и соосно с контртелом 2, закрепленным в зажимном узле 3 посредством кинематической связи 4 соединенное с пружиной - 5. Приспособление работает следующим образом. На рабочий вал привода (на чертеже не показан) устанавливают эксцентриковый вал - динамический нагружатель 1, материал и твердость которого одинаковы с аналогичными параметрами исследуемого вала. Сверху соосно и контактно с валом располагают контртело 2, выполненное в виде сектора рабочей втулки и закрепленное в зажимном узле - образцедержателе 3 без возможности линейного перемещения. Узел крепления образцедержателя кинематически связан 4 с элементом упругости в виде пружины 5. Кинематическая связь 4 узла крепления образцедержателя к пружине выполнена в виде консольно закрепленного коромысла,с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. При подаче момента вращения на рабочий вал привода эксцентриковый вал 1 начинает вращаться с угловой скоростью, равной скорости вращения рабочего вала привода, а профиль эксцентрика задает циклограмму нагружения узла трения. Контртело 2, контактно расположенное относительно динамического нагружателя, испытывая механическое воздействие на рабочую поверхность истирается по режимам нагружения, адекватным режимам нагружения пары трения в условиях производственной эксплуатации. Как пример конкретного выполнения приспособления в ПГУ на базе машины трения СМЦ-2 было изготовлено приспособление для трибологических испытаний. Испытания проводились по схеме вал-вкладыш. В качестве образцов эксцентрикового вала применяли диски, вырезанные из вала диаметром 55 мм, сталь 45 ГОСТ 1050 и твердостью рабочей поверхности НСэ 57. В качестве контртела использовали подложки из стали 20 ГОСТ 1050, из которых вырезали сегменты размером 1010 мм и закрепляли их в специальном приспособлении, состоящем из двух зажимов, между которыми закреплялся сегмент. Для моделирования реальных условий работы валы изготавливали с эксцентриситетом 2 мм и применяли разработанное приспособление для возможности секторного нагружения вала. Распределение нагрузок по рабочим периодам в градусах выглядело следующим образом. Таблица 1 277 Расчет нагрузок на пару вал-вкладыш проводился по контурным давлениям. За максимальное давление принимали давление на 8-10 ниже предела текучести бронзы, равное 0,72 кг/мм 2. За 30 нагрузку принимали вес консоли машины, равный 17 кг. Догрузка образцов проводилась согласно табл. 1 весом 58-60 кг. Число оборотов вала задали равным 600 об/мин при номинальном диаметре вала, равном 55 мм. Тангенциальная скорость точки на диаметре равнялась 16500 мм/мин. Смазку проводили до начала испытания смазкой Солидол ГОСТ 4366. Смазку равномерно наносили на вал и вводили в карман, образованный кромкой вкладыша и стенкой зажимного приспособления. При проведении сопоставительных испытаний были получены результаты, приведенные в табл. 2 и 3. Таблица 2 Износостойкость вкладышей при постоянной нагрузке Материал БрОФ 10-1 БрОЦС 5-5-5 БрАЖ 9-4 Износ мг/м на пути трениям 4000 0,339 0,754 0,135 Таблица 3 Износостойкость вкладышей при циклической нагрузке с использованием заявляемого приспособления Материал БрОФ 10-1 БрОЦС 5-5-5 БрАЖ 9-4 Износ мг/м на пути трениям 4000 0,63 1,0 0,35 Как видно из приведенных результатов, при известных методиках износ втулок растет очень незначительно в течение всего времени испытаний, что не соответствует реальным условиям истирания трибопар кривошипно-шатунного механизма, а это в данном случае неприемлемо, поэтому была разработана новая методика испытаний, более близкая реальным условиям эксплуатации трибопар кривошипно-шатунных механизмов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.