Устройство для измерения величины силы трения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СИЛЫ ТРЕНИЯ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии Учреждение образования Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка(72) Авторы Андреев Михаил Анатольевич Барайшук Сергей Михайлович Макаревич Евгений Петрович Суворов Анатолий Николаевич Ташлыков Игорь Серафимович Мойсейчик Анатолий Николаевич Маркова Людмила Владимировна Кузнецова Татьяна Анатольевна(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии Учреждение образования Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка(57) Устройство для измерения величины силы трения, содержащее уравновешенную измерительную головку, включающую балансировочный рычаг с встроенным подвижным грузом и индентор, набор калиброванных разновесок, механизм изменения радиуса дорожки износа, исследуемый образец со столиком-держателем, соединенным с регистрирующим датчиком и серводвигателем, обеспечивающим вращение образца,отличающееся тем, что регистрирующим датчиком является датчик крутящего момента.(56) 1. Патент 2259553, МПК 01 3/56, опубл. 27.08.2005. 2. Патент 2244290, МПК 01 19/02, опубл. 10.01.2005. 3. Патент 2284503, МПК 01 19/02, опубл. 27.09.2006. 4. Трибометры компании . Для трибологических исследований в диапазоне Нано и Микро. Электронный ресурс - Режим доступа - //.-.///63. Дата доступа 28.06.2010 г. Предлагаемая полезная модель относится к области триботехники, а именно к устройствам для измерения величины силы трения, и может быть использована для изучения процессов, происходящих при взаимодействии деталей в узлах трения машин и механизмов. Известно устройство для испытания на износ, содержащее корпус, расположенные в нем привод возвратно-поступательного движения образца, узел статического нагружения,выполненный в виде рычага с грузом, узел динамического нагружения, состоящий из кулачка привода, рычага с грузом, пальца, размещенного соосно с контробразцом, передающего нормальную составляющую динамической нагрузки на образец через рычаг статической нагрузки, который жестко связан с контробразцом 1. Известно устройство для испытания материалов на трение, содержащее основание, установленный на основании механизм, на котором расположены держатели с пазами для соответствующего взаимного размещения в них образца и контробразца, привод возвратно-поступательного перемещения механизма, узел нагружения образцов, датчик регистрации усилий и индикатор, соединенный с держателем контробразца, датчик регистрации перемещения и индикатор, соединенный с держателем образца, регистрирующую аппаратуру, с которой соединены датчики регистрации перемещения и усилий. Каждый датчик выполнен оптико-механическим в виде диска с прорезями, надетого на ось для стрелки соответствующего индикатора между излучателем и фотодатчиком, а в качестве регистрирующей аппаратуры использован компьютер, причем датчики соединены с последним через порт мыши, кроме этого, механизм, на котором размещены держатели, выполнен в виде платформы на катках, а узел нагружения снабжен тележкой с катками, размещенными на держателе контрообразца 2. Известно устройство для измерения силы трения, содержащее основание, установленные на нем держатель образца, каретку с держателем контртела, узел нагружения, измеритель силы трения и привод перемещения одного из держателей. Устройство снабжено направляющей, закрепленной на каретке перпендикулярно поверхности образца, штоком,перемещающимся в направляющей поступательно, узлом нагружения, закрепленным на одном конце штока, шарниром, расположенным на другом конце штока, причем шарнир выполнен с осью качания, параллельной поверхности образца и перпендикулярной направлению перемещения образца и контртела, держателем в виде стержня, один конец которого закреплен на оси шарнира, а на другом крепится контртело, пружиной и измерителем силы трения, установленными на каретке оппозитно с разных сторон держателя контртела и параллельно плоскости образца на равном расстоянии от оси шарнира до рабочей поверхности образца и удерживающими держатель контртела перпендикулярно рабочей плоскости образца усилием, выбираемым из условия необходимого диапазона измерения сил трения в обоих направлениях 3. К основным недостаткам этих устройств и аналогичных им выпускаемых трибометров следует отнести отсутствие возможности исследовать процессы трения в модифицированных слоях и тонких покрытиях от 10-50 нм до нескольких микрометров. Кроме того, эти 69752011.02.28 устройства ориентированы на измерение характеристик крупногабаритных образцов и имеют недостаточно высокую точность измерения величины износа. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является трибометр 4, включающий уравновешенную измерительную головку с эластичным держателем и закрепленным на нем индентором, соединенным с регистрирующим датчиком, набор калиброванных разновесок, механизм изменения радиуса износа, исследуемый образец со столиком-держателем. Недостатком данного устройства является использование в качестве датчика, регистрирующего величину силы трения, датчика, который расположен в горизонтальной плоскости и реагирует на усилие, с которым вращающийся образец отклоняет эластичный держатель с закрепленным индентором под действием силы трения между вращающимся образцом и нагруженным индентором. В процессе исследования эластичный держатель с закрепленным индентором при взаимодействии с вращающимся образцом отклоняется с небольшими колебаниями, дорожка износа получается нечеткая и может изменяться по радиусу, что приводит к дополнительной погрешности в измерении величины силы трения. Задача предлагаемой полезной модели - повышение точности измерения величины силы трения. Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем уравновешенную измерительную головку, включающую балансировочный рычаг с встроенным подвижным грузом и индентор, набор калиброванных разновесок, механизм изменения радиуса дорожки износа, исследуемый образец со столиком-держателем,соединенным с регистрирующим датчиком и серводвигателем, обеспечивающим вращение образца, регистрирующим датчиком является датчик крутящего момента. Сущность технического решения поясняется фигурой. Балансировочный рычаг 5 с встроенным подвижным грузом 3 и индентор 7, представляющие собой уравновешенную измерительную головку, могут поворачиваться вокруг горизонтальной оси 4, установленной в проушинах стойки 2 механизма изменения радиуса кольца износа. Исследуемый образец 8, представляющий собой диск, закреплен на столике-держателе 9. Столик-держатель 9 через датчик крутящего момента 10 соединен с серводвигателем 11, обеспечивающим вращение с заданной скоростью столика-держателя 9 с образцом 8. Подвижный груз 3 служит для приведения системы балансировочный рычаг 5 с встроенным грузом 3 - индентор 7 в состояние равновесия до начала проведения эксперимента по измерению силы трения. На верхнюю плоскость балансировочного рычага 5 устанавливаются калиброванные разновески 6, обеспечивающие приложение нормальной нагрузки через индентор 7 к образцу 8, закрепленному на поверхности столика-держателя 9. Образец 8, закрепленный на поверхности столика-держателя 9 и соединенный через датчик крутящего момента 10 с серводвигателем 11, совершает вращательное движение. Регулировочный винт 1 служит для изменения радиуса дорожки износа. Устройство работает следующим образом. На поверхности столика-держателя 9 закрепляется исследуемый образец 8. С помощью регулировочного винта 1 устанавливается радиус дорожки износа. С помощью подвижного груза 3 приводится в равновесие измерительная головка, состоящая из балансировочного рычага 5 с встроенным грузом 3 и индентора 7. Включается серводвигатель 11, вращающий столик-держатель 9 с исследуемым образцом 8. Датчик крутящего момента 10, установленный между серводвигателем 11 и столиком-держателем 9 с образцом 8, определяет момент сопротивления в подшипниках качения и других узлах сопротивления, которые устройство испытывает при работе без нагрузки на индентор 7. При этом индентор 7 не касается исследуемого образца 8. После определения момента сопротивления при работе устройства без нагрузки на верхнюю плоскость балансировочного рычага 5 устанавливается калиброванная разновес 3 69752011.02.28 ка 6. При этом датчик крутящего момента 10 регистрирует суммарный момент сопротивления, который испытывает образец 8 при взаимодействии с нагруженным индентором 7,плюс момент сопротивления устройства при его работе без нагрузки. Вычитая из суммарного показания датчика крутящего момента 10, полученного при работе устройства под нагрузкой, величину показания, зафиксированного при работе устройства без нагрузки, мы получаем точное значение усилия, которое испытывает вращающийся образец 8 при взаимодействии с нагруженным индентором 7. Таким образом, применение датчика крутящего момента в качестве регистрирующего датчика в устройстве измерения величины силы трения позволяет измерять величину силы трения с большой точностью в широком диапазоне нагрузок за счет того, что, используя датчик крутящего момента, можно точно определить усилие, которое испытывает исследуемый образец при взаимодействии с нагруженным индентором. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4