Пристрій для дослідження матеріалів на тертя і спрацювання

Винахід відноситься до області дослідження матеріалів на тертя і спрацювання при зворотньопоступальному русі і змінному навантаженні. Відомий пристрій для випробування матеріалів на тертя і спрацювання, який складається з корпусу, встановленого в ньому з можливістю зворотньо-поступального переміщення повзуна, призначеного для розміщення зразків, утримувачів контрзразків з пружинами, вузлів навантаження зразків і контрзразків, приводу переміщення повзуна. Пристрій містить також двоплечі важелі регулювання, які шарнірно закріплені на корпусі і з'єднані одним кінцем з утримувачами контрзразків, а другим - з вузлом навантаження і тяги, які шарнірно з'єднані з повзуном і важелем регулювання [1]. Недолік даного пристрою полягає в тому, що за цикл зворотньо-поступального переміщення відбувається зміна навантаження по закону з одним максимумом, що значно обмежує можливості моделювання процесу тертя. При експлуатації машин і механізмів значна кількість трибологічних систем із зворотньопоступальним переміщенням працюють в умовах, при яких нормальне навантаження змінюється по складних багато-екстремальних законах. В деяких з них закон навантаження змінюється в залежності від напряму переміщення. В більшості випадків величина спрацювання зв'язана з нормальним навантаженням складними степеневими залежностями. Оскільки теплові процеси в таких трибологічних системах нестаціонарні, а вплив їх на наслідки трибовзаємодії суттєвий, стає очевидним, що теоретичний розрахунок величини спрацювання і коефіцієнту тертя неможливий. В зв'язку з цим стає актуальною задача фізичного моделювання трибологічних систем шляхом створення пристроїв, в яких реалізується звортньопоступальний рух елементів трибоспряження з можливістю створення нормального навантаження між ними за заданим законом., В основу винаходу покладено завдання створити такий пристрій для дослідження матеріалів на тертя і спрацювання, в якому за рахунок введення нових елементів створюється кінематичний зв'язок між приводом переміщення повзуна і вузлами навантаження, що забезпечить зміну нормального навантаження в досліджуваних трибоспряженнях згідно вибраних законів і синхронно з переміщеннями в цих трибоспряженнях. Задача вирішується наступним чином. Пристрій, який складається з корпусу, встановленого в ньому з можливістю зворотньопоступового переміщення повзуна, на якому закріплені зразки, утримувачів контрзразків з пружинами, вузлів навантаження зразків і контрзразків з тягарями, важелями регулювання, шарнірно закріпленими на корпусі, вузлів вимірювання параметрів тертя і приводу переміщення повзуна, виконаного у вигляді кривошипно-шатунного механізму, згідно з даним винаходом, додатково містить навантажувальний повзун, який рухається паралельно повзунуутримувачу зразків, і кулачкового механізму приводу зворотньо-поступового руху навантажувального повзуна, причому кулачок розміщується на осі кривошипу приводу переміщення повзуна, а важелі регулювання виконані трьохплечими і з'єднані одним плечем з утримувачами контрзразків, другим - з тягарями, а третім - шарнірно через тягу - з навантажувальним повзуном. Введення в пристрій кулачка і навантажувального повзуна разом з тягами і важелями регулювання дозволяє створити кінематичний зв'язок, який забезпечує виконання заданого закону навантаження між зразком і контрзразком синхронно з переміщенням зразка. А сам закон зміни навантаження задається профілем кулачка і довжиною ланок важільного механізму, що передає рух від навантажувального повзуна до вузла навантаження. Розміщення кулачка на осі кривошипу дозволяє зсинхронізувати зміну нормального навантаження в трибоспряженнях з відносним переміщенням елементів цих трибоспряжень. Переміщення навантажувального повзуна паралельно повзуну-утримувачу зразків забезпечує ідентичність законів зміни нормального навантаження в обох досліджуваних трибоспряженнях. Виконання важелів регулювання трьохплечними викликане тим, що два плеча, які з'єднуються з тягами і з утримувачами контрзразків формують кінематичний, зв'язок, необхідний для забезпечення виконання вибраного закону зміни нормального навантаження, а третє плече, яке з'єднано з тягарями, визначає абсолютне значення нормального навантаження. На кресленні (фіг.) показана схема пристрою для дослідження матеріалів на тертя і спрацювання. Пристрій складається з корпусу 1, повзуна 2 із зразками 3 і 4, утримувачів 5 і 6 контрзразків 7 і 8 вузлів навантаження, що складаються з тягарів 9, 10, трьохплечих важелів регулювання 11 і 12 і тяг 13, 14. Важелі регулювання 11 і 12 закріплені на корпусі 1 шарнірно і взаємодіють через плечі 15, 16, 17 і 18, 19, 20 з утримувачами 5 і 6, вантажами 9 і 10 і тягами 13 і 14 відповідно. Тяги 13 і 14 шарнірно з'єднані з навантажувальним повзуном 21, який рухається по циліндричних напрямних 22, 23. Привід пристрою складається з електродвигуна 24, пасової передачі 25 і варіатора 26. Зворотньопоступальний рух повзуна 2 здійснюється кривошипно-шатунним механізмом, що складається з кривошипу 27, який обертається від варіатора 26, і шатуна 28. Повзун 2 переміщується в напрямних 29 корпусу 1 і виконаний з різьбовою упорною втулкою 30 і пружиною 31, яка служить для плавності ходу повзуна 2. Зворотньо-поступальний рух навантажувального повзуна 21 забезпечує кулачок 32. Кулачок 32 розміщений на осі кривошипу 27 і взаємодіє через штовхач 33. Силове замикання приводу переміщення навантажувального повзуна здійснюється пружинами 34, 35. Вузол 36 вимірювання сили тертя виконаний у вигляді динамометра з наклеєними на ньому тензодатчиками, які під'єднані до вимірювальної апаратури (на кресленні не показано). Вузли 37 і 38 вимірювальної сили виконані у вигляді силовимірних балок з тензодатчиками і з'єднані з утримувачами 5 і 6 через пружини 39, 40. Пристрій працює таким чином. Відповідним чином підготовлені зразки 3, 4 закріплюють на повзуні 2. З ними в контакт вводяться контрзразки 7, 8, які закріплені в утримувачах 6 і 7. Нормальне навантаження створюється вузлами навантаження, шляхом встановлення на плечах 16 і 19 тягарів 9, 10. Величина навантаження буде залежати від маси тягарів 9, 10 і місця їх закріплення на плечах 16 і 19. Обертовий рух від двигуна 24 через пасову передачу 25 передається на варіатор 26. На тихо хідному валу закріплений кривошип 27, який через шатун 28 забезпечує зворотньо-поступальне переміщення повзуна 2, що закріплений в напрямній 29. Амплітуду переміщення повзуна 2 можна регулювати зміною радіусу кривошипу 27. Переміщення повзуна 2 з закріпленими на ньому зразками 3, 4 забезпечує їх р ух відносно контрзразків 7, 8. На одному валу з кривошипом 27 закріплений кулачок 32, який через штовхач 33 забезпечує зворотньо-поступальне переміщення навантажувального повзуна 21. Повзун 21 рухається по напрямних 22 і 23 паралельно повзуну 2. Навантажувальний повзун 21 через тяги 13 і 14, які закріплені на ньому шарнірно, взаємодіє з плечами 17 і 20 важелів регулювання 11 і 12. Величина плечей 17 і 20, тяг 13, 14 і місце їх закріплення на навантажувальному повзуні 21 визначають поворот важелів 11 і 12, при цьому контрзразки 7 і 8, які через пружини 39, 40 і вузли 37, 38 зв'язані з важелями 11 і 12, з різною нормальною силою притискаються до зразків 3 і 4. Зміна профілю кулачка 32, величини ланок 13, 14, 17 і 20 і місця закріплення тяг 13 і 14 на повзуні 21, дозволяє змінювати закон, за яким діє нормальне навантаження в досліджуваних парах тертя. Розміщення кривошипу 27 і кулачка 32 на одному валу дозволить узгодити закон зміни нормального навантаження з переміщенням в парі тертя, що дозволить моделювати значну кількість трибоспряжень машин і механізмів. В ході випробування реєструється нормальна сила за допомогою вузлів 37 і 38 і сила тертя вузлом 36. При від'єднанні тяг 13 і 14 від повзуна 21 можливі випробовування матеріалів на тертя і спрацювання при постійному нормальному навантаженні в парах тертя 3 - 5 і 4 - 6. Позитивний ефект від використання даного пристрою обумовлюється можливістю моделювання широкого класу трибоспряжень зворотньо-поступальним переміщенням і складним законом зміни нормального навантаження між елементами трибоспряжень.