Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з’єднання з однією площиною тертя

1. Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя, що включає нерухому і зсувну деталі, сполучені з вузлами стиснення і зсуву, який відрізняється тим, що вузол стиснення виконаний у вигляді болтового з'єд 40198 Пристрій, що реалізовує цей спосіб, містить вантаж для створення нормального на випробувані деталі навантаження, механізми переміщення цього вантажу і створення тангенціального навантаження. Засновуючись на величинах цих навантажень, загальновідомими розрахунковими методами визначають коефіцієнт (силу) тертя спокою або ковзання. Особливістю цього пристрою є те, що нормальне навантаження розташоване на деталі, що зсувається, а не об'єднує деталі, що зсувається і нерухому єдиним стержнем, що створює як навантаження на деталь, що зсувається, так і реакцію від нерухомої деталі, як це властиве для болтового або заклепувального з'єднання. А механізм з вантажами для тангенціального навантаження створити в умовах збирання машин і конструкцій, особливо при провадженні робіт в обмежених умовах або на висоті, а також при проведенні великого об'єму вимірювань, практично неможливо. Такі ж особливості характерні і для пристрою, що реалізовує спосіб визначення сил тертя спокою механічних систем з конструктивною асиметрією (див.: А.с. СССР № 1523968, G01N19/02. Способ определения сил трения покоя механических систем с конструктивной асимметрией. 23.11.1989. Бюл. № 43). Відомий спосіб вимірювання коефіцієнта тертя спокою і коефіцієнта тертя ковзання листових матеріалів і пристрій для його здійснення (див.: Патент Великобритании №2276461, G01N19/02. Способ измерения коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения листовых материалов и устройство для его осуществления / Markstroem Hakan. Патентовладелец: Lorentzen & Wettre АВ. ИСМ, вып. 084, N15/96). Однак в реферативному описі цього винаходу, що є суть пристрою не розкрита. При визначенні сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтових або заклепувальних з'єднань випробовують, як правило, з'єднання з двома площинами тертя (див.: Шапиро Г.А. Работа заклепочных соединений стальных конструкций. М.: Стройвоенмориздат, 1949. - С. 94; Богданов T.M. Соединения металлических конструкций на высокопрочных болтах. - М., 1963. - С. 18-33; Чесноков А.С., Княжев А.Ф. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. - М., 1974. С. 44-57). Такий підхід справедливий, оскільки в з'єднаннях з однією площиною тертя деталь, що зсувається, взаємодіє додатково з площиною тертя по шайбі або гайці (головці) болта, що вносить невизначеність в результати вимірювань. У лабораторних умовах випробування виконують за допомогою розривних машин у виробничих за допомогою спеціальних установок, що містять вузол стиснення деталей і вузол зсуву деталі, що з'єднується відносно накладок. Відома установка для випробувань на зсув (див.: Вейнблат Б.М. Высокопрочные болты в конструкциях мостов. - М.: Транспорт, 1971. С. 85, рис. 43). У цій установці (пристрої) стискаюча випробувані деталі навантаження створюється спеціальними домкратами. Для додатку зсуваючого навантаження необхідний додатковий пристрій або спеціальна силова установка, наприклад прес. Найбільш близьким за технічною суттю до рішення, що пропонується (прототип), є прилад для визначення коефіцієнта тертя (див.ю: Чесноков А.С., Княжев А.Ф. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. - М.: Стройиздат, 1974. - С. 20, рис. 9). Цей прилад включає випробуваний зразок з двома площинами тертя. Деталь, що знаходиться всередині, тобто між двома іншими (накладками), є такою, що зсувається, дві інші нерухомими. Ці деталі сполучені із загальновідомими вузлами стиснення і зсуву. Прилад простий у виготовленні, надійний в експлуатації. Однак його використання зводиться до випробування зразків - свідків. Використати пристрій (прилад) - прототип на натурних конструкціях не представляється можливим, оскільки в натурі між двома накладками завжди буде знаходиться елемент стикуємої конструкції, яка, як правило, або масивна або стаціонарно закріплена. Наприклад, секція пролітної будови моста, підкранова балка, колона і ін. Інакше кажучи, суворо виконати умову, щоб деталь, що зсувається знаходилася між двома накладками (нерухомими деталями) при проведенні випробувань в натурних виробничих умовах практично неможливо. Тому при проведенні випробувань на натурних конструкціях деталлю, що зсувається, повинна бути прикріплена болтом накладка, що має одну загальну площину тертя з нерухомою деталлю (конструкцією). У цих умовах випробувань неминуча взаємодія деталі, що зсувається, з шайбою, гайкою або головкою болта. Крім того, здійснити сполучення деталі, що зсувається, з вузлом зсуву, як це передбачене прототипом, неможливо. У основу винаходу поставлена задача створити пристрій, за допомогою якого можна вимірювати силу тертя по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя без впливу тертя деталі, що зсувається по шайбі, гайці або головці болта. Вказана задача вирішується тим, що пристрій, що включає нерухому і зсувну деталі, сполучені з вузлами стиснення і зсуву, в якому вузол стиснення виконаний у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головку і шайбою, твердість якої більше твердості деталі, що зсувається, а на її опорній поверхні, зв'язаній з гайкою, виконане гніздо, діаметр якого рівний діаметру описаного кола гайки, а на протилежній насічка, вузол зсуву виконаний у вигляді двох важелів першого роду, сполучених шарнірно і розміщених торцями на нерухомій деталі, один з яких сполучений з нерухомою деталлю жорстко, а інший з можливістю переміщення по нерухомій деталі і взаємодії зі зсувною деталлю. Інша відмінність полягає в тому, що твердість шайби більше твердості деталі, що зсувається не менш ніж на 20%. Ознаками прототипу, загальними з пристроєм за винаходом, є наявність нерухомої деталі і деталі, що зсувається, сполучених з вузлами стиснення і зсуву. Відмітними ознаками є те, що вузол стиснення виконаний у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головку і шайбою, твердість якої більше твердості деталі, що зсувається, а на її опорній поверхні, зв'язаній з гайкою, 2 40198 виконано гніздо, діаметр якого рівний діаметру описаного кола гайки, а на протилежній насічка, вузол зсуву виконаний у вигляді двох важелів першого роду, сполучених шарнірно і розміщених торцями на нерухомій деталі, один з яких сполучений з нерухомою деталлю жорстко, а інший з можливістю переміщення по нерухомій деталі і взаємодії зі зсувною деталлю, а також те, що твердість шайби більше твердості деталі, що зсувається не менш ніж на 20%. За наявними у автора відомостями, запропонована сукупність ознак, яка характеризує суть винаходу, невідома на даному рівні техніки. Тому винахід відповідає критерію "новизна". Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено пристрій, що пропонується, поздовжній розріз; на фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1. Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя включає нерухому і зсувн у 1 і 2 деталі, вузол стиснення і вузол зсуву. Вузол стиснення містить болт 3, оснащений силовимірювальним пристроєм 4. Головка болта 3 спирається на нерухому деталь 1 через дві взаємодіючі сферичні, загартовані шайби 5 і 6, створюючи кульову опору. Шайба 5 має угнуту сферу, шайба 6 опуклу. Сферичні поверхні цих шайб притерті. З протилежного кінця болта розташована загартована шайба 7, яка гострими рифами (насічкою) 8 спирається на деталь 2. З протилежної сторони шайби 7 виконане гніздо 9, в яке практично без зазору входить підігнана частина гайки 10, накрученої на різьблення болта 3. Діаметр гнізда 9 рівний діаметру описаного кола гайки 10. Вузол зсуву містить два важелі першого роду 11, до кожного з яких жорстко прикріплена обойма 12. У сферичних поглибленнях обойм 12 розташований палець 13, положення якого зафіксоване шайбами 14 і шплінтами 15. Обойми 12 ділять важелі 11 на дві частини - коротку і довгу. Важелі торцями коротких частин спираються на нерухому деталь 1, стикаючись бічними гранями з кромкою деталі 2, що зсувається і наполегливої деталі 16, жорстко прикріпленої до важеля (наприклад, за допомогою зварювання) і до нерухомої деталі 1 болтами 17. Через ті, що є на довгих кінцях важелів 11 отворів 18 пропущений болт 19, оснащений силовимірювальним пристроєм 20. Збирання пристрою виконують традиційними загальновідомими методами і прийомами. При цьому болт 3 затягують із заданим зусиллям, що контролюється за допомогою силовимірювального пристрою 4. В процесі затягування болта 3 гострі рифи 8 загартованої шайби 7 вдавлюються в поверхню деталі, що зсувається 2. Обов'язкова умова збирання повинна полягати в тому, щоб сумарне зусилля натягнення болтів 17, що створюється будь-яким загальновідомим способом, було більшим, ніж зусилля в болті 3. Працює пристрій таким чином. У процесі натягнення болта, що контролюється 19, важелі 11 своїми бічними гранями впираються в кромку деталі 2, що зсувається і кромку наполегливої деталі 16, прагнучи їх розсувати. Натягнення болта 19 проводять аж до досягнення зсуву деталі 2 відносно деталі 1. Деталь 16 залишається при цьому нерухомою, оскільки сумарне зусилля натягнення болтів 17 більше, ніж зусилля в болті 3. Зсув відбувається суворо по одній площині тертя, так як загартована шайба 7, втиснена своїми гострими рифами 8, переміщається спільно з деталлю 2 і гайкою 10, яка своєю підігнаною частиною розташовується в гнізді 9 шайби 7 практично без зазору. Болт 3 в процесі зсуву деталі 2 відхилиться на деякий кут, оскільки головка цього болта взаємодіє з кульовою опорою, утвореною загартованими шайбами з притертими сферами, змазані поверхні яких володіють нікчемно малим значенням коефіцієнта тертя. Тому при оцінці результатів вимірювань цим тертям можна нехтувати. У процесі проведення випробувань зусилля в болті 3 безперервно контролюється і підтримується на постійному рівні поворотом гайки 10. У іншому випадку до уваги приймається зусилля в болті 3, зафіксоване в момент зсуву деталі 2. Процес і величина зсуву фіксуються будь-яким загальновідомим способом. Наприклад, по ризиках, нанесених на нерухомій деталі 1, або за допомогою індикаторів часового типу. Сила тертя спокою деталі 2 відносно деталі 1 визначається з умови рівноваги важеля без урахування тертя кочення в шарнірі в момент зсуву деталі 1. Істота винаходу не слідчить явним чином з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечує досягнення нових якостей і лише наявність перерахованих відмітних ознак дозволяє отримати новий технічний результат, а саме, провести вимірювання сили тертя по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя без впливу тертя зсувної деталі по шайбі, гайці або головці болта. Отже, запропонований пристрій відповідає критерію "винахідницький рівень". Пристрій виготовлено і випробувано Відділенням випробувань споруд і досліджень інституту Днепрпроектстальконструкція. Випробування показали, що запропонований пристрій дає можливість набути достовірного значення сили тертя по дотичних поверхнях болтових з'єднань на натурних конструкціях шляхом випробування з'єднань з однією площиною тертя. Засновуючись на результатах випробувань за допомогою запропонованого пристрою, можуть бути скорочені не менш ніж в 2 рази об'єми складальних і ремонтних робіт за рахунок спрощення або повного скасування операції підготовки, наприклад піскоструминної, дотичних поверхонь елементів і деталей шляхом обліку фактичних значень сили (коефіцієнта) тертя, виміряної за допомогою запропонованого пристрою. Отже, винахід відповідає критерію "промислова застосовність". 3 40198 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4