Установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов

Номер патента: U 5317

Опубликовано: 30.06.2009

Авторы: Микяленис Андрюс Вальдович, Ермаков Сергей Федорович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОФРИКЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Ермаков Сергей Федорович Микяленис Андрюс Вальдович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов, содержащая основание, закрепленные на нем две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей образцов и контробразцов, узел нагружения, системы измерения силы трения и скорости вращения, Фиг. 7 53172009.06.30 привод вращения и систему нагрева, отличающаяся тем, что система нагрева в качестве нагревательного элемента содержит модуль Пельтье, присоединенный одной из своих рабочих поверхностей к нижней внешней поверхности оправки-держателя контробразцов, а другой опирается в прокладку из термоизоляционного материала, соединенную через изогнутую плоскую пружину с дном полой цилиндрической чаши, которая торцевой поверхностью боковых стенок через кольцевую прокладку из термоизоляционного материала соосно соединена с кольцевым участком нижней внешней поверхности оправкидержателя контробразцов, а нижней частью через сферическую опору и два вертикальных упора с узлом нагружения и через поводок с системой измерения силы трения и регулируемый источник питания модуля Пельтье. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что система нагрева содержит несколько модулей Пельтье, которые состыкованы либо параллельно, либо последовательно в каскады. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве регулируемого источника питания модулей Пельтье используют программируемый источник напряжений. 4. Установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что между модулями Пельтье и источником их питания находится переключатель, обеспечивающий переключение полярности напряжения питания модулей Пельтье на противоположное.(56) 1. А.с. СССР 1250920, МПК 01 19/02, 1986. 2. Матвеевский Р.М., Лашхи В.Л., Буяновский И.А. Смазочные материалы Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний Справочник. - М. Машиностроение, 1989. - С. 224. 3. Матвеевский Р.М. Температурная стойкость смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. - М. Наука, 1971. - С. 228. 4. ГОСТ 23.221-84. Метод экспериментальной оценки температурной стойкости смазочных материлов при трении. - С. 1-16. 5. Ермаков С.Ф., Купчинов Б.И., Плескачевский Ю.М., Шардин В.А. Влияние температуры мезоморфного состояния на смазочную способность жидких кристаллов и их смесей // Трение и износ. - 2003. - Т. 24. -5. - С. 534-540. Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для испытания смазочных материалов, а также присадок к ним на трение и износ в зависимости от температуры в зоне динамического контакта твердых тел. Известна машина трения для испытания смазочных материалов, содержащая основание, закрепленную на нем стойку, установленные в ней соосно друг другу два вала, предназначенные для размещения на их торцах двух сферических образцов, охватывающее валы кольцо, предназначенное для размещения в нем трех опорных шаров-контробразцов,контактирующих со сферическими образцами, охватывающую кольцо чашу, размещенную внутри разъемного электрообогревателя, привод вращения и узлы нагружения шаров и регистрации момента трения 1. Известны машины трения для определения температурной стойкости смазочных материалов при трении, обеспечивающие испытания смазочных материалов по шести схемам 2 вращающийся шар - три неподвижных шара (фиг. 1) вращающийся шар сферический поясок на торце кольца (фиг. 2) вращающийся шар - три неподвижных образца с плоскими поверхностями (фиг. 3) вращающийся шар - три цилиндрических ролика (фиг. 4) вращающийся конический образец - три цилиндрических ролика (фиг. 5) вращающийся конический образец - конический поясок на торце кольца (фиг. 6). 2 53172009.06.30 Принцип работы этих машин заключается в том, что вертикальный шпиндель имеет патрон для закрепления верхнего вращающегося образца (шар или цилиндрический образец с конической рабочей поверхностью), который контактирует с неподвижными контробразцами (по одной из описанных схем трения), укрепленными в чашке с исследуемым смазочным материалом. При помощи электронагревателя температура узла трения и окружающего его слоя смазочного материала изменяется в интервале 20-300 С и поддерживается на заданном уровне с погрешностью 3 С. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является четырехшариковая установка КТ-2, предназначенная для исследования трения при граничной смазке и для определения критических температур граничного слоя смазки на поверхностях трения 3. Установка содержит станину со стойкой, несущей подвижную втулку с кронштейном, в котором укреплен на шариковых подшипниках вращающийся шпиндель с верхним шаром-образцом, привод, включающий в себя электромотор и клиноременную передачу, масляную чашку с обоймой для трех нижних шаров-контробразцов и электронагреватель, помещенный на упорном подшипнике в подвижном стакане, связанном с рычагом нагружения, рычажную систему нагружения и узел измерения силы трения. Масляная чашка имеет двойное дно в пространстве между первым и вторым дном помещен электронагреватель из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм с общим сопротивлением около 50 Ом при напряжении питающего тока 127 В или диаметром 0,3 мм с общим сопротивлением около 90 Ом при напряжении 220 В. Испытания смазочных материалов проводят в соответствии с ГОСТ 9490-75 4 при постоянной скорости скольжения,постоянной осевой нагрузке и ступенчатом увеличении температуры. При этом электронагреватель обеспечивает подъем объемной температуры узла трения и окружающего его слоя смазочного материала в интервале температур 293-573 К и поддержание ее на заданном уровне с погрешностью не более 5 К. Продолжительность испытания на заданной температуре - 60 с. В процессе одноминутных испытаний регистрируются температура в объеме смазочного материала и момент трения между образцами. Недостатками известных установок для термофрикционных испытаний смазочных материалов являются использование в них в качестве системы нагрева электронагревателей и, вследствие этого, недостаточно высокая точность ( 3-5 К) поддержания на заданном уровне температуры в объеме смазочного материала, причем в течение довольно короткого времени (60 с). При более длительных испытаниях эта точность еще более ухудшается,особенно при необходимости создания небольших температур нагрева смазочного материала, т.к. температура электронагревателей находится в довольно сложной зависимости с напряжением их питания и не остается постоянной, а изменяется и зависит от времени приложения напряжения питания. Использование для поддержания заданной температуры электронагревателей специальных устройств регулирования, например тиристорных 5,требует значительного усложнения электрической системы нагрева и обеспечивает поддержание заданной температуры только в определенных пределах, что приводит к колебаниям температуры в исследуемом узле трения. Последнее особенно нежелательно при испытаниях таких смазочных материалов, как, например, холестерических жидких кристаллов, которые являются довольно структурно-чувствительными к изменению температуры, и поэтому даже небольшие изменения температуры могут приводить к достаточно большим изменениям коэффициента трения при наличии их в зоне динамического контакта 5. Другим недостатком таких систем нагрева является то, что температурный диапазон используемых в них электронагревателей снизу ограничен комнатными температурами( 20 С), в то время как при испытаниях смазочных материалов довольно часто возникает необходимость проведения экспериментов в более широких пределах, а именно при более низких, в том числе и минусовых температурах. 53172009.06.30 Кроме того, общим недостатком таких систем нагрева с электрическими нагревателями является необходимость их питания от источников с напряжением 127-220 В, что требует обеспечения дополнительных более повышенных мер безопасности при проведении экспериментов на данных установках трения. Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности поддержания заданной температуры в течение длительного периода времени при ее ступенчатом изменении в зоне трения и расширение диапазона регулирования температуры в сторону более низких, в том числе и минусовых температур. Решение поставленной задачи достигается тем, что, согласно полезной модели, установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов содержит основание, две платформы с установленными в них соосно друг другу двумя валами, предназначенными для закрепления оправок-держателей образцов и контробразцов, узел нагружения, системы измерения силы трения и скорости вращения, привод вращения и систему нагрева,причем система нагрева в качестве нагревательного элемента содержит модуль Пельтье,присоединенный одной из своих рабочих поверхностей к нижней внешней поверхности оправки-держателя контробразцов, а другой опирается в прокладку из термоизоляционного материала, соединенную через изогнутую плоскую пружину с дном полой цилиндрической чаши, которая торцевой поверхностью боковых стенок через кольцевую прокладку из термоизоляционного материала соосно соединена с кольцевым участком нижней внешней поверхности оправки-держателя контробразцов, а нижней частью через сферическую опору и два вертикальных упора с узлом нагружения и через поводок с системой измерения силы трения и регулируемый источник питания модуля Пельтье. Для расширения диапазона регулирования температур система нагрева содержит несколько модулей Пельтье, которые состыкованы либо параллельно, либо последовательно в каскады, а в качестве регулируемого источника питания модулей Пельтье используют программируемый источник напряжений, причем между модулями Пельтье и источником их питания находится переключатель, обеспечивающий переключение полярности напряжения питания модулей Пельтье на противоположное. Таким образом, в предлагаемой полезной модели может осуществляться не только нагрев, но и охлаждение исследуемого смазочного материала, и эти процессы основаны на эффекте Пельтье, заключающемся в том, что при пропускании тока через модуль Пельтье,состоящий из множества специально подобранных полупроводниковых пластиночек, одни из них нагреваются, другие охлаждаются при данном направлении тока и наоборот при другом направлении тока. В соответствии с этим одна из рабочих поверхностей модуля Пельтье, контактирующая с одними поверхностями специально подобранных полупроводниковых пластиночек, интегрально нагревается, а другая, контактирующая с другими поверхностями, интегрально охлаждается. При этом температура рабочих поверхностей модулей Пельтье находится в практически линейной зависимости от напряжения питания модулей Пельтье, а также определяется полярностью подключения источника питания. Причем разность температур на горячей и холодной рабочих поверхностях зависит от количества полупроводниковых пластиночек и всегда одинакова при данном значении напряжения питания. То есть если разность температур составляет 40 градусов, то при температуре горячей поверхности 50 градусов температура холодной составит 10 градусов. При 20 градусах на горячей поверхности - 20 градусов ниже нуля на другой холодной рабочей поверхности. Модули Пельтье можно состыковывать в параллельные и последовательные каскады - каждый горячий полюс одного модуля к холодному полюсу другого. Тогда между горячей и холодной сторонами крайних модулей возникнет большая разность температур, приближенно равная сумме разностей температур всех модулей (линейное соотношение верно для двух - трех модулей). Таким образом, с помощью модулей Пельтье в предлагаемой полезной модели осуществляется нагрев или охлаждение вплоть до минусовых температур оправки-держателя 4 53172009.06.30 контробразцов, а следовательно, исследуемого смазочного материала, находящегося в зоне трения. При этом осуществляется высокая точность поддержания заданной температуры в течение длительного периода времени при ее ступенчатом изменении в зоне трения,т.к. модули Пельтье выполнены на полупроводниковых элементах, температура поверхностей которых находится в прямой зависимости от величины приложенного к ним напряжения питания и поддерживается с высокой точностью при данном значении напряжения, а с помощью регулируемого программируемого источника напряжений и переключателя полярности его подключения к модулям Пельтье осуществляется регулирование температуры в достаточно широких пределах и расширение ее диапазона в сторону более низких, в том числе и минусовых температур. При этом следует отметить, что модули Пельтье не требуют больших питающих напряжений (обычно они не превышают 1215 В), что, в сравнении с электрическими нагревателями, подтверждает также более безопасное их использование. На фиг. 1-6 представлены известные схемы термофрикционных испытаний смазочных материалов, а на фиг. 7 - установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов, общий вид. Установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов содержит основание 1, закрепленные на нем через стойки 2 и 3 две платформы 4 и 5 с установленными в них соосно друг другу двумя валами 6 и 7, предназначенными для закрепления оправокдержателей 8 и 9 образцов 10 (на фиг. 7 в качестве образцов показаны пальчиковые образцы, на фиг. 1-6 вращающийся шар вращающийся конический образец. Эти образцы при необходимости закрепляются в оправке-держателе 8) и контробразцов 11 (на фиг. 7 в качестве контробразца показан диск, на фиг. 1-6 три неподвижных шара сферический поясок на торце кольца три неподвижных образца с плоскими поверхностями три цилиндрических ролика конический поясок на торце кольца. Перечисленные контробразцы при необходимости закрепляются в оправке-держателе 9), узел нагружения 12, системы измерения силы трения 13 и скорости вращения 14, привод вращения 15 и систему нагрева 16, причем система нагрева в качестве нагревательного элемента содержит модуль Пельтье 17, присоединенный одной из своих рабочих поверхностей к нижней внешней поверхности оправки-держателя 9 контробразцов, а другой опирается в прокладку из термоизоляционного материала 18, соединенную через изогнутую плоскую пружину 19 с дном полой цилиндрической чаши 20, которая торцевой поверхностью боковых стенок через кольцевую прокладку из термоизоляционного материала 21 соосно соединена с кольцевым участком нижней внешней поверхности оправки-держателя 9 контробразцов, а нижней частью через сферическую опору 22 и два вертикальных упора-штифта 23 с узлом нагружения 12 и через поводок 24 с системой измерения силы трения 13 и регулируемый источник питания 25 модуля Пельтье. Для расширения диапазона регулирования температур система нагрева содержит несколько модулей Пельтье 17 (А, Б, В, Г и т.д.), которые состыковываются либо параллельно, либо последовательно в каскады, а в качестве регулируемого источника питания модулей Пельтье используют программируемый источник напряжений, причем между модулями Пельтье и источником их питания находится переключатель 26, обеспечивающий переключение полярности напряжения питания модулей Пельтье на противоположное. Вал 6 установлен в подшипнике скольжения 27, закрепленном на платформе 4, и имеет осевое перемещение. Вал 7, наоборот, не имеет осевого перемещения и установлен в подшипниках качения 28, размещенных в цилиндрической направляющей 29, закрепленной на платформе 5. Вращение на вал 7 передается от привода 15 через клиноременную передачу 30. Узел нагружения 12 выполнен в виде вала 6,имеющего возможность свободного перемещения в осевом направлении, на верхнем торце которого в подшипнике качения 31 расположена конусообразная пластина 32 с шаровой опорой 22 и жестко закрепленными в ее верхней конусообразной части двумя вертикальными упорами-штифтами 23, а нижней плоской части - поводком 24. Угловое 5 53172009.06.30 вращение чаши 20 через шаровую опору 22, вертикальные упоры-штифты 23 и поводок 24 конусообразной пластины 32 воздействует на упругий элемент 33 системы измерения силы трения 13. Нижний торец вала 6 через шаровую опору 34 соединен с рычагом 35, шарнирно закрепленном в кронштейне 36, установленном на нижней части плиты 4 и предназначенном для закрепления грузов 37 узла нагружения 12. Установка работает следующим образом. В оправках-держателях 8 и 9 в соответствии со схемами испытаний смазочных материалов, показанными на фиг. 1-7, закрепляют образцы 10 и контробразцы 11, и в пространство между ними помещают исследуемый смазочный материал. Затем с помощью узла нагружения 12 через рычаг 35 с грузами 37 и вал 6, перемещая последний в осевом направлении, осуществляют контакт образцов 10 с контробразцами 11. С помощью регулируемого источника питания 25 и переключателя 26 подают на модули Пельтье 17, заданные по величине и полярности напряжения. В результате непосредственного контакта одной из рабочих поверхностей модулей Пельтье с нижней внешней поверхностью оправки-держателя 9 контробразцов 11 в зависимости от положения переключателя 26 и полярности питающего их напряжения осуществляется нагрев или охлаждение вплоть до минусовых температур и поддержание на заданном уровне температуры в течение требуемого промежутка времени исследуемого смазочного материала, находящегося в зоне контакта между образцами 10 и контробразцами 11. С помощью привода 15 через клиноременную передачу 30 приводят во вращение вал 7 с образцами 10. Возникающие в контакте образцов 10 и контробразцов 11 силы трения поворачивают вокруг оси вращения оправку-держатель 9 и соединенную с ней цилиндрическую чашу 20, которая через сферическую опору 22 и два вертикальных упора-штифта 23 и поводок 24, закрепленные на конусообразной пластине 32, воздействуют на упругий элемент 33 системы 13 измерения момента трения, по которому оценивают свойства исследуемого смазочного материала при данной температуре испытания. Далее образцы 10 и контробразцы 11 заменяют новыми, в их контакт вводят новую партию смазочного материала, с помощью регулируемого источника питания 25 задают следующий уровень температуры в зоне динамического контакта и процесс испытаний повторяют, но уже при другой температуре узла трения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7

МПК / Метки

МПК: G01N 3/56

Метки: испытаний, установка, материалов, термофрикционных, смазочных

Код ссылки

<a href="https://by.patents.su/7-u5317-ustanovka-dlya-termofrikcionnyh-ispytanijj-smazochnyh-materialov.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Установка для термофрикционных испытаний смазочных материалов</a>

Похожие патенты