Способ определения коэффициента сопротивления качению сферических тел и устройство для его осуществления

где Го - Коэффициент сопротивления качению покояЕд - коэффициент сопротивления качению движенияос - угол наклона плоскости контробразца по отношению К горизонту.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подбирают величину подачи сжатого газа между образцом и дополнительной поверхностью, при которой происходит возврат образца в исходное положение для многократного повторения испытания.3. Устройство для определения коэффициентов сопротивления качению покоя и движения сферических тел, содержащее основание, источник сжатого газа, измеритель давления и регулятор подачи сжатого газа, отличающееся тем, что снабжено плоской направляющей с закрепленным на ней контробразцом, перпендикулярно которому установлена дополнительная плоская поверхность, в которой выполнен канал для подачи сжатого газа.4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дополнительная поверхность вь 1 полнена с возможностью перемещения в плоскости своей установки.5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что дополнительная поверхность вь 1 полнена в виде пластины из пластичного материала.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для определения коэффициентов сопротивления качению покоя и движения сферических тел.Существуют способы определения сопротивления качению, в которых образец приводят в контакт с контробразцом, прикладывают к образцу сдвигающую нагрузку или момент вращения и регистрируют перемещение образца. О сопротивлении качению судят по изменению скорости движения образца 1-3, по затуханию колебаний маятникового устройства, в котором образец и контробразец служат элементами опоры маятника 4-5, а также непосредственно регистрируя нагрузку, действующую на образец, при помощи силоизмерительного прибора 6-9.Известные способы имеют невысокую точность определения сопротивления качению,особенно в условиях свободного качения и при переходе образца от состояния покоя к движению. Это объясняется тем, что указанные способы не обеспечивают плавного нагружения образца сдвигающим усилием или моментом вращения и надежной регистрации начала движения. Недостатком способов 4-9 является низкая производительность измерений, связанная с необходимостью переналадки оборудования при смене образцов и большой длительностью испытаний. Известный способ определения силы трения при скольжении 10, согласно которому повышение точности достигается перемещением места приложения нормальной нагрузки, неприменим в случае свободного качения, т.к. вносит возмущение исходного состояния образца, что приводит к снижению точности измерения. Способами 11-13 затруднительно определить фрикционные характеристики образцов и контробразцов, имеющих различную форму и размеры.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ определения коэффициентов сопротивления свободного качения 14, согласно которому к паре цилиндрических образцов, соединенных общей осью, прикладь 1 вают момент вращения посредством груза весом о) с эксцентриситетом г и прокатывают образец по контробразцу, закрепленному на наклонной плоскости, угол наклона которой устанавливают подбором при каждом испытании.Однако Известный способ не позволяет определять Коэффициенты трения качения покоя и скольжения сферических образцов. Его низкая производительность связана с необходимостью сборки пары специальных роликовых образцов, подбора угла наклона контробразца в каждом испытании при определении коэффициента сопротивления качению покоя, а при определении коэффициента сопротивления качению движения - необходимостью измерения пути трения и положения груза, что отличается сложностью. При использовании способа затруднительно определять коэффициенты сопротивления качению покоя и движения в процессе одного испытания.Недостатком прототипа является и невысокая точность определения сопротивления качению, обусловленная колебаниями контробразца при подборе угла наклона. Кроме того, условия проведения испытаний по данному способу отличаются от режима свободного качения, так как помимо силы тяжести на образец действует вес груза.Известны также устройства для определения коэффициента сопротивления качению,содержащие образец в виде тела качения, контробразец, основание, направляющую для крепления контробразца, а также средства нагружения и регистрации параметров движения образца 3-7, 9, 15. В известных устройствах для нагружения образца использован механический привод, что затрудняет равномерное и плавное приложение нагрузки к образцу, снижая в результате точность измерения, а также наличие дополнительного оборудования для регистрации параметров движения образца, которое отличается сложностью.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому техническому рещению является устройство для определения силы трения полимерного материала о твердую поверхность, содержащее основание, направляющую,источник сжатого газа, измеритель давления газа и средство регистрации параметров движения образца 15. Работа этого устройства состоит в том, что образец размещают на направляющей, служащей контробразцом, перемещают образец при помощи сжатого газа и регистрируют параметры движения, а силу трения определяют по этим параметрам с учетом массы образца и давления газаВ известном устройстве контробразец выполнен в виде трубы, а образец - в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью трубы. При этом размеры образца должны быть близки к размерам поперечного сечения контробразца, что ограничивает область использования известного устройства, не позволяя определять сопротивление качению различных по форме и размерам образцов при неизменном контробразце. Наличие дополнительных средств регистрации параметров движения образца в виде датчиков положения усложняет конструкцию устройства и не позволяет достичь высокой точности измерения параметров движения в переходный от покоя к движению период.Задачей изобретения является повыщение точности и производительности определения коэффициента сопротивления качению, а также расщирение диапазона испытаний образцов различной формы и размеров.Поставленная задача рещается тем, что по предлагаемому способу коэффициент сопротивления качению образца определяют путем прокатывания образца по наклонной поверхности неподвижного контробразца под действием сжатого газа при непрерывной регистрации давления газа.Сущность способа состоит в том, что, как показано на фиг. 1, прокатывают образец по установленной под углом к горизонту поверхности контробразца, причем перед прокать 1 ванием по поверхности контробразца образец приводят в контакт с дополнительной плоской поверхностью, перпендикулярной плоскости контробразца, устанавливают дополнительную поверхность в горизонтальной плоскости и подают сжатый газ в пространство между образцом и дополнительной поверхностью, регистрируют давление газа, компенсирующее вес образца, после чего устанавливают контробразец под углом к горизонту, и прокать 1 вают образец по поверхности контробразца под действием сжатого газа, подаваемого в пространство между образцом и перпендикулярной ему дополнительной поверхностьюПрИ НСПРСРЫВНОЙ регистрации ДЗВЛСНИЯ пВа,а КОЭффИЦИСНТЫ СОПРОТИВЛВНИЯ КЗЧВНИЮ ПОКОЯ И ДВИЖСНИЯ ОПрСДСЛЯЮТ СООТВСТСТВСННО ПО максимальному И минимальному ДЗВЛСНИЮ сжатого газа, ИСХОДЯ ИЗ СООТНОШСНИЖгде Го - Коэффициент сопротивления качению покояЕд - коэффициент сопротивления качению движенияос - угол наклона плоскости контробразца по отношению К горизонту.С целью повышения точности определения коэффициентов сопротивления качению подбирают величину подачи газа между образцом и дополнительной поверхностью, при которой происходит возврат образца в исходное положение для многократного повторения испытания.Устройство для определения коэффициентов сопротивления качению покоя и движения сферических тел содержит основание, источник сжатого газа, измеритель давления и регулятор подачи сжатого газа и снабжено плоской направляющей с закрепленным на ней контробразцом, перпендикулярно которому установлена дополнительная плоская поверхность, в которой выполнен канал для подачи сжатого газа. Для расширения возможностей по измерению образцов различного диаметра дополнительная поверхность выполнена с возможностью перемещения в плоскости своей установки, а с целью повышения точности измерения она изготавливается в виде пластины из пластичного материала.На фиг. 1 представлена расчетная схема для определения коэффициентов сопротивления качению гм.) сферических образцов. На фиг. 2 представлена схема определения диаметра зоны нагружения (1. На фиг. 3 - расчетная схема для определения движущего момента Мд. На фиг. 4 - схема устройства для определения коэффициентов сопротивления качению сферических образцов. На фиг. 5 - схема устройства для определения коэффициентов сопротивления качению сферических образцов с фаской и электроизолирующей прокладкой.Для осуществления предлагаемого способа устанавливают контробразец под углом к горизонту и обеспечивают постоянный уровень подачи газа в замкнутое пространство между образцом и дополнительной поверхностью, непрерывно регистрируя давление газа. Монотонное увеличение давления газа на участок боковой поверхности образца создает движущий момент. Превышение движущим моментом суммы скатывающего момента и момента сопротивления качению покоя приводит к страгиванию образца.Регистрируемое при этом давление газа является максимальным, так как в дальнейшем при качении между дополнительной поверхностью и боковой поверхностью образца образуется зазор, через который происходит истечение газа. Увеличение зазора при движении образца приводит к непрерывному снижению давления, т.к. расход газа через зазор увеличивается, а подача его от источника остается на постоянном уровне. В результате наступает состояние, когда действующий на образец движущий момент становится равным сумме скатывающего момента и момента сопротивления качению движения образца,что приводит к остановке последнего. При этом измерителем регистрируют установившееся минимальное давление газа. Таким образом, давление газа является параметром,характеризующим одновременно нагружение и движение образца. Коэффициенты сопротивления качению покоя ГО и движения Гд определяют соответственно по максимальному ро и минимальному рд значениям давления газа, исходя из уравнения равновесия моментов, действующих на образец.В соответствии с фиг. 1 запишем уравнение равновесия моментов сил, приложенных к образцу относительно точки ОМСК М Мд О. (3) Здесь скатывающий момент Мск определяется по формуле Мок - 0,5 В т 51 п ос,где В - диаметр образца ш - масса образца 3 - ускорение свободного паденияос - угол наклона плоскости контробразца по отношению К горизонту. Момент сопротивления качению М определяется по формулегде Г - коэффициент сопротивления качению М ш созос - реакция опоры. Движуший момент Мд определяется по формуле Мд 0,5 В Рд, где Рд - результирующее усилие от давления газа. При испытании сферических образцов зона нагружения давлением р имеет круговую форму диаметром (1. Отсюда следует, чтопод) Мд 8 р. Подставляя выражения для моментов в формулу (3), получимОтсюда следует зависимость для определения коэффициентов сопротивления качению покоя и движения 2 1 а Родгде Го - коэффициент сопротивления качению покояЕд - коэффициент сопротивления качению движенияос - угол наклона плоскости контробразца по отношению к горизонтуВыбор угла наклона контробразца определяется тем, что скатывающий момент при очень малых углах наклона может быть меньше момента сопротивления качению образцов, что не позволит вернуться образцу в исходное положение и тем самым затрудняет повторение испытания. При значительных углах наклона возрастает погрешность определения коэффициента сопротивления качению в результате значительного превышения скатываюшим моментом момента сопротивления качению. В определенном интервале соотношения угла наклона контробразца и величины подачи газа образец под действием скатываюшего момента самопроизвольно возврашается в исходное положение с восстановлением замкнутого объема между образцом и дополнительной поверхностью. В результате обеспечивается автоматическое повторение (цикличность) описанного выше