LV15225B - Equipment for evaluating the tribological properties of materials - Google Patents

Abstract

Izgudrojums attiecas uz mašīnbūves nozari, konkrēti, uz iekārtām un sistēmām materiālu berzes un nodilumizturības pārbaudei. Piedāvāta iekārta, kas ļauj paplašināt berzes mašīnas funkcionālās iespējas, imitējot triboloģiskos testus tuvāk berzes mezglu reālajiem darba apstākļiem. Minētā iekārta satur pievadu ar horizontālu rotējošu disku (4), ierīci (7) paraugu (6) piestiprināšanai pie iendentora, slogotājierīci ar slodzes regulēšanas mehānismu. Rotējošais disks (4) izvietots darba kamerā (5), kura sadalīta divos dobumos, turklāt augšējā dobumā ir uzstādīts sildītājs (9), bet apakšējā dobumā zem diska (4) ir izvietota dzesēšanas ierīce (8). Uz diska (4) virsmas iespējams piestiprināt nomaināmas pretķermeņa plāksnes (12) ar mainīgu profilu. Ar vadības sistēmas (10) palīdzību iespējams mainīt diska (4) rotācijas ātrumu un regulēt piespiešanas slodzi, kā arī pārvietot indentoru vertikālā virzienā, mainot lineāro ātrumu. Temperatūru kamerā var mainīt no -30 līdz +50 °C. Ierīci (7) ar indentoru paraugu (6) piestiprināšanai, kas atrodas virs diska (4), var papildināt ar impulsa elektromagnētu, kas regulē impulsa slodzi uz parauga (6).The invention relates to the mechanical engineering sector, in particular, equipment and systems for testing friction and wear resistance of materials. Offered a machine that allows you to extend the functionality of the friction machine opportunities by simulating tribological tests closer to the friction unit real working conditions. The aforesaid device contains an actuator with horizontal rotating disk (4), device (7) sample (6) for attachment to the tenderer, load-applying device with load adjustment mechanism. Rotating disc (4) located a working chamber (5) divided into two cavities, furthermore the heater (9) is mounted in the upper cavity and the lower heater (9) a cooling device (8) is located under the disk (4). To replaceable surfaces of disc (4) anti-body plates (12) with a variable profile. With management the system (10) can change the rotation of the disk (4) speed and adjusting the press load as well as moving Indentors in vertical direction by changing linear velocity. The temperature in the chamber can be changed from -30 to +50 ° C. Device (7) with a retractor for attaching the sample (6) above The disk (4) can be supplemented by a pulsed electromagnet which regulates the pulse load on the sample (6).

Description

[001] Izgudrojums attiecas uz mašīnbūves nozari, galvenokārt uz iekārtām un sistēmām materiālu berzes un nodiluma izturības pārbaudei.The invention relates to the mechanical engineering industry, in particular to equipment and systems for testing the resistance of materials to rubbing and abrasion.

Zināmais tehnikas līmenis [002] Ir zināma iekārta, kas paredzēta frikcijas un antifrikcijas materiālu berzes un nodiluma izturības pārbaudei plašā režīmu diapazonā [1]. Maināmu palīgierīču komplekts ļauj realizēt dažādas izmēģinājumu shēmas. Iekārta ļauj realizēt indentora kombinētas kustības, lai nodrošinātu tā kontaktu ar paraugu punktā, pa līniju vai plaknē. Iekārta var tikt izmantota dažādu materiālu (metāla, plastmasas, pārklājumu, gumijas, keramikas) berzes un nodiluma novērtēšanai, kā arī eļļošanas materiālu lietošanas efektivitātes novērtēšanai temperatūru diapazonā no 20 līdz 200 °C. Iekārtas trūkums ir nespēja veikt izmēģinājumus pie negatīvām temperatūrām, kā arī lineārā ātruma ierobežojums (ātrums nepārsniedz 4 m/s).BACKGROUND OF THE INVENTION [002] There is a known apparatus for testing the friction and wear resistance of friction and antifriction materials over a wide range of modes [1]. A set of interchangeable accessories allows you to carry out a variety of trial schemes. The machine enables combined movements of the indenter to ensure its contact with the specimen at a point, line, or plane. The machine can be used to evaluate friction and wear of various materials (metal, plastic, coatings, rubber, ceramic) as well as to evaluate the efficiency of the use of lubricants in the temperature range of 20 to 200 ° C. The disadvantages of the device are the inability to perform tests at negative temperatures and the limitation of the linear speed (speed not exceeding 4 m / s).

[003] Ir zināma iekārta [2] materiālu berzes un nodiluma izturības pārbaudei eļļošanas materiālu klātbūtnē. Iekārta satur pamatni un uz tās uzstādītu eļļas vannu ar sildītāju, eļļas vannā izvietotus paraugu turētājus, rotācijas pievadu, slogojuma mezglu, berzes spēka momenta un temperatūras devēju. Iekārtas trūkums - nav iespējams veikt izmēģinājumus pie negatīvām temperatūrām, kā arī lineārā ātruma ierobežojums.[003] A device [2] for checking the friction and wear resistance of materials in the presence of lubricants is known. The unit contains a base and an oil bath with heater, sample holders in the oil bath, rotary actuator, loading unit, friction force and temperature sensor. Lack of equipment - it is not possible to perform tests at negative temperatures, as well as linear speed limitation.

[004] Ir zināma iekārta ar horizontālu rotācijas vārpstu metālisko un nemetālisko materiālu berzes un nodiluma izturības pārbaudei [3]. Lai būtu iespējams izmainīt siltuma laukumu, iekārta satur maināmas galviņas, kuras tiek uzsildītas ar strāvu līdz nepieciešamajai temperatūrai diapazonā no 20 līdz 1000 °C. Iekārtas trūkums - nav iespējams veikt izmēģinājumus pie negatīvām temperatūrām.[004] A device with a horizontal rotary shaft for testing friction and wear resistance of metallic and non-metallic materials is known [3]. In order to be able to change the heat area, the unit contains replaceable heads that are heated to the required temperature in the range of 20 to 1000 ° C. Lack of equipment - it is not possible to perform tests at negative temperatures.

[005] Ir zināma iekārta materiālu triboloģisko pētījumu veikšanai pie zemām temperatūrām [4]. iekārtai ir kamera ar kriogēno šķidrumu, kurā izvieto berzes mezglu un ar mezglu saistītu pievadu, kas nodrošina alternējošu kustību. Iekārtas trūkums ir ierobežota tās lietošana, jo berzes mezglu ar paraugiem ir jāizvieto tieši kamerā ar kriogēno šķidrumu. Iekārta nav paredzēta paraugu testēšanai strauju temperatūras izmaiņu apstākļos.[005] Known apparatus for conducting tribological studies of materials at low temperatures is known [4]. the apparatus has a chamber with a cryogenic fluid which houses the friction assembly and the assembly associated with the assembly for alternative movement. The disadvantage of the device is its limited use, since the friction unit with the samples must be placed directly in the cryogenic liquid chamber. The apparatus is not designed for testing specimens under rapid temperature changes.

[006] Ir zināma berzes testēšanas mašīna [5], kas ir paredzēta berzes pētījumiem pie augsta slīdes ātruma. Mašīna var tikt izmantota pie apkārtējās vides zemas temperatūras. Berzes testēšanas mašīna satur parauga turētāju, kā ari ierīci relatīvu kustību veikšanai starp berzes virsmu un parauga turētāju. Ar sviru mehānisma palīdzību ir iespēja mainīt slodzi uz parauga turētāju. Mašīnas trūkums - nav iespējams nodrošināt impulsa slodzi uz paraugu, ka arī nav iespējams mainīt diska lineāro ātrumu parauga pieskares punktā.[006] A friction testing machine [5] is known for friction studies at high slip speeds. The machine can be used at low ambient temperatures. The friction testing machine includes a sample holder as well as a device for performing relative movement between the friction surface and the sample holder. The lever mechanism allows the load on the sample holder to be changed. The disadvantage of the machine is that it is not possible to provide the impulse load on the sample or to change the linear speed of the disk at the point of contact of the sample.

[007] Ir zināma iekārta materiālu berzes un nodiluma novērtēšanai [6], kas satur pievadu ar horizontālo disku, kā arī ierīci paraugu nostiprināšanai uz diska, slogotājierīci un indentoru ar slodzes regulēšanas mehānismu (pieņemts par prototipu). Prototipa iekārtas trūkums - nav iespējams mainīt temperatūras režīmus. Iekārtā nav ierīces parauga uzsildīšanai un dzesēšanai. Iekārtā nav iespējams veikt izmēģinājumus ar impulsa slodzi uz paraugu, kas arī ir ierobežotas tehnoloģiskās iespējas.[007] There is known a device for assessing friction and wear of materials [6] comprising a drive with a horizontal disc, as well as a device for securing samples to a disc, a loading device and a retractor with a load adjusting mechanism (accepted as a prototype). Lack of prototype equipment - it is not possible to change the temperature modes. There is no device for heating and cooling the sample. It is not possible to perform impulse loading tests on a sample, which is also a limited technological capability.

Izgudrojuma mērķis un būtība [008] Izgudrojuma mērķis ir berzes testēšanas mašīnas funkcionālo iespēju paplašināšana un triboloģisko izmēģinājumu veikšana tuvāk berzes mezglu reālajiem darba apstākļiem. Augstākminētā mērķa sasniegšana ir iespējama pateicoties tam, ka izgudrojuma iekārta ir aprīkota ar sildītāju un dzesētāju, kas nodrošina iespēju mainīt temperatūru darba kamerā no -30 līdz +50 °C. Turklāt, iekārta ir aprīkota ar indentoru, kas savienots ar impulsa elektromagnētu, kas savukārt nodrošina regulējamu impulsa slodzi uz paraugu. Turklāt uz diska virsmas var piestiprināt gredzenveida plāksnes, kas kalpo kā maināmi pretķermeņa elementi, kas savukārt var būt ar viļņveidīgu virsmu.OBJECTIVE AND SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to extend the functional capabilities of the friction testing machine and to perform tribological tests closer to the actual working conditions of the friction assemblies. This is achieved by the fact that the invention is equipped with a heater and a cooler, which enables the temperature in the working chamber to be changed from -30 to +50 ° C. In addition, the machine is equipped with an inductor connected to a pulse electromagnet, which in turn provides an adjustable pulse load to the sample. In addition, annular plates serving as interchangeable body elements, which in turn may have a wavy surface, may be attached to the disc surface.

[009] Izgudrojums ir paskaidrots ar sekojošiem zīmējumiem:The invention is explained by the following drawings:

1. zīm. Prototipa iekārtas augšējās daļas principiālā shēma ar galvenajiem komponentiem: vertikāli rotējošu vārpstu (1), uz kuras ir piestiprināts disks (2), virs diska uzstādītu ierīci (3) ar noslogošanas mehānismu (4), paraugu turētāju (5) un paraugu (6).Fig. 1 Principal diagram of the upper part of the prototype device with main components: vertical rotating shaft (1) on which the disk (2) is mounted, device (3) mounted above the disk with loading mechanism (4), sample holder (5) and sample (6) .

2. zīm. Izgudrojuma iekārtas principiālā shēma ar galvenajiem komponentiem: dzinēju (1); reduktoru (2); vertikāli rotējošu vārpstu (3); rotējošu disku (4); iekārtas darba kameru (5); paraugu (6); ierīci ar paraugu turētāju un indentoru (7), kas var pārvietoties vertikālā virzienā (v), nodrošinot piespiešanas spēka (f) regulēšanu; dzesētāju (8); sildītāju (9); elektrodzinēja un indentora vadības sistēmu (IO); impulsa strāvas ģeneratoru (ll); pretķermeņa maināmo elementu (12).Fig. 2 Principal scheme of the invention with main components: engine (1); a reducer (2); a vertically rotating shaft (3); a rotating disk (4); a working chamber (5) of the apparatus; sample (6); a device having a sample holder and a retractor (7) which can move in the vertical direction (v), providing adjustment of the clamping force (f); a cooler (8); a heater (9); electric motor and indenter control system (IO); pulse current generator (II); a body replaceable element (12).

3. zīm. Izgudrojuma iekārtas darba kameras principiālā shēma (skatiens no augšas): vertikāli rotējoša vārpsta (3); rotējošais disks (4); darba kamera (5); sildītājs (9); pretķermeņa maināmais elements (12).Fig. 3 Schematic diagram of the working chamber of the invention (top view): Vertically rotating shaft (3); a rotating disk (4); a working chamber (5); a heater (9); body replaceable element (12).

4. zīm. Izgudrojuma iekārtas rotējošais disks (4) un pretķermeņa maināmais elements (12) ar viļņveidīgu virsmu; paraugs (6); ierīce ar paraugu turētāju un indentoru (7), kas var pārvietoties vertikālā virzienā (v), nodrošinot piespiešanas spēka (f) regulēšanu.Fig. 4 A rotating disk (4) and a body changing element (12) of the invention with a wavy surface; sample (6); a device having a sample holder and a retractor (7) which can move in the vertical direction (v), providing adjustment of the clamping force (f).

5. zīm. Ierīce ar paraugu turētāju un indentoru (7) kopā ar impulsa elektromagnētu; un paraugu (6) ; impulsa strāvas ģenerators (l l); rotējošais disks (4).Fig. 5 Device with sample holder and indenter (7) together with pulse electromagnet; and a sample (6); pulse current generator (l l); rotating disc (4).

Izgudrojuma realizācijas piemēri [OIO] l. piemērs. Iekārta (2. zīm., 3. zīm.) materiālu triboloģisko īpašību novērtēšanai, kas satur dzinēju (I), reduktoru (2), vertikāli rotējošu vārpstu (3), uz kura ir piestiprināts disks (4), kas savukārt ir izvietots darba kamerā (5), kura ir sadalīta divos dobumos, kas atšķiras ar to, ka minētās iekārtas darba kameras augšējā dobumā ir uzstādīts sildītājs (9), bet apakšējā dobumā zem diska ir izvietots dzesētājs (8). Uz diska (4) ir izvietots pretķermeņa maināmais elements (12), Virs diska (4) izvietota ierīce ar parauga turētāju un indentoru (7). Ar vadības sistēmas (ĪO) palīdzību var mainīt diska (4) rotācijas ātrumu (n), pārvietojot ierīci ar parauga turētāju un indentoru (7), un paraugu (6) pa diska rādiusu, kā arī var mainīt temperatūru kamerā no -30 līdz +50 °C. Indentors var pārvietoties vertikālā virzienā (v), nodrošinot piespiešanas spēka (f) regulēšanu.Examples of Implementation of the Invention [OIO] l. example. An apparatus (Fig. 2, Fig. 3) for evaluating the tribological properties of materials comprising an engine (I), a reducer (2), a vertically rotating shaft (3) on which is mounted a disk (4), which in turn is located a chamber (5), which is divided into two cavities, characterized in that a heater (9) is mounted in the upper cavity of the working chamber of said apparatus, and a cooler (8) is arranged in the lower cavity below the disk. The disc (4) is provided with an anti-body replaceable member (12), a device with a sample holder and an indentator (7) located above the disc (4). The control system (IO) can change the rotation speed (n) of the disk (4) by moving the device with the sample holder and indenter (7) and the sample (6) along the disk radius, and can change the temperature in the chamber from -30 to + 50 ° C. The indexer can move in the vertical direction (v) providing adjustment of the clamping force (f).

[0l l] 2. piemērs. Iekārta saskaņā ar I. piemēru, bet atšķirība ir tā, ka par pretķermeni tiek izmantots pretķermeņa maināmais elements (12) ar viļņveidīgu virsmu, šajā gadījumā diska (4) rotācijas laikā tiek īstenota dinamiska iedarbība uz paraugu (6), kuras režīmu nosaka ierīces ar indentoru (7) piespiešanas spēks un maināmā pretķermeņa elementa profila parametri (4. zīm.).[0l l] Example 2. The apparatus according to Example I, but the difference is that the body (12) with a wavy surface is used as a body, in which case the rotation of the disk (4) exerts a dynamic effect on the sample (6), press force of indentors (7) and profile parameters of the body to be replaced (Fig. 4).

[012] 3. piemērs. Iekārta analoģiska l. un 2. piemēram, bet šajā gadījumā ierīcē ar indentoru (7) ir uzstādīts impulsa elektromagnēts (5. zīm.), kuru darbina impulsa strāvas ģenerators (11). Pievadot impulsa strāvu no ģeneratora (11) uz impulsa elektromagnētu, notiek parauga (6) īslaicīga pārvietošana līdz tā saskarei ar pretķermeņa maināmo elementu (12). Šāda uzbūve ļauj īstenot dinamisko slodzi uz paraugu (6), paraugam (6) periodiski saskaroties ar pretķermeņa maināmo elementu (12) vai palielinot iepriekš uzstādīto slodzi ar impulsa komponentu.Example 3. Equipment similar l. and example 2, but in this case a pulse electromagnet (Fig. 5) is mounted in the device with the indenter (7), which is driven by a pulse current generator (11). By transmitting the pulse current from the generator (11) to the pulse electromagnet, the sample (6) is temporarily moved up to its contact with the body to be replaced (12). This design allows the dynamic load on the sample (6) to be applied by periodically contacting the sample (6) with the body change element (12) or by increasing the pre-installed load on the pulse component.

[013] Izgudrojums nodrošina triboloģisko izmēģinājumu veikšanu tuvāk berzes mezglu reālajiem darba apstākļiem, proti: darba kamerā iespējams uzturēt temperatūru diapazonā no -30 līdz +50 °C, regulējamu impulsa slodzi uz paraugu, kā arī dinamisku iedarbību uz paraugu, izmantojot gredzenveida maināmus pretķermeņa elementus ar viļņveidīgu virsmu.[013] The invention provides tribological testing closer to the actual working conditions of the friction assemblies, namely: maintaining a working chamber temperature of -30 to +50 ° C, adjustable impulse load on the sample, and dynamic impact on the sample using annular variable body members with a wavy surface.

Izmantotie informācijas avotiUsed information sources

1. ООО “Метротекс” Трибометр. Устройство для испытания материалов на трение и износ. Стандарт ASTM D3702-94, ASTM G99-05 [skatīts 2016. g. 5. maijā]. Pieejams: http://www.metrotex.ru/products/mt-3931. ООО “Метротекс” Трибометр. Устройство для испытания материалов на трение и износ. Сатандарт ASTM D3702-94, ASTM G99-05 [accessed 2016 Feb. May 5]. Available at: http://www.metrotex.ru/products/mt-393

2. Кобылянский С. И., Лышко Г.П. 15.12.1986 Машина трения для испытания материалов на трение и износ. Patents SU №1427232 [skatīts 2016. g. 2. maijā]. Pieejams: http://patents.su/4-1427232-mashina-treniya-dlya-ispytaniya-materialov-na- trenie-i-iznos.html2. Кобылянский С. И., Лышко Г.П. 12/15/1986 Машина трения для испытания материалов на трение износ. Patent SU №1427232 [View 2016 Mar. May 2]. Available at: http://patents.su/4-1427232-mashina-treniya-dlya-ispytaniya-materialov-na-trenie-i-iznos.html

3. Власьевский C.B., Машина трения для испытания деталей при повышенных температурах, [skatīts 2016. g. 4. maijā]. Pieejams: http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/DEPEN/ELMASH/INFJZM_TEX/METOD/ VLASEVSKI_UP/frame/frame_anno.htm3. Власьевский C.B., Mashine трения для испытания деталей при повышенных температурах, [View 2016] May 4]. Available at: http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/DEPEN/ELMASH/INFJZM_TEX/METOD/ VLASEVSKI_UP / frame / frame_anno.htm

4. Шнырев П.Д. и др. Стенд для исследования материалов на трение и износ при низких температурах. Заводская лаборатория, 1971, Ф 3, с.372-373.4. Шнырев П.Д. и др. Стенд для исследования материалов на трение и износ при низких температурах. Zavodskaya Labradorya, 1971, Ф 3, с.372-373.

5. Passport to friction machine SMC-2. [skatīts 2016. g. 2. maijā]. Pieejams: http://www.i- mash.ru/forum/biblioteka/file/1424-mashina-trenija-smc-2-pasport-zip/5. Passport to friction machine SMC-2. [Viewed 2016 May 2]. Available at: http: //www.i- mash.ru/forum/library/file/1424-mashina-trenija-smc-2-pasport-zip/

6. Neel К. Mani, Stow; Vladimir Roth; S. J. Olesky, both of Akron, all of OH (Us) Patent NO US6,349,587 Bl. Portable universal friction testing machine and method. 2002-0226.6. Neel К. Me, Stow; Vladimir Roth; S. J. Olesky, both of Akron, all of OH (Us) Patent NO US 6,349,587 B1. Portable universal friction testing machine and method. 2002-0226.

Claims (4)

1. Iekārta materiālu triboloģisko īpašību novērtēšanai, kas satur pievadu, rotējošu vārpstu ar disku, kas ir aprīkots ar maināmu pretķermeņa elementu, ierīci ar parauga turētāju un indentoru, kas var pārvietoties vertikālā virzienā, regulējot piespiešanas spēku, kā arī darba kameru, kas ir sadalīta divos dobumos, kas atšķiras ar to, ka minētās darba kameras augšējā dobumā ir uzstādīts sildītājs, bet apakšējā dobumā zem diska ir izvietots dzesētājs.1. An apparatus for evaluating the tribological properties of materials comprising an actuator, a rotatable shaft with a disc equipped with an interchangeable body member, a device with a sample holder and an indenter that can move in a vertical direction by adjusting the compression force, and a working chamber two cavities, characterized in that a heater is mounted in the upper cavity of said working chamber and a cooler is disposed in the lower cavity. 2. Iekārta saskaņā ar 1. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka maināmais pretķermeņa elements, kas izvietots uz diska virsmas, ir izgatavots ar viļņveidīgu virsmu.The device according to claim 1, characterized in that the replaceable body element disposed on the disk surface is made with a wavy surface. 3. Iekārta saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, kas atšķiras ar to, ka dzesētājs ir sprausla, kas savienota ar dzesēšanas reaģenta padeves mehānismu, kas izvietots zem diska.The device according to claim 1 or 2, characterized in that the cooler is a nozzle connected to a cooling reagent delivery mechanism located under the disk. 4. Iekārta saskaņā ar jebkuru no 1. līdz 3. pretenzijai, kas atšķiras ar to, ka parauga turētājs ar indentoru ir papildināts ar impulsa elektromagnētu, kas pievienots impulsa enerģijas avotam, kas regulē impulsa slodzi uz paraugu.Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sample holder with an indenter is supplemented by a pulse electromagnet connected to a pulse energy source controlling the pulse load on the sample.