close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14200

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14200
(13) C1
(19)
G 01N 3/56
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС
(21) Номер заявки: a 20060792
(22) 2006.07.27
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: Броновец Марат Александрович (RU)
(72) Автор: Броновец Марат Александрович (RU)
(73) Патентообладатель: Броновец Марат
Александрович (RU)
(56) RU 2073846 C1, 1997.
RU 2235307 C2, 2004.
SU 1377666 A1, 1988.
SU 938096, 1982.
GB 1429406, 1976.
BY 14200 C1 2011.04.30
(57)
1. Устройство для испытания материалов на трение и износ, включающее привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя, содержащего неподвижный статор и
полый ротор, выполненный с возможностью закрепления в нем образца в виде испытываемого диска, взаимодействующего с контробразцом в виде испытываемого индентора,
расположенного на тензометрической балке, установленной на статоре и осуществляющей прижатие испытываемого индентора к боковой поверхности испытываемого диска за
счет собственной упругости, а тензодатчик, установленный на тензометрической балке,
соединен с регистрирующим прибором.
Фиг. 1
BY 14200 C1 2011.04.30
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено вторым испытываемым индентором, закрепленным на второй тензометрической балке, осуществляющей прижатие
второго испытываемого индентора к боковой поверхности образца материала с другой
стороны за счет собственной упругости.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что испытываемые инденторы расположены оппозитно с соосным приложением сил и выполнены в виде симметричных тел, установленных соосно, а тензодатчики обеих тензометрических балок соединены по мостовой
схеме.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в каждой тензометрической балке выполнены по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси
сквозных отверстий выполнены перпендикулярно осям испытываемых инденторов.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в каждой тензометрической балке выполнена вторая пара сквозных отверстий, соединенных сквозной прорезью, при этом оси второй пары сквозных отверстий выполнены параллельно осям испытываемых инденторов.
6. Устройство по одному из пп. 2-5, отличающееся тем, что тензометрические балки
соединены со статором через пружинящие вдоль оси образца материала крышки.
7. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что тензометрические балки выполнены в
виде жестко соединенного со статором U-образного моноблока с образованием замкнутого силового контура.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в тензометрических балках выполнены
по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси сквозных отверстий выполнены перпендикулярно осям испытываемых инденторов.
9. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в каждой тензометрической балке выполнена вторая пара сквозных отверстий, соединенных сквозной прорезью, при этом оси второй пары сквозных отверстий выполнены параллельно осям испытываемых инденторов.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что испытываемый индентор закреплен в
тензометрической балке с возможностью смещения вдоль его продольной оси.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что механизм смещения испытываемого
индентора выполнен в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой
резьбы, при этом испытываемый индентор снабжен средством его законтривания.
Предлагаемое изобретение относится к технике исследования триботехнических
свойств конструкционных и смазочных материалов, а также покрытий, и может быть использовано преимущественно при исследовании поведения материалов в условиях космоса, а также при испытаниях на трение и износ в наземных условиях.
Известен узел трения к устройству для испытания на трение и износ [SU 1179145], содержащий держатель образцов, держатель кольцевого контробразца, привод вращения
держателя контробразца и узел нагружения.
Недостатком данного устройства является наличие подшипников качения, что вносит
погрешность в измеряемый момент трения между образцами и увеличивает нестабильность результатов, получаемых во время испытаний.
К тому же к недостаткам следует отнести невозможность: 1) придания испытываемым
образцам требуемой нормальной нагрузки с высокой точностью, что особенно важно при
испытаниях в диапазоне малых нагрузок; 2) определение износа образцов в процессе испытания. Для определения износа требуется остановка испытания и полная или частичная
разборка узла трения. Это вызывает дополнительные трудности при испытаниях, повышает трудоемкость испытаний и вносит существенные погрешности при измерении момента
трения и нестабильность результатов в процессе испытания.
Известно устройство для испытания материалов на трение и износ [SU 853406], содержащее основание, держатель контробразца, выполненный в виде сферической пяты, держа2
BY 14200 C1 2011.04.30
тель образца, взаимодействующий с приводом вращения, силоизмерительные элементы,
выполненные в виде упругих элементов с установленными на них тензодатчиками, узел
нагружения, состоящий из пневмосистемы, а приложение нагрузки к контробразцу осуществляется сжатым воздухом.
Недостатком известного устройства является невозможность проведения испытаний в
диапазоне малых нагрузок, что характерно при испытаниях твердосмазочных покрытий.
Уменьшение нагрузки прикладываемой к контробразцу приводит к уменьшению воздушного зазора между держателем контробразца, выполненного в виде сферической пяты, и
сферической опорой.
При некоторой критической нагрузке воздушный зазор настолько уменьшается, что
приводит к взаимодействию микровыступов, расположенных на поверхности сферической
опоры и сферической пяты, тем самым вызывая увеличение трения между опорой и пятой,
величина которого становится сравнима с величиной трения между образцами, что искажает измеряемый момент трения между образцами и приводит к ошибочности результатов, получаемых во время испытаний в диапазоне малых нагрузок. К недостаткам следует
отнести и сложность изготовления отдельных деталей и узлов устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому относится устройство
для испытания материалов на трение и износ в условиях космоса [Трение и износ. - Т. 24,
№ 6. - 2003. - С. 626-635].
Известное устройство содержит узел трения "диск-индентор", который представляет
собой диск с двумя поверхностями трения, по которым скользят два полусферических индентора. Диск жестко закреплен на приводном валу, а инденторы - на специальных рычагах. Нагрузка на инденторы осуществляется с помощью тарированной пружины.
Все узлы трения приводятся во вращение с помощью выходного вала привода через
зубчатые колеса. Момент трения в паре "диск-индентор" измеряется упругой тензометрической балкой. Электрические сигналы поступают на два тензометрических преобразователя, с которых они передаются на регистрирующий прибор при наземных испытаниях
или в бортовую систему телеметрии космического аппарата при испытаниях в космическом пространстве.
Недостатками известного устройства являются достаточно большие массогабаритные
характеристики, что обусловлено использованием в качестве привода двигателя, снабженного
редуктором, относительно невысокая точность измерения, обусловленная использованием
значительных масс, участвующих в измерениях, а также невысокие скорости скольжения
и удельные давления в контакте индентора и диска.
Заявляемое в качестве изобретения устройство для испытания материалов на трение и
износ направлено на уменьшение его массогабаритных характеристик, повышение точности измерения, увеличения скоростей скольжения и удельных давлений в зоне контакта и
увеличение объема получаемой при испытаниях информации.
Указанный результат достигается тем, что устройство для испытания материалов на
трение и износ включает привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя,
содержащего неподвижный статор и полый ротор, выполненный с возможностью закрепления в нем образца в виде испытываемого диска, взаимодействующего с контрообразцом
в виде испытываемого индентора, расположенного на тензометрической балке, установленной на статоре и осуществляющей прижатие испытываемого индентора к боковой поверхности испытываемого диска за счет собственной упругости, а тензодатчик, установленный
на балке, соединен с регистрирующим прибором.
Указанный результат достигается также тем, что оно снабжено вторым испытываемым индентором, закрепленным на второй тензометрической балке, осуществляющей
прижатие второго испытываемого индентора к боковой поверхности образца материала с
другой стороны за счет собственной упругости.
Указанный результат достигается также тем, что испытываемые инденторы расположены оппозитно с соосным приложением сил и выполнены в виде симметричных
3
BY 14200 C1 2011.04.30
тел, установленных соосно, а тензодатчики обеих тензометрических балок соединены по
мостовой схеме.
Указанный результат достигается также тем, что в каждой тензометрической балке
выполнены по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси
сквозных отверстий выполнены перпендикулярно осям испытываемых инденторов.
Указанный результат достигается также тем, что в каждой тензометрической балке
выполнена вторая пара сквозных отверстий, соединенных сквозной прорезью, при этом
оси второй пары отверстий выполнены параллельно осям испытываемых инденторов.
Указанный результат достигается также тем, что тензометрические балки соединены
со статором через пружинящие вдоль оси образца материала крышки.
Указанный результат достигается также тем, что тензометрические балки выполнены
в виде жестко соединенного со статором U-образного моноблока с образованием замкнутого силового контура.
Указанный результат достигается также тем, что в тензометрических балках выполнены по два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси отверстий
выполнены перпендикулярно осям испытываемых инденторов.
Указанный результат достигается также тем, что в каждой тензометрической балке
выполнена вторая пара сквозных отверстий, соединенных сквозной прорезью, при этом
оси второй пары отверстий выполнены параллельно осям испытываемых инденторов.
Указанный результат достигается также тем, что испытываемый индентор закреплен в
тензометрической балке с возможностью смещения вдоль его продольной оси.
Указанный результат достигается также тем, что механизм смещения испытываемого
индентора выполнен в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой
резьбы, при этом испытываемый индентор снабжен средством его законтривания.
Использование в качестве привода вращения одного из образцов, в частности, диска,
высокомоментного электродвигателя позволяет существенно снизить массогабаритные
характеристики устройства, т.к. отпадает необходимость в снабжении электродвигателя
редуктором.
Использование упругих свойств тензометрической балки, за счет которых осуществляется прижатие индентора (контробразца) к боковой поверхности диска, позволяет отказаться от специальных средств, обеспечивающих нагружение контробразца, что также
приводит к снижению массогабаритных характеристик.
Снабжение устройства вторым индентором, закрепленным на второй тензометрической балке, также закрепленной на статоре и осуществляющей прижатие индентора к боковой поверхности диска за счет собственной упругости, позволяет увеличить производительность испытаний, т.к. увеличивается объем одновременно снимаемой информации.
Расположение инденторов оппозитно по обеим сторонам диска с соосным приложением нормальных сил к боковым поверхностям диска обеспечивает симметричную нагрузку
на диск, позволяет разгрузить подшипники ротора от осевых сил, что повышает точность
вращения диска.
Соединение обеих балок в мостовую схему позволяет повысить точность измерений за
счет учета биения диска.
Выполнение инденторов в виде симметричных тел позволяет обеспечить симметричность прикладываемой нормальной нагрузки индентора на поверхность диска и дает возможность более точно рассчитать контактные давления, а их соосное расположение
уравновешивает боковые давления на диск.
Выполнение в каждой из балок двух сквозных отверстий, оси которых расположены
перпендикулярно оси инденторов, и соединение отверстий сквозной прорезью позволяет
сохранять угловое расположение индентора относительно плоскости диска независимо от
износа диска и индентора, а также измерять с высокой точностью нормальную нагрузку
на индентор, т.к. тензометрические устройства устанавливаются в местах наибольшего
прогиба нагружающих балок.
4
BY 14200 C1 2011.04.30
Из-за наличия отверстий в балке формируются четыре относительно тонкие перемычки (между внешней поверхностью балки и поверхностью отверстия), которые при деформации балки в пределах действия закона Гука, ведут себя как шарниры, а наличие прорези
между отверстиями позволяет осуществлять смещение этих "квазишарниров" как углов
параллелограмма с сохранением параллельности между противоположными сторонами.
Выполнение в каждой балке второй пары сквозных отверстий, соединенных сквозной
прорезью так, что оси отверстий расположены параллельно оси инденторов дает возможность одновременно измерять силу трения индентора по диску.
Выполнение тензометрических балок в виде жестко соединенного со статором U-образного моноблока с образованием замкнутого силового контура позволяет снизить погрешности измерений, обусловленные соединением балок между собой через промежуточные
элементы, например, статор. В таком варианте выполнения со статором будет соединена
не каждая балка, а основание U-образного моноблока. Кроме того, за счет такого выполнения обеспечивается более симметричная нагрузка на инденторы, взаимодействующие с
боковыми поверхностями диска, что также позволяет повысить точность измерений. При
этом, в балках U-образного моноблока так же, как и в случае раздельного изготовления
балок, инденторы могут быть выполнены в виде симметричных тел и установлены соосно,
а также в балках могут быть выполнены по два сквозных отверстия, оси которых расположены перпендикулярно оси инденторов, и соединены сквозной прорезью и по два сквозных
отверстия с осями, параллельными оси инденторов и соединенных сквозной прорезью.
Закрепление индентора в тензометрической балке с возможностью смещения вдоль
его продольной оси дает возможность регулирования нормальной силы.
Выполнение механизма смещения индентора в виде нанесенной на нем и в тензометрической балке винтовой резьбы и снабжение индентора средством его законтривания
обеспечивает наиболее простым образом установку точного значения нормальной нагрузки.
Сущность заявляемого устройства для испытания материалов на трение и износ поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг. 1 показано схематично в разрезе
устройство для испытания материалов на трение и износ в наиболее общем виде; на фиг. 2
показан схематично в разрезе вариант реализации устройства для испытания материалов
на трение и износ с двумя тензометрическими балками; на фиг 3 показан схематично в
разрезе вариант реализации устройства для испытания материалов на трение и износ с
двумя тензометрическими балками, выполненными в виде жестко соединенного со статором U-образного моноблока с образованием замкнутого силового контура; на фиг. 4 показаны варианты реализации тензометрических балок, в каждой из которых выполнены по
два сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью, при этом оси отверстий выполнены перпендикулярно оси инденторов; на фиг. 5 представлена схема взаимодействия инденторов с поверхностью диска за счет выполнения в тензометрических балках по два
сквозных отверстия, соединенных сквозной прорезью; на фиг. 6 показан вариант реализации
тензометрических балок, в каждой из которых выполнены по две пары сквозных отверстий, соединенных сквозной прорезью так, что оси отверстий расположены параллельно и
перпендикулярно оси инденторов; на фиг. 7 показан в разрезе наиболее предпочтительный вариант реализации устройства для испытания материалов на трение и износ; на
фиг. 8 дано изображение пружинящей вдоль оси испытываемого диска крышки, охватывающей полый ротор, через которую тензометрические балки могут быть соединены со
статором; на фиг. 9 показаны варианты реализации индентора в соответствии с пп. 10 и 11
формулы изобретения.
Пример 1.
В самом общем случае устройство для испытания материалов на трение и износ содержит привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя, статор которого 1
через подшипник 2 соединен с полым ротором 3. В роторе 3 закреплен испытываемый
диск 4, который взаимодействует с испытываемым индентором 5, который закреплен на
5
BY 14200 C1 2011.04.30
тензометрической балке 6. Балка 6 закреплена на статоре 1 таким образом, что осуществляется упругое прижатие индентора 5 к боковой поверхности диска 4. На тензометрической балке известным образом наклеен тензодатчик (на чертеже не показан), который
может быть выбран из числа известных. Тензодатчик соединен с регистрирующим прибором, который также выбирается из числа известных. В качестве высокомоментного двигателя может быть использован выпускаемый серийно в Республике Беларусь двигатель
серии RSM-P-24-122.
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание от источника энергии (на чертежах не показан). В результате этого ротор 3 вместе с
закрепленным в нем диском 4 начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1.
Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленный
на балке индентор 5 будет скользить по поверхности диска 4. В результате взаимодействия индентора 5 и диска 4 в балке 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенного на балку тензодатчика. Возникающий в результате этого электрический сигнал будет зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную
характеристику тензодатчика, можно будет определить на основании полученных данных
параметры трения пары "диск-индентор".
Пример 2.
Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит привод вращения в
виде высокомоментного электродвигателя, статор которого 1 через подшипник 2 соединен
с полым ротором 3. В роторе 3 закреплен испытываемый диск 4, который взаимодействует с двумя испытываемыми инденторами 5, каждый из которых закреплен на отдельной
тензометрической балке 6. Балки 6 закреплены на статоре 1 таким образом, что осуществляется упругое прижатие инденторов 5 к боковой поверхности диска 4. При этом балки
закрепляют так, чтобы инденторы находились строго друг против друга (оппозитно), а
векторы нормальных к поверхности диска сил, прилагаемых к ним, находились на одной
оси. Для обеспечения этого наиболее целесообразно выполнять инденторы в виде соосно
расположенных симметричных тел, например полусфер многогранных пирамид, усеченных
конусов и т.д. На каждой тензометрической балке известным образом наклеен тензодатчик
(на чертеже не показан), который может быть выбран из числа известных. Тензодатчики
обеих балок соединяют в мостовую схему и подключают к регистрирующему прибору.
Устройство функционирует так же, как описано в примере 1, за исключением того, что
в результате проведения испытаний получают информацию одновременно с двух пар трения.
Пример 3.
Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит привод вращения в
виде высокомоментного электродвигателя, статор которого 1 через подшипник 2 соединен
с полым ротором 3. В роторе 3 закреплен испытываемый диск 4, который взаимодействует с двумя испытываемыми инденторами 5, каждый из которых закреплен на отдельной
тензометрической балке 6. Балки 6 соединены между собой массивной перемычкой 7. В
результате этого создается U-образный моноблок с образованием замкнутого силового
контура. Моноблок закреплен на статоре 1 таким образом, что осуществляется упругое
прижатие балками инденторов 5 к боковой поверхности диска 4. При этом балки Uобразного моноблока изготавливают симметричными относительно перемычки и закрепляют на них инденторы так, чтобы они находились строго друг против друга (оппозитно),
а векторы нормальных к поверхности диска сил, прилагаемых к ним, находились на одной
оси. Для обеспечения этого наиболее целесообразно выполнять инденторы в виде соосно
расположенных симметричных тел. На каждой тензометрической балке известным образом наклеен тензодатчик (на чертеже не показан), который может быть выбран из числа
известных. Тензодатчики обеих балок соединяют в мостовую схему и подключают к регистрирующему прибору.
Устройство функционирует так же, как описано в примере 2.
6
BY 14200 C1 2011.04.30
Пример 4.
В частных случаях реализации устройства, описанные в примерах 1, 2, 3, снабжаются
тензометрическими балками, в которых выполнены по два сквозных отверстия 8, соединенных сквозной прорезью 9. При этом отверстия выполнены так, что их оси перпендикулярны осям инденторов и образуют тонкие перемычки 10 между стенками отверстий и
внешней поверхностью балки.
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание
от источника энергии. В результате этого статор 3 вместе с закрепленным в нем диском 4
начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5
будут скользить по поверхности диска 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и
диска 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающий в результате этого электрический сигнал будет
зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику тензодатчика, можно будет определить на основании полученных данных износ пары трения
"диск-индентор". По мере износа как поверхности диска 4, так и поверхности индентора 5,
каждая балка 6 за счет собственных упругих сил будет перемещаться в сторону поверхности диска. При этом за счет отверстий 8 и прорези 9, перемычки 10 будут выполнять роль
шарниров, образующих параллелограмм, поэтому при перемещении балки 6 к поверхности диска 4 индентор 5 будет смещаться строго параллельно самому себе, не изменяя углового положения своей оси относительно поверхности диска.
Пример 5.
В частных случаях реализации устройства, описанные в примерах 1, 2, 3, снабжаются
тензометрическими балками, в которых выполнены по два сквозных отверстия 8, соединенных сквозной прорезью 9. При этом отверстия выполнены так, что их оси перпендикулярны осям инденторов и образуют тонкие перемычки 10 между стенками отверстий и
внешней поверхностью балки. Кроме этого, в каждой из балок выполнено еще по два отверстия 11, соединенных сквозной прорезью 12, с образованием тонких перемычек 13
между стенками отверстий и внешней поверхностью балки.
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание
от источника энергии. В результате этого ротор 3 вместе с закрепленным в нем диском 4
начинает вращаться в подшипниках 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5
будут скользить по поверхности диска 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и
диска 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающий в результате этого электрический сигнал будет
зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику тензодатчика, можно будет определить на основании полученных данных параметры трения
пары "диск-индентор" (силу трения и износ). По мере износа как поверхности диска 4, так
и поверхности индентора 5, каждая балка 6 за счет собственных упругих сил будет перемещаться в сторону поверхности диска. При этом за счет отверстий 8 и прорези 9, перемычки 10 будут выполнять роль шарниров, образующих параллелограмм, поэтому при
перемещении балки 6 к поверхности диска 4 индентор 5 будет смещаться строго параллельно самому себе, не изменяя углового положения своей оси относительно поверхности
диска. Вторая пара отверстий и прорези между ними дают возможность измерять силу
трения.
Пример 6.
В частных случаях реализации устройства, описанные в примерах 1-5, тензометрические балки 6 (или одна тензометрическая балка или несколько пар балок) прикрепляются
к статору 1 электродвигателя через жестко присоединенную к нему крышку или крышки,
как это показано на фиг. 7. В этом случае на статоре электродвигателя 1 с помощью вин7
BY 14200 C1 2011.04.30
тов 14 и штифтов 15 крепятся две крышки 16. На этой же крышке блок балок 6 жестко
фиксируется от проворота при воздействии на него вращающего момента, возникающего
от сил трения в устройстве. Фиксация обеспечивается установкой штифта 17. Каждая
крышка имеет три выреза 18, расположенные под углом 120°. Перемычки 19 в крышке,
оставшиеся от вырезов, образуют гибкий подвес блока тензометрических балок по оси испытуемого диска 4 являясь, фактически, плоскими пружинами. Перемычки предназначены
для компенсации возможных торцевых биений испытуемого диска 4. Диск 4 посредством
гайки и штифта жестко закреплен в роторе 3 электродвигателя. В свою очередь, ротор 3
электродвигателя установлен на подшипниках 2 статора, в которых при монтаже должен
быть выбран осевой люфт. Для определения силы прижатия каждого индентора 5, его износа и силы трения индентора с диском была принята схема размещения трех пар измеряющих тензометрических балок с двух сторон вращающегося диска с рабочей зоной
диаметром 88 мм. Конструктивно три пары балок образуются посредством сборки двух
узлов, каждый из которых состоит из трех балок. Фланцевое соединение этих двух узлов
расположено в отверстии вращающегося диска 4. Схема работы пары тензометрических
балок показана на фиг. 5.
Каждая тензометрическая балка, на конце которой устанавливается индентор, позволяет измерить силу прижатия индентора к вращающемуся диску, силу трения индентора о
диск и косвенным методом, по изменению силы прижатия, износ каждого из двух инденторов и соответствующих дорожек диска. Конструктивно каждая балка выполнена в виде
параллелепипеда сечением 8 на 12 миллиметров и длиной 26 мм. В средней части механическим способом изготовлены концентраторы напряжений в виде пары отверстий 8 со
сквозной прорезью 9 (или двух пар отверстий 8 и 11 и соответствующих прорезей 9 и 12)
для расположения на них тензорезисторов 20, преобразующих деформацию металла в изменение электрического потенциала на выходе мостовой схемы, собранной из четырех
тензорезисторов. Для обеспечения возможности регулирования нормальной силы индентор 5 закрепляется в тензометрической балке 6 с возможностью смещения вдоль его продольной оси. Выполнение механизма смещения индентора в виде нанесенной на нем и в
тензометрической балке винтовой резьбы и снабжение индентора средством его законтривания 21, например в виде гайки, обеспечивает наиболее простым образом установку точного значения нормальной нагрузки. Балка после механической обработки и образования
в ней концентраторов напряжений представляет собой параллелограмм. В связи с этим
при суммарной величине износа диска и индентора, не превышающей величины 50 мк,
расположенный перпендикулярно плоскости диска индентор не меняет своего углового
расположения. Это обстоятельство повышает качество.
Когда концентраторы напряжений изготовлены в двух взаимно перпендикулярных
осях балки, это позволяет одновременно измерить как силу прижатия индентора к диску,
так и силу трения индентора о диск. Тензометрические балки изготовлены из легированной закаленной стали 30ХГСА для обеспечения стабильности выходных электрических
параметров при деформациях до 30 кг/мм2 и при температурах окружающей среды от минус 150 °С до плюс 150 °С. Тензорезисторы могут быть изготовлены методом литографии
из константановой фольги толщиной 3 микрона на подложке из клея ВК-9 толщиной
20-25 микрон с базой (область расположения деформируемых элементов) 0,5 мм. или выполнены вакуумным напылением моносульфида самария, имеющего коэффициент преобразования в двадцать пять раз больший, чем фольговые тензорезисторы. База тензорезисторов,
выполненных из самария, может равняться 0,3 мм. Малая база тензорезисторов позволила
уменьшить размеры всей балки и компактно разместить инденторы не выходя за пределы
вращающегося диска. Две балки с одинаковыми инденторами, расположенные с разных
сторон диска на одном радиусе от оси вращения, образуют один исследовательский узел
измеряющий силу прижатия инденторов к диску, силы возникающущие от трения каждого
индентора о диск и по изменению силы прижатия величину износа материала инденторов
8
BY 14200 C1 2011.04.30
при трении их о диск, то есть, изменение расстояния между точками трения инденторов.
Таким образом, каждая пара тензометрических балок, с одинаковыми исследуемыми инденторами, имеет три выходных электрических канала. Один канал передает информацию
о силе прижатия инденторов. Возможность перехода на один канал информации о силе
прижатия инденторов обусловлена конструкцией двух тензометрических балок, имеющих
возможность самоустанавливаться относительно диска и усреднять тем самым усилия
давления индентора на диск. Два других канала передают информацию о силе трения каждого индентора. Каждый измерительный канал имеет четыре тензорезистора, соединенных в "мост", и дополнительные элементы для компенсации температурного "дрейфа
нуля" и изменения модуля упругости материала балки от температуры.
Устройство функционирует следующим образом. На электродвигатель подается питание
от источника энергии. В результате этого ротор 3 вместе с закрепленным в нем диском 4
начинает вращаться в подшипнике 2 относительно статора 1. Поскольку тензометрические балки 6 жестко соединены со статором 1, то закрепленные на балках инденторы 5
будут скользить по поверхности диска 4. В результате взаимодействия инденторов 5 и
диска 4 в балках 6 возникнут упругие деформации, что приведет и к деформации наклеенных на балки тензодатчиков. Возникающий в результате этого электрический сигнал
будет зафиксирован регистрирующим прибором. Зная градуировочную характеристику
тензодатчика, можно будет определить на основании полученных данных параметры трения пары "диск-индентор" (силу трения и износ). По мере износа как поверхности диска 4,
так и поверхности индентора 5, каждая балка 6 за счет собственных упругих сил будет перемещаться в сторону поверхности диска. При этом за счет отверстий 8 и прорези 9, перемычки 10 будут выполнять роль шарниров, образующих параллелограмм, поэтому при
перемещении балки 6 к поверхности диска 4 индентор 5 будет смещаться строго параллельно самому себе, не изменяя углового положения своей оси относительно поверхности
диска. Вторая пара отверстий и прорези между ними, работая аналогично, дает возможность измерять силу трения.
Фиг. 2
Фиг. 3
9
BY 14200 C1 2011.04.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
10
BY 14200 C1 2011.04.30
Фиг. 8
Фиг. 9
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 215 Кб
Теги
патент, by14200
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа