EA023900B1 - Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof - Google Patents
Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- EA023900B1 EA023900B1 EA201300885A EA201300885A EA023900B1 EA 023900 B1 EA023900 B1 EA 023900B1 EA 201300885 A EA201300885 A EA 201300885A EA 201300885 A EA201300885 A EA 201300885A EA 023900 B1 EA023900 B1 EA 023900B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- counter
- sample
- module
- indenter
- samples
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам и средствам триботехнических испытаний и может быть использовано для определения противоизносных и (или) антифрикционных свойств в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110 до 120°С в контролируемой атмосфере или вакууме пар трения скольжения, включающих композиционные, в том числе полимерные, материалы, ориентированные на использование в подшипниках и направляющих скольжения, работающих в специальных средах и вакууме при повышенных до 120°С или пониженных до -110°С температурах.The invention relates to the field of engineering, and in particular to methods and means of tribotechnical testing and can be used to determine antiwear and (or) antifriction properties under conditions of unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 to 120 ° C in a controlled atmosphere or vacuum of friction pairs sliding, including composite, including polymeric, materials oriented to use in bearings and sliding guides working in special environments and vacuum at high low to 120 ° C or lowered to -110 ° C temperatures.
Основной износ и потери на трение пары трения скольжения современных работающих в широком диапазоне нагрузок с частотами вращения 60000 об/мин и более приводов техники для экстремальных условий эксплуатации (атмосфере с агрессивными компонентами или вакууме) возникают во время разгонов и торможения, при вибрационном воздействии и в условиях действия чрезмерно высоких и низких температур. Достоверность прогнозирования ресурса таких пар трения во многом определяется степенью достоверности информации об их противоизносных и антифрикционных свойствах, полученной в процессе триботехнических испытаний.The main wear and friction losses of sliding friction pairs of modern vehicles operating in a wide range of loads with rotation speeds of 60,000 rpm and more drives for extreme operating conditions (atmospheres with aggressive components or vacuum) occur during acceleration and braking, during vibration exposure and in conditions of action of excessively high and low temperatures. The reliability of predicting the resource of such friction pairs is largely determined by the degree of reliability of information on their anti-wear and antifriction properties obtained in the process of tribological testing.
При определении противоизносных свойств пар трения, как правило, в процессе испытаний оценивается изменение в результате изнашивания линейных размеров (как это делается в предлагаемом техническом решении) или массы, антифрикционные свойства определяются путем измерения силы (как это делается в предлагаемом техническом решении) или момента трения (см., например, Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. - М.: ФИЗМАЛИТ, 2007, 368 с., с. 206).When determining the anti-wear properties of friction pairs, as a rule, during testing, the change in wear due to wear of linear dimensions (as is done in the proposed technical solution) or mass is evaluated, antifriction properties are determined by measuring the force (as is done in the proposed technical solution) or the moment of friction (see, for example, Myshkin N.K., Petrokovets M.I. Friction, lubrication, wear. Physical fundamentals and technical applications of tribology. - M .: FIZMALIT, 2007, 368 p., p. 206).
Известен способ испытаний материалов на трение и износ, в котором осуществляют трение путем движения образца-индентора и его скольжения по поверхности контробразца при постоянной протяженности контакта с созданием нагрузки на контакте по нормали к трущимся поверхностям, при этом трение осуществляют поэтапно: на первом этапе осуществляют трение новой поверхности контробразца по новой поверхности образца-индентора заданное время при выбранных постоянных нагрузке и скорости; на втором этапе контробразцом осуществляют трение той же поверхностью по новой поверхности образцаиндентора на тех же или измененных режимах; каждый следующий этап повторяет предыдущий, а на последнем этапе трение осуществляют в течение времени, превышающего время осуществления трения на первых этапах, при этом оценивают параметры трения и износа трибосистемы [патент РФ № 2279660, 2006 г.].A known method of testing materials for friction and wear, in which friction is carried out by moving the indenter specimen and sliding on the surface of the counter sample with a constant contact length with the load on the contact normal to the rubbing surfaces, while the friction is carried out in stages: at the first stage, friction is carried out a new surface of the counter-sample along the new surface of the indenter sample, the specified time at the selected constant load and speed; at the second stage, the counter-pattern carries out friction with the same surface on the new surface of the sample of the indenter at the same or changed modes; each next step repeats the previous one, and at the last stage, friction is carried out for a time exceeding the time of friction in the first stages, while the friction and wear parameters of the tribosystem are evaluated [RF patent No. 2279660, 2006].
Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является выбранный в качестве прототипа способ испытаний на трение и износ [Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: справочник/под ред. К.В. Фролова, Е.А. Марченко. - М.: Машиностроение, 2008, 384 с., с. 284], в котором образец-индентор со сферической поверхностью прижимают по нормали к противолежащей рабочей поверхности контробразца и возвратно-поступательно перемещают их друг относительно друга с определением при этом износа и коэффициента трения.Of the known closest in technical essence to the proposed method is the selected as a prototype test method for friction and wear [Combalov V.S. Methods and means of testing friction and wear of structural and lubricants: reference book / ed. K.V. Frolova, E.A. Marchenko. - M.: Mechanical Engineering, 2008, 384 p., P. 284], in which the indenter specimen with a spherical surface is pressed normal to the opposite working surface of the counter-sample and reciprocally moves them relative to each other with the determination of wear and friction coefficient.
К существенным недостаткам выше перечисленных способов можно отнести недостоверность результатов испытаний материалов на трение скольжения и износ в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110°С (от -110 до - 60°С) до 120°С (от 90 до 120°С) в атмосфере с агрессивными компонентами или вакууме из-за крайне нелинейных триботехнических свойств системы, обеспечивающей относительное возвратно-поступательное перемещение образца-индентора относительно контробразца.Significant disadvantages of the above methods include the unreliability of the test results of materials for sliding friction and wear under unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 ° C (from -110 to - 60 ° C) to 120 ° C (from 90 to 120 ° C) in an atmosphere with aggressive components or in a vacuum due to the extremely nonlinear tribotechnical properties of the system providing relative reciprocating movement of the indenter sample relative to the counter sample.
Известно устройство для испытаний материалов на трение и износ в вакууме и газовых средах в широком диапазоне температур, содержащее вал для установки сменного контробразца, размещенный на подшипниках и выполненный полым для подвода охлаждающей жидкости, герметичный корпус, в котором устанавливается с возможностью взаимодействия с контробразцом вкладыш, и инфракрасная лампа для нагрева испытываемой пары трения [Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: справочник/под ред. К.В. Фролова, Е.А. Марченко. - М.: Машиностроение, 2008, 384 с., с. 326-327, рис. 10.14].A device for testing materials for friction and wear in vacuum and gaseous media in a wide temperature range, comprising a shaft for installing a removable counter-sample, placed on bearings and made hollow for supplying coolant, an airtight housing in which the insert is installed with the possibility of interaction with the counter-sample, and infrared lamp for heating the tested friction pair [V. Kombalov Methods and means of testing friction and wear of structural and lubricants: reference book / ed. K.V. Frolova, E.A. Marchenko. - M.: Mechanical Engineering, 2008, 384 p., P. 326-327, fig. 10.14].
Из известных устройств для испытаний на трение и износ в вакууме наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранное в качестве прототипа устройство для испытаний материалов на трение и износ, содержащее привод вращения в виде высокомоментного электродвигателя, статор которого через подшипник соединен с полым ротором, в котором закреплены с промежутком между ними два испытуемых диска, каждый из которых взаимодействует с испытуемыми образцамиинденторами, расположенными на тензометрических балках, закрепленных на статоре и осуществляющих за счет собственной упругости прижатие образцов-инденторов к плоской поверхности соответствующего диска и данного диска к ротору, и тензодатчики, установленные на балках, соединенные с регистрирующим прибором [патент РФ № 2279057, 2006 г.].Of the known devices for testing friction and wear in a vacuum, the closest in technical essence to the present is the device for testing materials for friction and wear, selected as a prototype, containing a rotation drive in the form of a high-torque electric motor, the stator of which is connected to a hollow rotor through a bearing, in which are fixed with a gap between them two test discs, each of which interacts with the test samples, the indenters located on the tensometric beams, are fixed on the stator and engaged by its own resilience pressing samples-indenters to the flat surface of the associated disc and the disc to the rotor, and strain gauges installed on the beams connected to the recording device [RF patent number 2279057, 2006].
К существенным недостаткам выше перечисленных устройств можно отнести недостоверность результатов испытаний материалов на трение скольжения и износ в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110°С (от -110 до - 60°С) до 120°С (от 90 до 120°С) в атмо- 1 023900 сфере с агрессивными компонентами или вакууме из-за крайне нелинейных триботехнических свойств системы, обеспечивающей относительное возвратно-поступательное перемещение образца-индентора относительно контробразца.Significant disadvantages of the above listed devices include the unreliability of the test results of materials for sliding friction and wear under unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 ° C (from -110 to - 60 ° C) to 120 ° C (from 90 to 120 ° C) in an atmosphere of 1,023,900 with aggressive components or a vacuum due to the extremely nonlinear tribotechnical properties of the system providing relative reciprocating movement of the indenter sample relative to the counter sample.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение достоверности определения противоизносных и (или) антифрикционных свойств пар трения скольжения, включающих композиционные, в том числе полимерные, материалы, в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110 до 120°С в атмосфере с агрессивными компонентами или вакууме путем расширения функциональных возможностей способа испытаний и устройства для его реализации.The task to which the invention is directed is to increase the reliability of determining the anti-wear and (or) antifriction properties of sliding friction pairs, including composite, including polymeric, materials, under conditions of unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 to 120 ° С in an atmosphere with aggressive components or in a vacuum by expanding the functionality of the test method and device for its implementation.
Решение поставленной задачи в способе испытаний материала на трение и износ, в котором образец-индентор со сферической поверхностью прижимают по нормали к противолежащей рабочей поверхности контробразца и возвратно-поступательно перемещают их друг относительно друга с определением при этом износа и коэффициента трения, согласно техническому решению испытание на трение и износ проводят в вакуумной камере, в которой предварительно контробразец, выполненный с параллельными противолежащими рабочими поверхностями, жестко соединяют с постоянным магнитом, и со стороны каждой из них симметрично друг другу устанавливают по нормали к рабочей поверхности по меньшей мере по три образца, фиксируя при этом положение контробразца, и образцы-инденторы, размещенные со стороны одной рабочей поверхности контробразца, жестко фиксируют по отношению к вакуумной камере, а образцы-инденторы, размещенные со стороны другой рабочей поверхности контробразца, устанавливают с возможностью перемещения в направлении по нормали к рабочей поверхности контробразца при фиксации их положения в параллельной рабочей поверхности контробразца плоскости и взаимодействия с упругоподатливым элементом, деформированием которого их прижимают к этой поверхности с усилием прижатия, соответствующим его статической составляющей, причем упругоподатливый элемент связывают с программно-управляемым модулем для создания переменной составляющей усилия прижатия образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца, например, пьезоактюатором, и постоянный магнит размещают с радиальным зазором в отверстии магнитоэлектрического модуля, который жестко фиксируют в вакуумной камере и создают в ней контролируемую атмосферу или вакуум, а последующие возвратно-поступательные перемещения контробразца обеспечивают путем воздействия магнитного поля, создаваемого магнитоэлектрическим модулем, на постоянный магнит, и одновременно с этим программно-управляемым модулем создают переменное усилие прижатия образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца.The solution of the problem in the method of testing the material for friction and wear, in which a sample indenter with a spherical surface is pressed normal to the opposite working surface of the counter sample and reciprocally move them relative to each other with the determination of wear and friction coefficient, according to the technical solution test for friction and wear is carried out in a vacuum chamber, in which a pre-sampler made with parallel opposing working surfaces is rigidly connected to with a permanent magnet, and on the side of each of them at least three samples are set symmetrically to each other along the normal to the working surface, while fixing the position of the counter-sample, and indenter samples placed on the side of one working surface of the counter-sample are rigidly fixed with respect to the vacuum the chamber, and the indenter samples placed on the side of the other working surface of the counter sample are mounted with the possibility of moving in the direction normal to the working surface of the counter sample while fixing their position in pa parallel to the working surface of the counter-sample of the plane and interaction with an elastic-flexible element, deformation of which they are pressed to this surface with a pressing force corresponding to its static component, and the elastic-flexible element is connected with a program-controlled module to create a variable component of the pressing force of the indenter samples normal to the reciprocal surface counter sample, for example, a piezoelectric actuator, and a permanent magnet is placed with a radial clearance in the hole of the magnetoelectric module, which is rigidly fixed in a vacuum chamber and create a controlled atmosphere or vacuum in it, and subsequent reciprocating movements of the counter-sample are provided by the action of a magnetic field created by the magnetoelectric module on a permanent magnet, and simultaneously with this program-controlled module create a variable pressing force indenter samples normal to the counter surface of the counter sample.
Коэффициент трения определяют по параметрам электропитания магнитоэлектрического модуля, а износ определяют по тренду параметров электропитания программно-управляемого нагружателя в процессе испытаний, регистрируемому при одинаковых по амплитуде и частоте параметрах прижатия образцов-инденторов к соответствующим рабочим поверхностям контробразца.The friction coefficient is determined by the power parameters of the magnetoelectric module, and the wear is determined by the trend of the power parameters of the software-controlled loader during the tests, recorded at the same amplitude and frequency parameters of the pressing of the indenter samples to the corresponding working surfaces of the counter-sample.
Решение поставленной задачи в устройстве для испытания материала на трение и износ, содержащем привод, включающий установленные с радиальным зазором статор и ротор, на котором жестко закреплен контрообразец, выполненный в виде призмы с параллельными гранями и установленный с возможностью взаимодействия с группами образцов-инденторов, размещенных симметрично друг другу со стороны каждой из противолежащих параллельных граней контробразца, средство для измерения силы трения, упругоподатливый элемент, установленный с возможностью взаимодействия с образцамиинденторами, средство для нагружения образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца и вакуумную камеру, в которой размещены статор, ротор, упругоподатливый элемент, средство для определения силы трения и средство для нагружения образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца, согласно техническому решению ротор выполнен в виде постоянного магнита, статор выполнен в виде магнитоэлектрического модуля, установленного с возможностью регулирования положения относительно ротора, жесткой связи с вакуумной камерой и создания переменного по амплитуде и скорости скольжения возвратно-поступательного перемещения контробразца вдоль оси постоянного магнита, при этом устройство снабжено дополнительными модулем для создания переменного усилия прижатия образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца, например пьезоактюатором, двумя модулями контроля электрических параметров и программируемым модулем, при этом первый выход программируемого модуля связан с входом магнитоэлектрического модуля, второй выход программируемого модуля связан с входом модуля для создания переменного усилия прижатия образцов-инденторов по нормали к ответным поверхностям контробразца, выход магнитоэлектрического модуля связан с входом первого модуля контроля электрических параметров, выход которого связан с первым входом программируемого модуля, выход модуля для создания переменного усилия прижатия образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца связан с входом второго модуля контроля электрических параметров, выход которого связан со вторым входом программируемого модуля, причем одна группа образцов-инденторов жестко связана с вакуумной камерой, а упругоподатливый элемент размещен с возможностью взаимодействия в направлении по нормали к поверхности контробразца между другой группой образцов-инденторов и дополнительным модулем для создания переменного усилия прижатия образцов-инденторов по нормали к ответной поверхности контробразца.The solution to this problem in a device for testing material for friction and wear, containing a drive including a stator and a rotor mounted with a radial clearance, on which a counter-sample is rigidly fixed, made in the form of a prism with parallel faces and installed with the possibility of interaction with groups of indenter samples placed symmetrically to each other on the side of each of the opposite parallel faces of the counter-sample, means for measuring the friction force, an elastic-flexible element mounted with the possibility of mutual actions with samples of indenters, a means for loading the indenter samples normal to the counter surface of the counter-sample and a vacuum chamber in which the stator, rotor, resilient element, means for determining the friction force and means for loading the indenter samples normal to the counter surface of the counter-sample, according to the technical solution of the rotor is made in the form of a permanent magnet, the stator is made in the form of a magnetoelectric module installed with the ability to adjust the position relative to the rotor a, tight connection with the vacuum chamber and creating a reciprocating counter-variable displacement along the axis of the permanent magnet in amplitude and sliding speed, while the device is equipped with an additional module for creating a variable force of pressing the indenter samples normal to the counter surface of the counter-sample, for example, a piezo actuator, two control modules for electrical parameters and a programmable module, while the first output of the programmable module is connected to the input of the magnetoelectric module, the second output of the programmable module is connected to the input of the module to create a variable effort of pressing the indenter samples normal to the counter surfaces of the counter sample, the output of the magnetoelectric module is connected to the input of the first module for monitoring electrical parameters, the output of which is connected to the first input of the programmable module, the output of the module to create a variable force pressing the indenter samples normal to the counter surface of the counter sample is connected to the input of the second module for monitoring electrical parameters, the output of which is connected to the second input of the programmable module, moreover, one group of indenter samples is rigidly connected to the vacuum chamber, and the elastic-flexible element is placed with the possibility of interaction in the direction normal to the surface of the counter-sample between another group of indenter samples and an additional module to create a variable pressing force of the indenter samples normal to the counter surface of the counter-sample.
- 2 023900- 2,023,900
Устройство снабжено вакуумным насосом, связанным с вакуумной камерой, и модулем управления вакуумным насосом, вход которого связан с третьим выходом программно-управляемого модуля, а выход связан с вакуумным насосом.The device is equipped with a vacuum pump connected to the vacuum chamber, and a control module for the vacuum pump, the input of which is connected to the third output of the program-controlled module, and the output is connected to the vacuum pump.
При значительных амплитудах возвратно-поступательных перемещений контробразца (±3^15 мм) на его рабочих поверхностях выполняются продольные (в направлении возвратно-поступательного перемещения контробразца) направляющие желобки. Желобки выполнены с радиусом К в сечении, перпендикулярном оси контробразца. Радиус К выполнен большим радиуса г образцов-инденторов (К>г).With significant amplitudes of the reciprocating movements of the counter sample (± 3 ^ 15 mm), longitudinal (in the direction of the reciprocating movement of the counter sample) guide grooves are performed. The grooves are made with a radius K in a section perpendicular to the axis of the counter sample. Radius K is made large of radius r of indenter samples (K> g).
При реализации предлагаемого способа и устройства повышение достоверности определения противоизносных и (или) антифрикционных свойств пар трения скольжения, включающих композиционные, в том числе полимерные, материалы, в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110 до 120°С в атмосфере с агрессивными компонентами или вакууме, а также расширение функциональных возможностей способа и устройства достигаются в результате следующего:When implementing the proposed method and device, improving the reliability of determining the anti-wear and (or) antifriction properties of sliding friction pairs, including composite, including polymeric materials, under unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 to 120 ° C in an atmosphere with aggressive components or vacuum, as well as expanding the functionality of the method and device are achieved as a result of the following:
предварительное жесткое соединение контробразца, имеющего взаимно параллельные противолежащие рабочие поверхности, с ротором и его фиксация через контробразец в пространстве образцамиинденторами, симметрично расположенными со стороны параллельных рабочих поверхностей контробразца, позволяет разместить ротор внутри статора (статор создает программно-изменяющееся магнитное поле, обеспечивающее осевое возвратно-поступательное перемещение ротора с контробразцом) с требуемым гарантированным зазором, исключив из конструкции привода возвратно-поступательного движения контробразца между ротором и статором подшипник, для работы которого требуется смазочный материал, создающий нелинейную (в зависимости от температуры и скорости перемещения) величину сопротивления перемещению, по которому определяется сила трения, снижающую достоверность результатов испытаний материалов на трение и износ в вакууме или агрессивной газовой среде при пониженных до - 110°С и повышенных до 120°С (рабочий диапазон смазок таких направляющих составляет от -60° до 80^90°) с динамически изменяющимися по заданным зависимостям скоростями и нагрузками;the preliminary rigid connection of the counter-sample having mutually parallel opposite working surfaces with the rotor and its fixing through the counter-sample in space by specimens of indenters symmetrically located on the side of the parallel working surfaces of the counter-sample allows the rotor to be placed inside the stator (the stator creates a programmable magnetic field providing an axial reciprocating translational movement of the rotor with counter-sample) with the required guaranteed clearance, excluding from the design of the drive the reciprocating movement of the counter-sample between the rotor and the stator is a bearing that requires a lubricant that creates a non-linear (depending on temperature and speed of movement) value of resistance to movement, which determines the friction force, which reduces the reliability of the results of friction and wear tests of materials in vacuum or aggressive gas environment at lowered to - 110 ° C and increased to 120 ° C (the operating range of greases of such guides is from -60 ° to 80 ^ 90 °) with dynamically changing according to predetermined dependencies speeds and loads;
использование программно-управляемого практически безинерционного пьезоактюатора, создающего нагружение заданным перемещением нажимной поверхности и ее воздействием на предварительно упруго деформированный упругоподатливый элемент, позволяет исключить влияние подшипникового узла пьезоактюатора на результаты испытаний и обеспечить создание программируемого циклически изменяющегося усилия прижатия образцов-инденторов к ответным рабочим поверхностям контробразца в широком диапазоне значений амплитуд и частот при испытаниях материалов на трение и износ в вакууме или агрессивной газовой среде при пониженных до -110°С и повышенных до 120°С;the use of a program-controlled practically inertia-free piezoelectric actuator, which creates loading by a predetermined movement of the pressure surface and its effect on a previously elastically deformed elastically flexible element, eliminates the influence of the bearing assembly of the piezoelectric actuator on the test results and ensures the creation of a programmable cyclically varying force of pressing the indenter samples to the reciprocal working surfaces of the sample a wide range of amplitudes and frequencies when testing ma materials for friction and wear in a vacuum or aggressive gas environment at lowered to -110 ° C and increased to 120 ° C;
в предлагаемом техническом решении при определении коэффициента трения и износа не используются размещенные в агрессивной среде или вакууме средства контроля (первичные преобразователи), что позволяет также существенно расширить его функциональные возможности.in the proposed technical solution, when determining the coefficient of friction and wear, control devices (primary converters) located in an aggressive environment or vacuum are not used, which also allows to significantly expand its functionality.
В основу определения величины износа по тренду параметров электропитания программноуправляемого нагружателя в процессе испытаний, регистрируемому при одинаковых по амплитуде и частоте параметрах прижатия образцов-инденторов к соответствующим рабочим поверхностям контробразца, положено следующее.The basis for determining the wear value according to the trend of the power parameters of the programmable loader during the tests, recorded at the same amplitude and frequency parameters of the pressing of the indenter samples to the corresponding working surfaces of the counter-sample, is the following.
Перед испытаниями деформированием упругоподатливого элемента создается статическая составляющая Рс силы прижатия образцов-инденторов с одной и другой стороны (как реакции опор) к рабочим поверхностям контробразца, при этом сила прижатия пропорциональна величине упругой деформации упругоподатливого элемента. С момента начала испытаний пьезоактюатором создается согласованная по фазе с возвратно-поступательным движением, например, синусоидально изменяющаяся с круговой частотой ω, дополнительная сила Ρ^(ΐ) прижатия образцов-инденторов, расположенных как с одной, так и с другой стороны контробразца, по нормали к его ответным рабочим поверхностям.Before testing the deformation of an elastic-flexible element, a static component P is created from the pressing force of the indenter samples on one side (like the reaction of the supports) to the working surfaces of the counter-sample, while the pressing force is proportional to the elastic deformation of the elastic-flexible element. From the moment the test starts, the piezo actuator creates a phase-matched reciprocating motion, for example, a sinusoidal change with the circular frequency ω, an additional force Ρ ^ (ΐ) of pressing the indenter samples located on one or the other side of the counter-sample, normal to his reciprocal work surfaces.
Таким образом, суммарная сила Ρ(ΐ) прижатия образцов-инденторов к рабочим поверхностям контробразца с одной и другой стороны составитThus, the total force Ρ (ΐ) of pressing the indenter samples to the working surfaces of the counter-sample from one and the other side will be
Р(1) = Рс + ?<,({) ^ к} -Δ + 5Ϊη (йН + φ), (1) где к£ - коэффициент пропорциональности между силой Рс, создаваемой упругоподатливым элементом, и его предварительной деформацией Δ перед проведением испытаний, Н/мм;P (1) = P c +? <, ({) ^ K } -Δ + 5Ϊη (yH + φ), (1) where k £ is the proportionality coefficient between the force P c created by the resilient element and its preliminary deformation Δ before testing, N / mm;
Δ - предварительная деформация упругоподатливого элемента перед проведением испытаний, мм;Δ - preliminary deformation of the elastic element before testing, mm;
Лм - амплитуда дополнительной силы Ρά(ΐ) прижатия образцов-инденторов, расположенных как с одной, так и с другой стороны контробразца, по нормали к его ответным рабочим поверхностям, Н;L m - the amplitude of the additional force Ρ ά (ΐ) pressing the indenter samples located on one or the other side of the counter-sample, normal to its reciprocal working surfaces, N;
Рк - статическая составляющая силы, создаваемой пьезоактюатором для прижатия образцовинденторов, расположенных как с одной, так и с другой стороны контробразца, по нормали к его ответным рабочим поверхностям, до начала испытаний и при отсутствии износа образцов равная нулю, Н;R to - the static component of the force created by the piezoactuator to compress the samples of the indenters located on one or the other side of the counter-sample, normal to its reciprocal working surfaces, before the test and in the absence of wear of the samples is equal to zero, N;
ω - круговая частота изменения во времени ΐ дополнительной силы Е,|(1) прижатия образцовинденторов по нормали к рабочей поверхности контробразца, (рад/с);ω is the circular frequency of change in time ΐ of the additional force E, | (1) the pressing of the indenter samples normal to the working surface of the counter-sample, (rad / s);
φ - смещение фазы изменения дополнительной силы Ρά(ΐ) прижатия образцов-инденторов по нормали к рабочей поверхности контробразца, рад;φ is the phase shift of the change in the additional force Ρ ά (ΐ) of pressing the indenter samples normal to the working surface of the counter sample, rad;
ΐ - текущее время, с.ΐ - current time, sec.
- 3 023900- 3 023900
При интегральном износе на величину δ образцов-инденторов, расположенных со стороны каждой из рабочих поверхностей контробразца, пропорционально величине к£ · 2 · δ изменяется значение статической составляющей силы прижатия Рс образцов-инденторов к ответным поверхностям контробразца по нормали к их поверхности.With integral wear, by the value of δ of the indenter samples located on the side of each of the working surfaces of the counter-sample, the value of the static component of the pressing force P from the indenter samples to the counter surfaces of the counter-sample along the normal to their surface changes in proportion to the value of £ 2 · δ.
Для компенсации изменения силы Рс изменяют параметры электропитания пьезоактюатора, обеспечивая поддержание величины исходного усилия Рс, создаваемого пьезоактюатором. При этом перемещается (выдвигается вперед) нажимная поверхность пьезоактюатора, деформируя упругоподатливый элемент до исходного напряженно-деформированного состояния.To compensate for the change in the force P c , the power parameters of the piezoelectric actuator are changed, maintaining the magnitude of the initial force P c created by the piezo actuator. At the same time, the pressure surface of the piezoactuator is moved (pushed forward), deforming the elastic-flexible element to the initial stress-strain state.
При перемещении нажимной поверхности пьезоактюатора системой его обратной связи регистрируется величина этого перемещения и она соответствует интегральной величине износа, равной 2δ (суммарной величине среднего износа образцов-инденторов, расположенных со стороны одной рабочей поверхности контробразца, и среднего износа образцов-инденторов, расположенных со стороны другой рабочей поверхности контробразца).When the pressure surface of the piezo actuator is moved by its feedback system, the value of this movement is recorded and it corresponds to an integral value of wear equal to 2δ (the total value of the average wear of the indenter samples located on the side of one working surface of the counter-sample and the average wear of the indenter samples located on the other side countertop working surface).
Таким образом, по изменению параметров электропитания пьезоактюатора определяют величину δ износа пары трения, характеризующую ее противоизносные свойства.Thus, by changing the parameters of the power supply of the piezoelectric actuator determine the value of δ wear of a friction pair, characterizing its anti-wear properties.
Значения коэффициента трения к£, характеризующего антифрикционные свойства испытываемой пары трения, определяют по силе трения и усилию прижатия образцов-инденторов к ответной поверхности контробразца (отношению этих параметров). Изменение силы трения пропорционально изменению параметров электропитания магнитоэлектрического модуля.The values of the friction coefficient k £ , which characterizes the antifriction properties of the tested friction pair, are determined by the friction force and the force of pressing the indenter samples to the counter sample surface (the ratio of these parameters). The change in the friction force is proportional to the change in the power parameters of the magnetoelectric module.
Необходимо отметить, что при анализе результатов исследований, проведенных в Объединенном институте машиностроения НАН Беларуси, было установлено, что погрешность определения величин коэффициента трения и износа по параметрам электропитания не превышает 3-5%.It should be noted that when analyzing the results of studies conducted at the Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus, it was found that the error in determining the values of the coefficient of friction and wear by power parameters does not exceed 3-5%.
На фиг. 1 показана схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - разрез Б-Б фиг. 1;In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the proposed method; in FIG. 2 - section BB of FIG. one;
на фиг. 3 - схема взаимодействия четырех образцов-инденторов с одной из ответных рабочих поверхностей контробразца;in FIG. 3 is a diagram of the interaction of four indenter samples with one of the counter working counterpart surfaces;
на фиг. 4 - схема взаимодействия трех образцов-инденторов с одной из ответных рабочих поверхностей контробразца.in FIG. 4 is a diagram of the interaction of three indenter samples with one of the counter working counterpart surfaces.
Устройство для испытания материалов на трение и износ содержит (фиг. 1) вакуумную камеру 1, в которой размещен привод, например линейный электромагнитный двигатель, включающий статор 2, выполненный в виде кольцевого электромагнитного модуля с цилиндрическим сквозным отверстием, и ротор 3, выполненный в виде постоянного магнита, например, цилиндрической формы, расположенного в отверстии статора 2 с радиальным зазором (не показан) и установленного с возможностью возвратнопоступательного перемещения вдоль оси О-О статора 2.A device for testing materials for friction and wear contains (Fig. 1) a vacuum chamber 1 in which a drive is placed, for example, a linear electromagnetic motor including a stator 2 made in the form of a ring electromagnetic module with a cylindrical through hole, and a rotor 3 made in the form a permanent magnet, for example, a cylindrical shape located in the hole of the stator 2 with a radial clearance (not shown) and installed with the possibility of reciprocating movement along the axis O-O of the stator 2.
Контробразец 4 выполнен в виде прямоугольной призмы с параллельными гранями, из которых две противолежащие (грани I и II контробразца 4 на фиг. 1) являются его рабочими поверхностями.Counter-sample 4 is made in the form of a rectangular prism with parallel faces, of which two opposite (faces I and II of counter-sample 4 in Fig. 1) are its working surfaces.
Контробразец 4 жестко закреплен на роторе 3. Его рабочие поверхности I и II установлены с возможностью взаимодействия, например, с двумя группами образцов-инденторов 5, расположенных симметрично друг другу по нормали к рабочим поверхностям I и II контрообразца 4.Counter-sample 4 is rigidly fixed on the rotor 3. Its working surfaces I and II are installed with the possibility of interaction, for example, with two groups of indenter samples 5 located symmetrically to each other along the normal to the working surfaces I and II of counter-sample 4.
Каждая группа содержит одинаковое число образцов-инденторов 5. Целесообразно использовать в каждой группе не менее трех образцов-инденторов 5.Each group contains the same number of indenter samples 5. It is advisable to use at least three indenter samples 5 in each group.
Образцы-инденторы 5 имеют форму полусферы, опирающейся сферической поверхностью на плоскую ответную рабочую поверхность контробразца 4.Indenter samples 5 are in the form of a hemisphere, resting a spherical surface on a flat reciprocal working surface of counter-sample 4.
Каждый из полусферических образцов-инденторов 5 закреплен в соответствующей державке 6а или 6б. Державки 6а жестко связаны с жесткой пластиной 7, державки 6б жестко связаны с жесткой пластиной 8. Пластина 7 жестко связана с внутренней стенкой вакуумной камеры 1, пластина 8 установлена с возможностью перемещения по нормали к рабочим поверхностям контробразца 4 и взаимодействия в этом направлении с противоположной державкам 6б стороны с упругоподатливым дугообразным элементом 9.Each of the hemispherical indenter samples 5 is fixed in the respective holder 6a or 6b. The holders 6a are rigidly connected to the rigid plate 7, the holders 6b are rigidly connected to the rigid plate 8. The plate 7 is rigidly connected to the inner wall of the vacuum chamber 1, the plate 8 is mounted with the ability to move along the normal to the working surfaces of the counter-sample 4 and interact in this direction with the opposite holders 6b of the side with an elastically flexible arcuate element 9.
Упругоподатливый элемент 9 размещен между жесткими пластинами 8 и 10, пластина 10 установлена с возможностью перемещения по нормали к рабочим поверхностям контробразца 4 и взаимодействия обратной упругоподатливому элементу 9 поверхностью с программно-управляемым модулем 11 (пьезоактюатором 11) для создания переменного усилия прижатия образцов-инденторов 5 по нормали к ответной поверхности контробразца 4.An elastic-flexible element 9 is placed between the rigid plates 8 and 10, the plate 10 is mounted with the possibility of moving along the normal to the working surfaces of the counter-sample 4 and the interaction of the reciprocal elastic element 9 with the surface of the program-controlled module 11 (piezoelectric actuator 11) to create a variable compressive force of the indenter samples 5 normal to the counter surface of counter sample 4.
Для возможности создания требуемой статической составляющей силы Рк прижатия образцовинденторов 5 к ответной рабочей поверхности контробразца 4 пьезоактюатор 11 установлен с возможностью перемещения как одно целое по нормали к рабочим поверхностям контробразца 4 и жесткой фиксации в этом положении по отношению к вакуумной камере 1, например, посредством герметизируемого резьбового соединения (не показано).In order to be able to create the required static component of the force P to press the samples of the indenters 5 to the counter working surface of the counter sample 4, the piezo actuator 11 is mounted with the ability to move as a whole along the normal to the working surfaces of the counter sample 4 and rigidly fix in this position with respect to the vacuum chamber 1, for example, by a sealed threaded connection (not shown).
Для контроля и управления процессом испытаний устройство снабжено модулями контроля электрических параметров 12 и 13 и программируемым модулем 14. Первый выход программируемого моду- 4 023900 ля 14 связан через исполнительное устройство 15 с входом статора 2, второй выход программируемого модуля 14 связан с входом пьезоактюатора 11 для создания переменного усилия прижатия образцовинденторов 5 по нормали к ответным поверхностям контробразца 4. Выход статора 2 связан с входом первого модуля контроля электрических параметров 12, выход которого связан с первым входом программируемого модуля 14. Выход пьезоактюатора 11 связан с входом второго модуля 13 контроля электрических параметров, выход которого связан с вторым входом программируемого модуля 14, причем одна группа образцов-инденторов 5 (не показаны) жестко связана с вакуумной камерой 1, а упругоподатливый элемент 9 размещен с возможностью взаимодействия по нормали к поверхности контробразца 4 между другой группой образцов-инденторов 5 (не показаны) и пьезоактюатором 11.To monitor and control the test process, the device is equipped with electrical parameters control modules 12 and 13 and a programmable module 14. The first output of the programmable module 4 023900 la 14 is connected via an actuator 15 to the input of the stator 2, the second output of the programmable module 14 is connected to the input of the piezo actuator 11 for creating a variable effort of pressing samples of indenters 5 along the normal to the counter surfaces of counter sample 4. The output of the stator 2 is connected to the input of the first module for monitoring electrical parameters 12, the output of which is connected with the first input of the programmable module 14. The output of the piezo actuator 11 is connected to the input of the second module 13 of the control of electrical parameters, the output of which is connected to the second input of the programmable module 14, and one group of indenter samples 5 (not shown) is rigidly connected to the vacuum chamber 1, and elastic element 9 is placed with the possibility of interaction along the normal to the surface of counter-sample 4 between another group of specimen-indenters 5 (not shown) and piezo actuator 11.
Третий выход программируемого модуля 14 связан с входом модуля управления 16 вакуумным насосом 17, соединенным с вакуумной камерой 1.The third output of the programmable module 14 is connected to the input of the control module 16 of the vacuum pump 17 connected to the vacuum chamber 1.
Для контроля конечных положений ротора 3 устройство снабжено двумя датчиками Холла 18 и 19, выходы которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами программируемого модуля 14.To control the end positions of the rotor 3, the device is equipped with two Hall sensors 18 and 19, the outputs of which are connected respectively to the third and fourth inputs of the programmable module 14.
Фиксация (с возможностью перемещения по нормали к контробразцу 4) жесткой пластины 8 с державками 6б осуществляется посредством призматических качающихся опор 20 (фиг. 1 и 2), не позволяющих пластине 8 смещаться параллельно рабочим поверхностям контробразца 4. Трение качения в этих опорах не оказывает влияния на определяемые в процессе испытаний коэффициенты трения.The fixation (with the possibility of moving along the normal to the counter-sample 4) of the rigid plate 8 with the holders 6b is carried out by prismatic swinging supports 20 (Fig. 1 and 2), not allowing the plate 8 to move parallel to the working surfaces of the counter-sample 4. The rolling friction in these supports does not affect on the coefficients of friction determined during the tests.
При значительных амплитудах возвратно-поступательных перемещений контробразца 4 (±5^15 мм) на его рабочих поверхностях выполняются продольные (в направлении возвратно-поступательного перемещения ротора 3) направляющие желобки 21 (фиг. 2-4). В сечении, перпендикулярном направлению возвратно-поступательного перемещения ротора 3 (оси статора 2), направляющие желобки 21 выполнены радиусом К (фиг. 2), большим радиуса г сферической поверхности образцов-инденторов 5.With significant amplitudes of the reciprocating movements of the counter-sample 4 (± 5 ^ 15 mm), longitudinal (in the direction of reciprocating movement of the rotor 3) guide grooves 21 are performed on its working surfaces 21 (Fig. 2-4). In a cross section perpendicular to the direction of reciprocating movement of the rotor 3 (stator axis 2), the guide grooves 21 are made with a radius K (Fig. 2), greater than the radius r of the spherical surface of the indenter samples 5.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
Для испытаний на трение и износ материалов пары трения модифицированный фторопласт-сталь ШХ15 были изготовлены восемь штук образцов-инденторов 5 из модифицированного фторопласта и контробразец 4 из стали ШХ15 с твердостью рабочей поверхности 62-65 НКС и шероховатостью Ка=0,4. Противолежащие рабочие поверхности контробразца 4 были выполнены взаимно параллельными (контробразец 4 имел прямоугольное сечение). Образцы-инденторы 5 имели сферическую поверхность с радиусом г=2,5 мм.To test for friction and wear of materials of a friction pair modified fluoroplastic steel SHKh15, eight pieces of indenter samples 5 were made from modified fluoropolymer and counter sample 4 from steel SHKh15 with a hardness of the working surface of 62-65 NKS and a roughness of K a = 0.4. Opposite working surfaces of counter-sample 4 were made mutually parallel (counter-sample 4 had a rectangular section). Indenter samples 5 had a spherical surface with a radius r = 2.5 mm.
Предварительно контробразец 4 устанавливался (по скользящей посадке) на ротор 3 и жестко фиксировался на нем резьбовой шпилькой со шлицевой прорезью под отвертку (не показаны). Со стороны каждой из рабочих поверхностей контробразца 4 симметрично друг другу устанавливались попарно на четырех осях по нормали к рабочей поверхности по четыре образца-индентора 5 (фиг. 3) и прижимались к его рабочим поверхностям. Державки 6а четырех образцов-инденторов 5 жестко крепились на пластине 7, державки 6б других четырех образцов-инденторов 5 жестко крепились на пластине 8, устанавливались совместно с ней с возможностью перемещения по нормали к рабочей поверхности контробразца 4 и фиксировались опорами 20 в плоскости, параллельной рабочей поверхности контробразца 4, с возможностью взаимодействия с упругоподатливым элементом 9.Previously, counter-sample 4 was installed (on a sliding fit) on the rotor 3 and was rigidly fixed on it with a threaded pin with a slotted slot for a screwdriver (not shown). On the side of each of the working surfaces of counter-sample 4 symmetrically to each other, four indenter samples 5 (Fig. 3) were placed in pairs on four axes normal to the working surface and pressed against its working surfaces. The holders 6a of the four indenter samples 5 were rigidly attached to the plate 7, the holders 6b of the other four indenter samples 5 were rigidly attached to the plate 8, installed together with it with the possibility of moving along the normal to the working surface of the counter sample 4 and fixed with supports 20 in a plane parallel to the working the surface of the counter-sample 4, with the possibility of interaction with the elastic element 9.
В соответствии со значением коэффициента к£ = 3 Н/мкм и требуемой для испытаний величиной силы РС = 18 Н определялась величина ΔIn accordance with the value of the coefficient k £ = 3 N / μm and the force value P C = 18 N required for testing, the quantity Δ was determined
Δ = Рс ! к= 6 мкм. (2)Δ = P s ! k = 6 μm. (2)
Затем пьезоактюатор 11 (мод. ЫАС2122-Нхх, изготовитель Νοίίαο Л/8с 1Шр://\у\у\у.поПас.сот/Р1а1е51аск5-60.а5р.\) с выдвинутой на 60 мкм нажимной (опорной) поверхностью (не показана) подводился к упругоподатливому элементу 9 и с использованием микрорезьбового соединения (не показано) упругоподатливый элемент 9 деформировался на величину Δ = 6 мкм. При этом одновременно нагружались образцы-инденторы 5, а нажимная (опорная) поверхность (не показана) пьезоактюатора 11 оставалась в среднем положении (выдвинута с вылетом 60 мкм) и усилие ее удержания составляло 18 Н.Then the piezo actuator 11 (mod. YAC2122-Hxh, manufacturer Νοίίαο L / 8s 1Wr: // \ y \ y \ u.p.Pass.sot / P1a1e51ask5-60.a5r. \) With a pressed (supporting) surface (not shown) was supplied to the elastic-flexible element 9 and using a micro-threaded connection (not shown), the elastic-flexible element 9 was deformed by Δ = 6 μm. In this case, the indenter samples 5 were simultaneously loaded, and the pressure (supporting) surface (not shown) of the piezo actuator 11 remained in the middle position (extended with a reach of 60 μm) and its retention force was 18 N.
После установки статической составляющей силы Рк = 18 Н (усилие контролировалось по удерживающему нажимную (опорную) поверхность пьезоактюатора 11 напряжению его электропитания при постоянном токе) ротор 3 перемещением статора 2 размещался с радиальным зазором 0,5 мм в его цилиндрическом отверстии и жестко фиксировался в вакуумной камере 1.After setting the static component of the force P k = 18 N (the force was controlled by the voltage supplying it to the pressure (supporting) surface of the piezo actuator 11 at constant current), the rotor 3 was placed by moving the stator 2 with a radial clearance of 0.5 mm in its cylindrical hole and was rigidly fixed in vacuum chamber 1.
Осуществлялась коммутация первого выхода программируемого модуля 14 с входом статора 2, второго выхода программируемого модуля 14 с входом пьезоактюатора 11, выхода статора 2 с входом первого модуля контроля электрических параметров 12, выхода модуля контроля электрических параметров 12 с первым входом программируемого модуля 14, выхода пьезоактюатора 11с входом второго модуля 13 контроля электрических параметров и выхода второго модуля 13 контроля электрических параметров с вторым входом программируемого модуля 14, первого выхода программируемого модуля 14с исполнительным устройством 15, его выхода с входом статора 2, третьего выхода программируемого модуля 14 с входом модуля управления 16 вакуумным насосом 17 (НВМ-3), соединенного с вакуумнойThe first output of the programmable module 14 with the input of the stator 2, the second output of the programmable module 14 with the input of the piezoelectric actuator 11, the output of the stator 2 with the input of the first module for monitoring the electrical parameters 12, the output of the control module for electrical parameters 12 with the first input of the programmable module 14, and the output of the piezoelectric actuator 11c were switched the input of the second module 13 of the control of electrical parameters and the output of the second module 13 of the control of electrical parameters with the second input of the programmable module 14, the first output to the programmer removable module 14 with an actuator 15, its output with the input of the stator 2, the third output of the programmable module 14 with the input of the control module 16 of the vacuum pump 17 (HBM-3) connected to the vacuum
- 5 023900 камерой 1, выходов датчиков Холла 18 и 19 с соответственно третьим и четвертым входами программируемого модуля 14.- 5 023900 camera 1, the outputs of the Hall sensors 18 and 19 with respectively the third and fourth inputs of the programmable module 14.
Осуществлялась герметизация соединений (не показаны), программируемым модулем 14 подавалась команда на вход модуля управления 16 вакуумным насосом 17, которым в вакуумной камере 1 создавалась разряженная атмосфера, и температура в вакуумной камере снижалась до температуры минусCompounds (not shown) were sealed, the programmable module 14 sent a command to the input of the control module 16 of the vacuum pump 17, which created a discharged atmosphere in the vacuum chamber 1, and the temperature in the vacuum chamber decreased to minus
110°С.110 ° C.
Датчиками Холла 18 и 19 осуществлялся контроль крайних положений ротора 3 и связанного с ним контробразца 4, после чего контробразец 4 ротором 3 перемещался в заданное положение.Hall sensors 18 and 19 monitored the extreme positions of the rotor 3 and the associated counter-sample 4, after which the counter-sample 4 by the rotor 3 moved to a predetermined position.
В соответствии с зависимостью (1) программируемым модулем 14 на исполнительное устройство 15 подавалась команда, формирующая посредством изменения тока при постоянном стабилизированном напряжении электропитания требуемые параметры магнитного поля, создаваемого статором 2, обеспечивающие возвратно-поступательные перемещения ротора 3 и жестко связанного с ним контробразца 4 со скоростью 0,36 м/мин, амплитудой ± 3 мм и частотой 0,5 Гц. Одновременно с этим в соответствии с командой программируемого модуля 14, поступающей на пьезоактюатор 11 и изменяющей с требуемой амплитудой напряжение его электропитания при стабилизированном токе, возвратно-поступательным перемещением его нажимной поверхности с амплитудой ± 4 мкм и частотой 2 Гц (ω = 12,56 рад/с) создавалось переменное усилие прижатия образцов-инденторов 5 по нормали к ответной поверхности контробразца 4 с амплитудой колебаний АР<1 = 12 Н и сдвигом фазы φ=0, т.е. был реализован режим нагруженияIn accordance with the dependence (1) by the programmable module 14, a command was issued to the actuator 15, which, by varying the current at a constant stabilized power supply voltage, generates the required parameters of the magnetic field created by the stator 2, providing reciprocating movements of the rotor 3 and the tightly connected counter sample 4 with with a speed of 0.36 m / min, an amplitude of ± 3 mm and a frequency of 0.5 Hz. At the same time, in accordance with the command of the programmable module 14 arriving at the piezoelectric actuator 11 and changing the voltage of its power supply with the required amplitude at a stabilized current, reciprocating movement of its pressure surface with an amplitude of ± 4 μm and a frequency of 2 Hz (ω = 12.56 rad / s) a variable pressure was created by pressing the indenter samples 5 normal to the counter surface of counter sample 4 with an oscillation amplitude A P <1 = 12 N and a phase shift φ = 0, i.e. loading mode was implemented
Р(() = 18 + 12 · 8Ϊη ωί. (3)P (() = 18 + 12.8Ϊη ωί. (3)
В процессе проведения испытаний на трение и износ по параметрам тока электропитания статора 2, пропорционального силе сопротивления перемещению ротора 3, равной силе трения, и стабилизированному напряжению его электропитания определялась в реальном масштабе времени сила трения и, по ее отношению к силе Р, создаваемой пьезоактюатором 11, рассчитывались и фиксировались в памяти программируемого модуля 14 мгновенные значения коэффициентов трения скольжения.In the process of conducting tests for friction and wear according to the parameters of the current supply to the stator 2, proportional to the resistance to movement of the rotor 3, equal to the force of friction, and the stabilized voltage of its power supply, the friction force and, in relation to the force P created by the piezo actuator 11, were determined in real time , instantaneous values of sliding friction coefficients were calculated and recorded in the memory of programmable module 14.
При интегральном износе образцов-инденторов 5 на 2δ =2 мкм, статическая сила, удерживающая нажимную поверхность пьезоактюатора 11 в положении вылета 60 мкм, уменьшилась на величину 6 Н, соответствующую снижению упругой деформации упругоподатливого элемента 9.With the integral wear of the indenter samples 5 by 2δ = 2 μm, the static force holding the pressure surface of the piezoelectric actuator 11 in the ejection position of 60 μm decreased by 6 N, which corresponds to a decrease in the elastic deformation of the resilient element 9.
Для восстановления исходного значения силы Рс по команде программируемого модуля 14 на пьезоактюатор 11 была подана автоматизированная команда на выдвижение его нажимной (опорной) поверхности до восстановления величины удерживающей силы 18 Н. При этом программируемым модулем 14 по внутреннему датчику пьезоактюатора 11 контролировалась величина выдвижения его нажимной (опорной) поверхности. Эта величина составила 2 мкм, что соответствовало величине интегрального износа образцов-инденторов 5. Величина этого износа фиксировалась в памяти программируемого модуля 14.To restore the initial value of force P with the command of the programmable module 14, an automated command was sent to the piezoactuator 11 to extend its push (support) surface until the holding force of 18 N was restored. In this case, the extension of its push was controlled by the programmable module 14 using the internal sensor of the piezoelectric actuator 11 (reference) surface. This value was 2 μm, which corresponded to the integral wear of the indenter samples 5. The value of this wear was recorded in the memory of programmable module 14.
После достижения величины интегрального износа 6 мкм испытания останавливались, испытываемая пара трения нагревалась до температуры 120°С и проводился приведенный выше цикл испытаний с определением коэффициента трения по параметрам электропитания статора 2 и износа по тренду параметров электропитания пьезоактюатора 11, регистрируемому при одинаковых по амплитуде и частоте параметрах прижатия образцов-инденторов 5 к соответствующим рабочим поверхностям контробразца 4.After the integral wear value of 6 μm was reached, the tests were stopped, the tested friction pair was heated to a temperature of 120 ° C and the above test cycle was carried out with the determination of the friction coefficient by the power parameters of stator 2 and wear by the trend of power parameters of the piezoelectric actuator 11, recorded at the same amplitude and frequency the pressing parameters of the indenter samples 5 to the corresponding working surfaces of the counter sample 4.
Одновременно с приведенными выше испытаниями, осуществленными в соответствии с предлагаемым техническим решением, были проведены испытания в вакууме пар трения из аналогичных материалов на трение и износ при скорости скольжения 0,36 м/мин, Рс = 18 Н и температурах -110 и 120°С в соответствии со способом, предлагаемым в прототипе, и подшипника скольжения с диаметром вала 3,8 мм, для которого создавалось статическое давление, соответствующее давлению, создаваемому силой Рс в сопряжении образцов-инденторов 5 и контробразца 4, и синусоидально изменяющееся с частотой 2 Гц и амплитудой давление, амплитуда которого соответствовала амплитуде давления 12 Н, создаваемой силой Ρ,ι(Ι) при испытаниях в соответствии с предлагаемым способом.Along with the above tests carried out in accordance with the proposed technical solution, friction pairs of similar materials were tested in vacuum for friction and wear at a sliding speed of 0.36 m / min, P s = 18 N and temperatures -110 and 120 ° C in accordance with the method proposed in the prototype, and a sliding bearing with a shaft diameter of 3.8 mm, for which a static pressure was created corresponding to the pressure created by the force P with the conjugation of the indenter samples 5 and counter-sample 4, and sinusoidally changing pressure with a frequency of 2 Hz and an amplitude, the amplitude of which corresponded to a pressure amplitude of 12 N created by the force Ρ, ι (Ι) during tests in accordance with the proposed method.
По полученным результатам испытаний на трение и износ определялись коэффициенты трения £, величины износостойкости I и их отношения к аналогичным параметрам ГР и 1Р, полученным при испытаниях подшипника скольжения.From the obtained results of friction and wear tests, friction coefficients £, wear resistance values I and their relations to similar parameters Г Р and 1 Р obtained during testing of a sliding bearing were determined.
Результаты сравнительных исследований противоизносных (износостойкости) и антифрикционных свойств в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах -110 и 120°С приведены в таблице.The results of comparative studies of antiwear (wear resistance) and antifriction properties under conditions of unsteady loads and sliding speeds at temperatures of -110 and 120 ° C are given in the table.
- 6 023900- 6,023,900
Результаты сравнительных испытанийComparative Test Results
Анализ результатов сравнительных испытаний (см. таблицу) показал, что реализация предлагаемых способа и устройства для испытаний на трение и износ позволяет существенно повысить достоверность определения противоизносных и антифрикционных свойств в условиях нестационарных нагрузок и скоростей скольжения при температурах от -110 до 120°С в контролируемой атмосфере или вакууме пар трения скольжения, включающих композиционные, в том числе полимерные, материалы.Analysis of the results of comparative tests (see table) showed that the implementation of the proposed method and device for testing friction and wear can significantly increase the reliability of determining antiwear and antifriction properties under conditions of unsteady loads and sliding speeds at temperatures from -110 to 120 ° C in a controlled atmosphere or vacuum, sliding friction pairs, including composite, including polymeric, materials.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300885A EA023900B1 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300885A EA023900B1 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201300885A1 EA201300885A1 (en) | 2014-12-30 |
| EA023900B1 true EA023900B1 (en) | 2016-07-29 |
Family
ID=52248260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201300885A EA023900B1 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA023900B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307521B6 (en) * | 2017-11-27 | 2018-11-07 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | A device for analysis of selected properties of particulate matter |
| RU210147U1 (en) * | 2022-01-17 | 2022-03-30 | Эрвин Джеватович Умеров | Device for determining the coefficient of friction of lubricants |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173269A1 (en) * | 1983-10-18 | 1985-08-15 | Отделение ордена Ленина института химической физики АН СССР | Machine for wear and friction testing of materials and lubricants |
| SU1305574A1 (en) * | 1986-03-12 | 1987-04-23 | Сибирский технологический институт | Device for friction testing of solid materials and liquids |
| US20030000282A1 (en) * | 2001-06-30 | 2003-01-02 | Korea Institute Of Science And Technology | Fine friction and wear test apparatus for plate specimen |
| RU2328721C1 (en) * | 2007-01-24 | 2008-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" | Device for evaluating lubrication characteristics of liquids under pressure |
-
2013
- 2013-06-24 EA EA201300885A patent/EA023900B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1173269A1 (en) * | 1983-10-18 | 1985-08-15 | Отделение ордена Ленина института химической физики АН СССР | Machine for wear and friction testing of materials and lubricants |
| SU1305574A1 (en) * | 1986-03-12 | 1987-04-23 | Сибирский технологический институт | Device for friction testing of solid materials and liquids |
| US20030000282A1 (en) * | 2001-06-30 | 2003-01-02 | Korea Institute Of Science And Technology | Fine friction and wear test apparatus for plate specimen |
| RU2328721C1 (en) * | 2007-01-24 | 2008-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" | Device for evaluating lubrication characteristics of liquids under pressure |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307521B6 (en) * | 2017-11-27 | 2018-11-07 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | A device for analysis of selected properties of particulate matter |
| RU210147U1 (en) * | 2022-01-17 | 2022-03-30 | Эрвин Джеватович Умеров | Device for determining the coefficient of friction of lubricants |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201300885A1 (en) | 2014-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rehbein et al. | Friction and wear behaviour of polymer/steel and alumina/alumina under high-frequency fretting conditions | |
| CN103063530B (en) | Micro-movement friction and abrasion testing machine | |
| Palazzolo et al. | Hybrid active vibration control of rotorbearing systems using piezoelectric actuators | |
| Dimond et al. | Identification methods and test results for tilting pad and fixed geometry journal bearing dynamic coefficients–A review | |
| EA023900B1 (en) | Method for material testing for friction and wear and device for implementation thereof | |
| JP2015175779A (en) | friction tester and friction testing method | |
| Hwang et al. | Development of a variable preload spindle by using an electromagnetic actuator | |
| CN113167707A (en) | Measuring drive, measuring device, method and use comprising an ultrasonically supported shaft | |
| CN104132858A (en) | Friction wear test machine for high-temperature in-situ polymerized solid lubricating film | |
| Zhang et al. | Characteristics and attenuation mechanism of linear standing-wave piezoelectric motors with ceramics-mated friction couples | |
| US20160336504A1 (en) | Positioning Device | |
| CN108169029B (en) | Electromechanical thermal coupling stress corrosion in-situ fatigue performance test device | |
| Li et al. | Experimental research on the evolution characteristics of a bending hybrid ultrasonic motor during long-time operation | |
| Wang et al. | Design and driving characteristic researches of a novel bionic stepping piezoelectric actuator with large load capacity based on clamping blocks | |
| Han et al. | A compact linear-rotary impact motor based on a single piezoelectric tube stator with two independent electrodes | |
| Malpani¹ et al. | Design of flexure bearing for linear compressor by optimization procedure using FEA | |
| US7752883B2 (en) | Tribometer | |
| Ewins | A survey of contact hysteresis measurement techniques | |
| US10679875B2 (en) | Sealing mechanism comprising an annular sealing member and a lubricant groove storing a lubricant, a conveyance device, and a manufacturing device comprising a sealing mechanism | |
| Gao et al. | Tribological property investigation on a novel pneumatic actuator with integrated piezo actuators | |
| Kayo et al. | Experimental structural analysis of gas foil bearings | |
| Asaduzzaman Chowdhury et al. | The frictional behavior of materials under vertical vibration | |
| JPH03183931A (en) | High-temperature and high-pressure underwater wear testing machine | |
| Leus et al. | Effectiveness of friction force reduction in sliding motion depending on the frequency of longitudinal tangential vibrations, sliding velocity and normal pressure | |
| Wan et al. | A small piezoelectric stack motor designed for vacuum and micro-dust environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |