Устройство для измерения силы трения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Андреев Михаил Анатольевич Макаревич Евгений Петрович Суворов Анатолий Николаевич Мойсейчик Анатолий Николаевич Маркова Людмила Владимировна Кузнецова Татьяна Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Устройство для измерения силы трения, содержащее уравновешенную измерительную головку со сферическим индентором и балансировочными грузами, столик-держатель с механизмом возвратно-поступательного движения образца, регистрирующий датчик, отличающееся тем, что регистрирующим датчиком является тензодатчик, разновеска установлена на верхней плоскости тензодатчика, а индентор закреплен с помощью цангового механизма.(56) 1. Патент 2259553, МПК 01 3/56. 2. Патент 2244290, МПК 01 19/02. 3. Патент 2284503, МПК 01 19/02. 4. Комков О.Ю. Микротрибометр возвратно-поступательного типа, работающий в области малых нагрузок конструктивные особенности и методика испытаний образцов // Трение и износ. - 2003. - Т.24 -6. - С. 644. 53442009.06.30 Предлагаемое техническое решение относится к области триботехники, а именно к устройствам для измерения силы трения, и может быть использовано для изучения процессов, происходящих при взаимодействии деталей в узлах трения машин и механизмов. Известны машина 77 МТ-1 (1960), а также ее усовершенствованные варианты, устройство для испытания на износ (Тверской государственный технический университет, 2005) 1, устройство для испытания материалов на трение (Тверской государственный архитектурно-строительный университет, 2005) 2, устройство для измерения силы трения(Институт прикладной механики УрО РАН, 2006) 3, а также триботестеры фирм(Франция),.(США),. (Южная Корея). Основным недостатком этих установок и аналогичных им выпускаемым трибометрам следует отнести отсутствие возможности исследовать процессы трения в модифицированных слоях и тонких покрытиях от 10-50 нм до нескольких микрометров. Кроме того, эти устройства ориентированы на измерение характеристик крупногабаритных образцов и имеют недостаточно высокую точность измерения износа. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является возвратно-поступательный микротрибометр -02, содержащий уравновешенную измерительную головку с балансировочными грузами, столик-держатель с механизмом возвратно-поступательного движения образца, содержащий электромагниты привода, индукционный датчик перемещения индентора, сигнал с которого преобразуется в значение величины силы трения, датчик положения, шаговый привод, электромагнит системы нагружения, воздействующий через рычаг и датчик нагрузки на измерительную головку со сферическим индентором 4. Недостатком данного устройства является косвенная динамическая схема нагружения индентора через систему промежуточных рычагов, наличие большого количества обратных связей и сложность юстировки прибора, что снижает точность и достоверность полученных результатов измерений. Задача предлагаемой полезной модели - повышение точности измерения силы трения. Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем уравновешенную измерительную головку со сферическим индентором и балансировочными грузами, столик-держатель с механизмом возвратно-поступательного движения образца,регистрирующий датчик, регистрирующим датчиком является тензодатчик, разновеска установлена на верхней плоскости тензодатчика, а индентор закреплен с помощью цангового механизма. Сущность технического решения поясняется фигурой. Балансировочный рычаг 1 с встроенными подвижными грузами 10, тензодатчик 3 и индентор 4, представляющие собой уравновешенную измерительную головку, может поворачиваться вокруг горизонтальной оси 9, установленной в проушинах 8 станины устройства. К балансировочному рычагу 1 консольно закреплен тензодатчик 3 с индентором 4,закрепленным с помощью цангового механизма 5, расположенного в нижней части тензодатчика 3. Подвижные грузы 10 служат для приведения системы балансировочный рычаг 1 тензодатчик 3 - цанговый механизм 5 с индентором 4 в состояние равновесия до начала проведения эксперимента по измерению силы трения. На верхнюю плоскость тензодатчика 3 устанавливаются калиброванные разновески 2, обеспечивающие приложение нормальной нагрузки через тензодатчик 3 и индентор 4 к образцу 7, закрепленному на поверхности столика-держателя 6. Столик-держатель 6 с образцом 7, закрепленным на его поверхности, совершает возвратно-поступательные движения. Нормальная нагрузка , формируемая набором калиброванных разновесок 2, устанавливаемых на верхнюю плоскость тензодатчика 3, воздействует на поверхность исследуемого образца 7, закрепленного на поверхности столика-держателя 6, совершающего возвратно-поступательное движение . 2 53442009.06.30 Устройство работает следующим образом. На поверхности столика-держателя 6 закрепляется исследуемый образец 7. С помощью подвижных грузов 10 приводится в равновесие измерительная головка, состоящая из балансировочного рычага 1, тензодатчика 3, цангового механизма 5 и индентора 4. На верхнюю плоскость тензодатчика 3 устанавливается калиброванная разновеска 2. Включается механизм возвратно-поступательного движения столика-держателя 6 с исследуемым образцом 7. Под воздействием тангенциальной составляющей силы трения нижняя часть консольно закрепленного на балансировочном рычаге 1 тензодатчика 3 с жестко посаженым индентором 4 отклоняется на некоторый угол , пропорциональный величине силы трения пары образец-индентор, вызывая при этом рассогласование тензомоста. Электрический сигнал рассогласования, пропорциональный величине силы трения, передается на регистрирующее устройство, обрабатывается и выводится на измерительное устройство. Применение цангового механизма позволяет устанавливать индентор различного диаметра и, соответственно, с различным радиусом закругления его рабочей части, что дает возможность изменять площадь контакта индентора с образцом и таким образом варьировать условия взаимодействия индентора с исследуемым образцом. Таким образом, применение тензодатчика в качестве регистрирующего датчика в устройстве измерения силы трения позволяет измерять силу трения с большой точностью в широком диапазоне нагрузок за счет того, что нормальная нагрузкаприкладывается к исследуемому образцу непосредственно через систему тензодатчик-индентор, к тому же тензодатчик мостового типа с четырьмя тензорезисторами обладает высокой линейностью во всем диапазоне измерений (от 0,04 до 200 Г), а применение цангового механизма позволяет изменять условия взаимодействия индентора с образцом за счет возможности закрепления инденторов различного диаметра с различным радиусом закругления его рабочей части. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3