RU2709444C1 - Device for measuring friction force - Google Patents

Device for measuring friction force Download PDF

Info

Publication number
RU2709444C1
RU2709444C1 RU2019113357A RU2019113357A RU2709444C1 RU 2709444 C1 RU2709444 C1 RU 2709444C1 RU 2019113357 A RU2019113357 A RU 2019113357A RU 2019113357 A RU2019113357 A RU 2019113357A RU 2709444 C1 RU2709444 C1 RU 2709444C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
friction
friction force
action
lever
Prior art date
Application number
RU2019113357A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Путинцев
Сергей Павлович Чирский
Софья Сергеевна Пилацкая
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2019113357A priority Critical patent/RU2709444C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709444C1 publication Critical patent/RU2709444C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention is related to testing equipment. Device comprises bed with motor arranged on it, driving shaft with installed on its end ref. sample in form of ring, to which due to radial force created by lever system of loading, is pressed by its side surface placed on end of one of levers of loading device sample, made in form of cylindrical roller or parallelepiped and having the possibility of axial movement in direction and under action applied to it on side of ref. sample force friction, which value is measured by force-measuring sensor placed in body of sample-containing lever and rigidly connected with sample in direction of action of friction force applied to sample from side of ref. sample, note here that clearance is made between specimen end surface and lever body wherein specimen is arranged on the side opposite to direction of action of friction force applied thereto to compensate for heat expansion of specimen caused by friction.
EFFECT: improving accuracy and reliability of measurements of friction values of tested samples of materials.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для повышения точности и достоверности измерений показателей трения испытуемых образцов материалов.The invention relates to testing equipment and can be used to improve the accuracy and reliability of the measurement of friction indicators of tested samples of materials.

Известно устройство для измерения силы трения в составе машины трения для испытаний материалов [1], содержащее образец, контробразец, емкость с испытательной средой для погружения в нее образца с контробразцом, механизм нагружения в виде рычага, на одном конце которого имеется груз, а на другом располагается держатель образца в виде цанги, связанный с рычагом через упругую пластину, стрелочный индикатор для контроля деформации изгиба упругой пластины под действием силы трения в сопряжении "образец-контробразец", причем образец выполнен в виде стержня диаметром 3,5 мм, контактирующего своей торцовой поверхностью с наружной цилиндрической поверхностью вращающегося контрообразца.A device for measuring the friction force as part of a friction machine for testing materials [1], containing a sample, a counter sample, a container with a test medium for immersing a sample with a counter sample, a loading mechanism in the form of a lever, at one end of which there is a load, and at the other there is a sample holder in the form of a collet connected with a lever through an elastic plate, a dial indicator for monitoring the bending deformation of the elastic plate under the action of friction in the “sample-counter-pattern” mate, the sample being made in in the form of a rod with a diameter of 3.5 mm in contact with its end surface with the outer cylindrical surface of the rotating counter-sample.

Недостатком известного устройства является сложность измерительного узла трения, состоящая в использовании нескольких звеньев измерительного узла силы трения (образец, держатель образца, рычаг, корпус, упругая пластина), которые в процессе нагружения пары "образец-контробразец" подвергаются нелинейной деформации изгиба и трению в паре "рычаг-держатель образца", искажающим в итоге результат измерения силы трения, регистрируемой в известном устройстве путем контроля величины изгиба упругой пластины.A disadvantage of the known device is the complexity of the friction measuring unit, which consists in using several parts of the friction force measuring unit (sample, sample holder, lever, housing, elastic plate), which are subjected to non-linear bending deformation and friction in the pair during loading of the sample-counter-sample pair. "lever-holder of the sample", distorting the result of the measurement of the friction force recorded in the known device by controlling the magnitude of the bending of the elastic plate.

Наиболее близкой по конструкции предлагаемому изобретению является измерительное устройство известной машины трения Тимкена, широко используемой при оценке противозадирных, противоизносных и антифрикционных свойств смазочных жидкостей в рамках международного стандарта испытаний материалов ASTM D 2782 [2].The closest in design the proposed invention is a measuring device of the well-known Timken friction machine, widely used in the assessment of extreme pressure, antiwear and antifriction properties of lubricating fluids in the framework of the international standard for testing materials ASTM D 2782 [2].

Измерительное устройство силы трения машины Тимкена, принятое в качестве прототипа, содержит станину с размещенным на ней электродвигателем, приводящим посредством клиноременной передачи во вращение вал с устанавливаемым на его конце контробразцом в виде кольца, к которому за счет радиального усилия, создаваемого системой рычагов нагружающего устройства, прижимается своей боковой поверхностью неподвижно закрепленный образец, в качестве которого используется цилиндрический ролик или брусок в форме параллелепипеда. Испытуемым материалом служит в большинстве случаев жидкость, заливаемая в закрепляемую на станине ванну, в которую во время испытаний частично погружается вращающийся контробразец, подающий захватываемую им за счет адгезии жидкость в зону трения пары "образец-контробразец". При решении задачи оценки трибологических свойств конструкционных материалов объектами испытаний могут выбираться материалы, из которых изготовлены образец и/или контробразец машины трения. Таким образом, известное устройство может быть использовано при тестировании трибологических свойств как смазочных, так и конструкционных материалов.The Timken machine’s friction force measuring device, adopted as a prototype, contains a bed with an electric motor mounted on it, which drives a shaft with a V-belt transmission and a counter-sampler mounted on its end in the form of a ring to which, due to the radial force created by the lever system of the loading device, a fixed sample is pressed by its lateral surface, for which a cylindrical roller or a bar in the shape of a parallelepiped is used. In most cases, the test material is a liquid poured into a bath fixed to the bed, into which, during testing, a rotating counter-sample is partially immersed, which delivers the liquid it captures due to adhesion into the friction zone of the sample-counter-sample pair. When solving the problem of evaluating the tribological properties of structural materials, test objects can select the materials from which the sample and / or counter-sample of the friction machine are made. Thus, the known device can be used in testing the tribological properties of both lubricating and structural materials.

Недостаток известного устройства состоит в низкой точности и малой достоверности (повторяемости и воспроизводимости) результатов экспериментальной оценки антифрикционных свойств объектов испытаний, поскольку сила трения в сопряжении "образец-контробразец" известным устройством оценивается косвенно по силе тока в цепи приводного электродвигателя. К искажающим значение контрольного показателя силы трения - величины силы тока - относится большое количество факторов, основными из которых являются трение в подшипниках опор приводного вала и усугубляющий это трение перекос (несоосность) осей вала и опор подшипников, которые существенно возрастают с увеличением нагрузки на пару трения "образец-контробразец", а также нелинейность зависимости силы тока от нагрузки на электродвигатель.A disadvantage of the known device is the low accuracy and low reliability (repeatability and reproducibility) of the results of an experimental evaluation of the antifriction properties of the test objects, since the friction force in the “sample-counter-sample” interface is estimated by the known device indirectly by the current strength in the drive electric motor circuit. A large number of factors are related to the distorting value of the control indicator of the friction force - the magnitude of the current strength - the main ones are friction in the bearings of the bearings of the drive shaft and aggravate this friction misalignment (misalignment) of the axes of the shaft and bearings of the bearings, which significantly increase with increasing load on the friction pair "sample-counter-sample", as well as the nonlinearity of the dependence of the current strength on the load on the electric motor.

Задачей изобретения является повышение точности и достоверности экспериментальной оценки силы трения при испытаниях смазочных и конструкционных материалов.The objective of the invention is to increase the accuracy and reliability of the experimental assessment of the friction force during testing of lubricants and structural materials.

Задача решается тем, что устройство для измерения силы трения содержит станину с размещенным на ней электродвигателем, приводящим во вращение вал с устанавливаемым на его конце контробразцом в виде кольца, к которому за счет радиального усилия, создаваемого рычажной системы нагружения, прижимается своей боковой поверхностью размещенный на конце одного из рычагов системы нагружения образец, выполненный в виде цилиндрического ролика или параллелепипеда и имеющий возможность осевого перемещения в направлении и под действием приложенной к нему со стороны контробразца силы трения, величина которой измеряется силоизмерительным датчиком, размещенным в теле несущего образец рычага и жестко связанным с образцом в направлении действия приложенной к образцу со стороны контробразца силы трения. При этом между торцовой поверхностью образца и телом рычага, в котором размещен образец, на стороне, противоположной направлению действия приложенной к образцу силы трения, выполнен зазор, компенсирующий вызванное трением тепловое расширение образца в направлении линии действия этой силы. Величина компенсирующего зазора выбирается из соотношения Δ=Lα(T-tо), где L - длина образца (размер в направлении действия силы трения); α - коэффициент температурно-линейного расширения материала образца; Т - максимальная ожидаемая температура нагрева образца при испытаниях; tо - температура окружающей среды при испытаниях.The problem is solved in that the device for measuring the friction force contains a bed with an electric motor placed on it, which drives the shaft with a counter-sampler installed in its end in the form of a ring, which is pressed against its lateral surface by the radial force created by the lever loading system at the end of one of the levers of the loading system, a sample made in the form of a cylindrical roller or parallelepiped and having the possibility of axial movement in the direction and under the action of applied thereto by kontrobraztsa frictional force, the magnitude of which is measured by the force measuring sensor placed in the body sample carrier arm and rigidly connected with the specimen in the direction of the applied to the sample by kontrobraztsa friction. In this case, between the end surface of the sample and the body of the lever in which the sample is placed, on the side opposite to the direction of action of the friction force applied to the sample, a gap is made that compensates for the thermal expansion of the sample caused by friction in the direction of the line of action of this force. The value of the compensating gap is selected from the relation Δ = Lα (Tt о ), where L is the length of the sample (size in the direction of the friction force); α is the coefficient of temperature-linear expansion of the sample material; T is the maximum expected heating temperature of the sample during testing; t about - ambient temperature during testing.

Сопоставление предлагаемого устройства с прототипом позволяет сделать выводы о том, что в предлагаемом устройстве: во-первых, образец закрепляется в рычаге не жестко, а с возможностью перемещения по линии и в направлении действия силы трения, приложенной к образцу со стороны контробразца; во-вторых, в рычаге, где размещен образец, имеется жестко связанный с образцом силоизмерительный датчик для регистрации приложенной к образцу со стороны контробразца силы трения; в-третьих, в направлении, противоположном направлению действия приложенной к образцу со стороны контробразца силы трения, образец обладает свободой перемещения в пределах выполненного между образцом и стенкой полости рычага, в которой размещен образец, зазора, обеспечивающего автокомпенсацию искажений измерения силы трения в паре "образец-контробразец", вызываемых тепловым расширением образца при его нагреве в результате трения. Последним из названных трех признаков предлагаемое устройство отличается от известных устройств измерения силы трения в сопряжении смазываемой пары вида "брусок-кольцо", используемых в известных машинах трения Фалекс (Falex Block-on-Ring Test Machine) - [3].Comparison of the proposed device with the prototype allows us to conclude that in the proposed device: firstly, the sample is fixed in the lever not rigidly, but with the ability to move along the line and in the direction of action of the friction force applied to the sample from the counter-sample side; secondly, in the lever where the sample is located, there is a force measuring sensor rigidly connected to the sample for recording friction forces applied to the sample from the counter-sample side; thirdly, in the direction opposite to the direction of action of the friction force applied to the sample from the counter-sample side, the sample has freedom of movement within the gap between the sample and the wall of the lever cavity in which the sample is located, which provides for automatic compensation of distortions of the measurement of the friction force in the pair "sample “counter-sample” caused by thermal expansion of the sample when it is heated as a result of friction. The last of the three features mentioned, the proposed device differs from the known devices for measuring the friction force in conjugation of a lubricated pair of the "block-ring" type used in the known Falex Block-on-Ring Test Machine - [3].

Совокупность указанных выше отличительных признаков конструкции заявляемого технического решения соответствует критерию новизны изобретения.The combination of the above distinguishing features of the design of the proposed technical solution meets the criteria of novelty of the invention.

Сравнение предлагаемого устройства не только с прототипом, но и с известными устройствами-аналогами доказывает, что первое обладает достаточным изобретательским уровнем, позволяющим существенно повысить точность и достоверность экспериментальной оценки антифрикционных свойств тестируемых материалов.Comparison of the proposed device not only with the prototype, but also with known analog devices proves that the first has a sufficient inventive step, which can significantly improve the accuracy and reliability of the experimental evaluation of the antifriction properties of the tested materials.

Так, при сравнительном тестировании смазочных жидкостей, в частности, моторных масел, содержащих специально введенные в них трибологические составы, предназначенные для повышения антифрикционных свойств смазочных жидкостей, было установлено, что в отличие от известного устройства-прототипа, в котором оценка антифрикционных свойств смазочных жидкостей осуществлялась путем контроля силы тока в цепи электродвигателя, использование измерительного устройства, снабженного связанным с образцом силоизмерительным датчиком согласно отличительным признакам предлагаемого технического решения и обладающего свободой теплового расширения образца в сторону, противоположную направлению приложенной к образцу силы трения, погрешность измерений искомой силы трения в паре "образец-контробразец" снизилась в среднем на 30%, повторяемость результатов при проведении параллельных опытов выросла на 32…45%. В частности, относительная погрешность прямого измерения силы трения составила не более ±2,6%, что является высоким показателем точности для трибоизмерительных устройств рассматриваемого типа.Thus, in comparative testing of lubricating fluids, in particular, motor oils containing tribological compositions specially introduced into them, designed to increase the antifriction properties of lubricating fluids, it was found that, in contrast to the known prototype device, in which the antifriction properties of lubricating fluids were evaluated by monitoring the current in the motor circuit, the use of a measuring device equipped with a force measuring sensor connected to the sample according to the difference To the specific features of the proposed technical solution and having the freedom of thermal expansion of the sample in the direction opposite to the direction of the friction force applied to the sample, the measurement error of the desired friction force in the sample-counter-sample pair decreased by 30% on average, the repeatability of the results during parallel experiments increased by 32 ... 45%. In particular, the relative error of the direct measurement of the friction force was not more than ± 2.6%, which is a high accuracy indicator for tribo-measuring devices of the type in question.

Общий вид устройства для измерения силы трения, включающий поясняющие конструкцию ступенчатые разрезы и местные вырывы, представлен на Фиг. 1.A general view of a device for measuring friction, including step sections and local breakouts explaining the structure, is shown in FIG. 1.

Устройство содержит станину 1, электродвигатель (на Фиг. 1 для упрощения не показан), вал 2, контробразец 3 в виде кольца, ванну 4; образец 5 в виде цилиндрического ролика, подшипниковый узел 6, обеспечивающий осевую (в направлении линии действия силы трения в сопряжении "образец-контробразец") подвижность образца 5, рычаг 9; шарик 10, шток 11, силоизмерительный датчик 12, упорный шарикоподшипник 13, винт 14, контргайку 15, балку 16, груз 17. Груз 17, балка 16 и рычаг 9 обеспечивают нагружение пары трения "образец-контробразец" силой, действующей по нормали к окружности контробразца 3 в точке его контактирования с боковой поверхностью образца 5. В зависимости от задач испытаний в ванне 4 может находится либо отсутствовать испытуемый смазочный материал.The device comprises a bed 1, an electric motor (not shown in FIG. 1 for simplicity), a shaft 2, a counter-sample 3 in the form of a ring, a bath 4; sample 5 in the form of a cylindrical roller, bearing assembly 6, which provides axial (in the direction of the line of action of the frictional force in conjunction "sample-counter-sample") mobility of sample 5, lever 9; ball 10, rod 11, load cell 12, thrust ball bearing 13, screw 14, lock nut 15, beam 16, load 17. Load 17, beam 16 and lever 9 provide loading of the sample-counter-friction pair by force acting normal to the circle counter sample 3 at the point of contact with the side surface of sample 5. Depending on the test tasks, the test lubricant may or may not be present in the bath 4.

Устройство для измерения силы трения работает следующим образом. После сборки устройства согласно общему виду на Фиг. 1 и пуска электродвигателя контробразец 3, жестко установленный на валу 2, приходит во вращение в направлении стрелки, захватывая и подавая за счет сил адгезии смазочную жидкость (если таковая имеется по условиям испытаний) из ванны 4 в зону контакта контробразца 3 с боковой поверхностью образца 5. Обусловленная наличием груза 17 и усиленная за счет рычажной системы, включающей балку 16 и рычаг 9, нагрузка, действующая со стороны образца 5 на контробразец 3, формирует в зоне контактирования контробразца 3 и образца 5 две приложенные к разным телам, равные по величине, но противоположные по направлению силы трения. Одна из этих сил, приложенная к контробразцу 3 по касательной к его окружности, создает момент сопротивления вращению вала 2, равный произведению значения этой силы трения на радиус окружности контробразца 3. Момент сопротивления действует в направлении, противоположном направлению вращения вала 2 и создает тем самым внешнюю нагрузку на работающий приводной электродвигатель. Другая из сил трения, приложенная к наружной боковой поверхности образца 5 и направленная параллельно его центральной оси, стремится переместить образец 5 вдоль указанной оси в направлении вращения вала 2, т.е. вправо на Фиг. 1. Указанное перемещение образца 5 становится возможным благодаря применению в предлагаемом изобретении подшипникового узла 6, выполненного, в частности, в виде двух размещенных на осях в стенках паза рычага 9 миниатюрных (приборных) шарикоподшипников, на которые опирается наружная поверхность образца 5. В качестве подшипникового узла 6 могут быть использованы также иные варианты исполнения и комбинации подшипников, например, игольчатые, газовые, гидростатические, магнитные и др., обеспечивающие возможность свободы перемещения образца 5 в направлении линии действия приложенной к нему со стороны контробразца 3 силы трения. Через центрирующий шарик 10 и шток 11 усилие сдвига образца 5, равное искомой силе трения, передается размещенному в полости рычага 9 силоизмерительному датчику 12, формирующему электрический сигнал, пропорциональный измеряемой силе трения и передаваемый далее измерительно-обрабатывающей аппаратуре (на Фиг. 1 для упрощения не показана). Упорный шарикоподшипник 13 обеспечивает точность центрирования корпуса силоизмерительного датчика 12 (использован типовой промышленный тензометрический датчик силы) в полости рычага 9; винт 14 и контргайка 15 служат в качестве регулируемой опоры силоизмерительного датчика 12, необходимой для осуществления измерений и калибровки силы трения. Ограничение перемещения образца 5 вдоль линии действия силы трения, формируемой в сопряжении "образец-контробразец", осуществляемое в предлагаемом изобретении только в направлении действия приложенной к образцу силы трения, позволяет, в отличие от других известных устройств (например, [1]), реализовывать во время испытаний автоматическую компенсацию искажений измеряемой силы трения, неизбежно возникающих вследствие температурно-линейного расширения (удлинения) образца 5, вызываемого нагревом при тепловыделении в процессе трения. Как показали контрольные измерения, во время испытаний, сколь угодно длительных, вызванное нагревом от трения температурно-линейное увеличение размеров образца 5, а также (в гораздо меньшей степени из-за их существенно меньшего нагрева от трения в паре "образец-контробразец") шарика 10 и штока 11 в направлении линии действия регистрируемой силы трения полностью и автоматически компенсируется за счет свободного их перемещения в противоположную действию силы трения сторону, где между торцом образца 5 и торцом паза, выполненного под установку шарикоподшипников подшипникового узла 6 в рычаге 9, имеется конструкционно-гарантированный тепловой зазор Δ. Расчетом и проверочными испытаниями установлено, что значение величины теплового зазора Δ, обеспечивающего свободу температурно-линейного расширения образца 5 при нагреве от трения, может быть достаточно надежно оценено известной зависимостью Δ=Lα(T-tо), где L - длина образца 5 (размер в направлении действия силы трения); α - коэффициент температурно-линейного расширения материала образца 5; Т - максимальная ожидаемая температура нагрева образца 5 при испытаниях; tо - температура окружающей среды при испытаниях (обычно температура стандартных атмосферных условий).A device for measuring friction is as follows. After assembly of the device according to the general view of FIG. 1 and the motor starts, the counter sample 3, rigidly mounted on the shaft 2, rotates in the direction of the arrow, capturing and applying lubricating fluid (if any according to the test conditions) from the bath 4 to the contact zone of the counter sample 3 with the side surface of the sample 5 Due to the presence of the load 17 and reinforced by the lever system including the beam 16 and the lever 9, the load acting from the side of sample 5 on counter sample 3 forms two attached to different bodies in the contact zone of counter sample 3 and sample 5, equal in magnitude, but opposite in direction of friction. One of these forces, applied to the counter-sample 3 tangentially to its circumference, creates a moment of resistance to rotation of the shaft 2 equal to the product of the value of this friction force by the radius of the circle of the counter-sample 3. The moment of resistance acts in the opposite direction to the rotation direction of the shaft 2 and thereby creates an external load on a working drive motor. Another of the friction forces applied to the outer side surface of the sample 5 and directed parallel to its central axis tends to move the sample 5 along the specified axis in the direction of rotation of the shaft 2, i.e. to the right in FIG. 1. The indicated movement of the sample 5 becomes possible due to the use of the bearing assembly 6 in the present invention, made, in particular, in the form of two miniature (instrument) ball bearings placed on the axes in the groove of the lever 9, on which the outer surface of the sample 5 is supported. As a bearing node 6 can also be used other options and combinations of bearings, for example, needle, gas, hydrostatic, magnetic, etc., providing the possibility of freedom of movement of the sample 5 in the direction of the line of action applied to it from the side of the counter-sample 3 of the friction force. Through the centering ball 10 and the rod 11, the shear force of the sample 5, equal to the desired friction force, is transmitted to the force-measuring sensor 12 located in the cavity of the lever 9, which generates an electrical signal proportional to the measured friction force and transmitted to the measuring and processing equipment (Fig. 1 to simplify shown). The thrust ball bearing 13 ensures the accuracy of centering of the housing of the load sensor 12 (a typical industrial strain gauge force sensor is used) in the cavity of the lever 9; the screw 14 and the lock nut 15 serve as an adjustable support of the load sensor 12, necessary for the measurement and calibration of the friction force. The restriction of the movement of the sample 5 along the line of action of the friction force generated in the "sample-counter-sample" conjugation, carried out in the present invention only in the direction of action of the friction force applied to the sample, allows, unlike other known devices (for example, [1]) during testing, automatic compensation of distortions of the measured friction force, inevitably arising due to the temperature-linear expansion (elongation) of sample 5, caused by heating during heat generation during friction. As the control measurements showed, during tests arbitrarily long, a temperature-linear increase in the size of sample 5 caused by friction heating, as well as (to a much lesser extent due to their significantly less heating from friction in the sample-counter-sample pair) of the ball 10 and rod 11 in the direction of the line of action of the registered friction force is fully and automatically compensated for by their free movement in the opposite direction to the action of the friction force, where between the end face of the specimen 5 and the end face of the groove made for installation ball bearings of the bearing assembly 6 in the lever 9, there is a structurally-guaranteed thermal clearance Δ. Calculation and verification tests established that the value of the thermal gap Δ, providing freedom of temperature-linear expansion of sample 5 when heated by friction, can be quite reliably estimated by the known dependence Δ = Lα (Tt о ), where L is the length of sample 5 (size in direction of action of the friction force); α is the coefficient of temperature-linear expansion of the material of sample 5; T is the maximum expected heating temperature of sample 5 during testing; t о - ambient temperature during testing (usually the temperature of standard atmospheric conditions).

Промышленная применимость заявляемого устройства обусловлена простотой технической реализации его отличительных признаков. Так, применение изобретения наиболее просто может быть осуществлено как модернизация устройства измерения силы трения известной машины Тимкена за счет внесения изменений в конструкцию конечного (несущего образец пары трения) рычага системы нагружения, а именно: путем размещения в указанном рычаге того или иного подшипникового узла (механического, гидростатического, электромагнитного и др. принципа действия), обеспечивающего свободу перемещения образца в направлении действия приложенной к нему силы трения с опорой на размещенный в рычаге силоизмерительный датчик любого типа (тензометрического, пьезометрического, индуктивного и др.) с обязательным обеспечением гарантированного зазора между образцом и рычагом с противоположной размещению силоизмерительного датчика стороны для осуществления свободы перемещения образца в процессе его температурно-линейного расширения и автоматической компенсации тем самым искажений измеряемой силы трения.Industrial applicability of the claimed device due to the simplicity of the technical implementation of its distinctive features. Thus, the application of the invention can most simply be carried out as the modernization of the device for measuring the friction force of a well-known Timken machine by making changes to the design of the final (bearing a sample of a friction pair) lever of the loading system, namely, by placing a bearing unit (mechanical , hydrostatic, electromagnetic, and other principle of action), providing freedom of movement of the sample in the direction of action of the friction force applied to it, based on the lever a force measuring sensor of any type (strain gauge, piezometric, inductive, etc.) with the obligatory provision of a guaranteed clearance between the sample and the lever with the opposite placement of the side force sensor for freedom of movement of the sample during its temperature-linear expansion and thereby automatically compensating for distortions of the measured force friction.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент РФ 2071603 МПК G01N 3/56 / Э.А. Ахметшин, Ш.К. Гильмутдинов, М.Р. Мавлютов и др. Опубл. 10.01.1997.1. RF patent 2071603 IPC G01N 3/56 / E.A. Akhmetshin, Sh.K. Gilmutdinov, M.R. Mavlyutov et al. Publ. 01/10/1997.

2. ASTM D 2782-17. Standard Test Method for Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method) [Электронный ресурс] URL: https://www.astm.org/Standards/D2782.htm (Дата обращения 07.02.2019)2. ASTM D 2782-17. Standard Test Method for Measurement of Extreme-Pressure Properties of Lubricating Fluids (Timken Method) [Electronic resource] URL: https://www.astm.org/Standards/D2782.htm (Accessed February 2, 2019)

3. ASTM D 2714-94. Standard Test Method for Calibration and Operation of the Falex Block-on-Ring Friction and Wear Testing Machine (Falex Method) [Электронный ресурс] URL: https://www.astm.org/Standards/D2714.htm (Дата обращения 17.02.2019).3. ASTM D 2714-94. Standard Test Method for Calibration and Operation of the Falex Block-on-Ring Friction and Wear Testing Machine (Falex Method) [Electronic resource] URL: https://www.astm.org/Standards/D2714.htm (Accessed 17.02. 2019).

Claims (2)

1. Устройство для измерения силы трения при тестировании антифрикционных свойств смазочных и конструкционных материалов, содержащее станину с размещенным на ней электродвигателем, приводящим во вращение вал с устанавливаемым на его конце контробразцом в виде кольца, к которому за счет радиального усилия, создаваемого рычажной системой нагружения, прижимается своей боковой поверхностью размещенный на конце одного из рычагов системы нагружения образец, выполненный в виде цилиндрического ролика или параллелепипеда, отличающееся тем, что рычаг с размещенным в нем образцом снабжен подшипниковым узлом, обеспечивающим возможность осевого перемещения образца в направлении и под действием приложенной к нему со стороны контробразца силы трения, и силоизмерительным датчиком, жестко связанным с образцом в направлении действия приложенной к образцу со стороны контробразца силы трения, при этом между торцовой поверхностью образца и телом рычага, в котором размещен образец, на стороне, противоположной направлению действия приложенной к образцу силы трения, выполнен зазор, компенсирующий вызванное трением тепловое расширение образца в направлении линии действия этой силы.1. A device for measuring the friction force when testing the antifriction properties of lubricants and structural materials, containing a frame with an electric motor mounted on it, driving the shaft with a counter-sampler installed in its end in the form of a ring to which, due to the radial force created by the lever loading system, pressed against its lateral surface is a sample made at the end of one of the levers of the loading system, made in the form of a cylindrical roller or parallelepiped, characterized in that o the lever with the specimen placed in it is equipped with a bearing assembly that allows axial movement of the specimen in the direction and under the action of the friction force applied to it from the counter-side, and a force sensor rigidly connected to the specimen in the direction of action of the friction force applied to the specimen, while between the end surface of the sample and the body of the lever in which the sample is placed, on the side opposite to the direction of action of the friction force applied to the sample, a gap is made, comp The friction-induced thermal expansion of the sample in the direction of the line of action of this force. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина указанного компенсирующего зазора определяется соотношением Δ=Lα(T-tо), где L - длина образца (размер в направлении действия силы трения); α - коэффициент температурно-линейного расширения материала образца; Т - максимальная ожидаемая температура нагрева образца при испытаниях; tо - температура окружающей среды при испытаниях.2. The device according to p. 1, characterized in that the value of the specified compensating gap is determined by the ratio Δ = Lα (Tt о ), where L is the length of the sample (size in the direction of the friction force); α is the coefficient of temperature-linear expansion of the sample material; T is the maximum expected heating temperature of the sample during testing; t about - ambient temperature during testing.
RU2019113357A 2019-04-30 2019-04-30 Device for measuring friction force RU2709444C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113357A RU2709444C1 (en) 2019-04-30 2019-04-30 Device for measuring friction force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113357A RU2709444C1 (en) 2019-04-30 2019-04-30 Device for measuring friction force

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709444C1 true RU2709444C1 (en) 2019-12-17

Family

ID=69006961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113357A RU2709444C1 (en) 2019-04-30 2019-04-30 Device for measuring friction force

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709444C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198804U1 (en) * 2020-03-10 2020-07-29 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200034U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200036U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200035U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU203203U1 (en) * 2020-11-25 2021-03-25 Эрвин Джеватович Умеров Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU2808556C1 (en) * 2023-04-19 2023-11-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хозрасчетный Творческий Центр Уфимского Авиационного Института" Device for determining antiscuffing and antifriction properties of lubricants

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2944417A (en) * 1957-04-04 1960-07-12 Bernard C Stupp Apparatus for making friction tests
RU2279660C2 (en) * 2004-09-30 2006-07-10 Сергей Николаевич Кияшко Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system
RU73735U1 (en) * 2007-12-18 2008-05-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) FRICTION MACHINE
RU2428677C1 (en) * 2010-05-17 2011-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Device for testing friction materials and oil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2944417A (en) * 1957-04-04 1960-07-12 Bernard C Stupp Apparatus for making friction tests
RU2279660C2 (en) * 2004-09-30 2006-07-10 Сергей Николаевич Кияшко Method and device for determining wear-protecting and/or anti-wear characteristics of tribo-system
RU73735U1 (en) * 2007-12-18 2008-05-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) FRICTION MACHINE
RU2428677C1 (en) * 2010-05-17 2011-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Device for testing friction materials and oil

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198804U1 (en) * 2020-03-10 2020-07-29 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200034U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200036U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU200035U1 (en) * 2020-05-14 2020-10-01 Владимир Владимирович Скакун Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU203203U1 (en) * 2020-11-25 2021-03-25 Эрвин Джеватович Умеров Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU2811400C1 (en) * 2022-08-10 2024-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э.Баумана) Friction force measurement device
RU2808556C1 (en) * 2023-04-19 2023-11-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хозрасчетный Творческий Центр Уфимского Авиационного Института" Device for determining antiscuffing and antifriction properties of lubricants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2709444C1 (en) Device for measuring friction force
Fletcher et al. Development of a machine for closely controlled rolling contact fatigue and wear testing
US6840082B2 (en) Machine for testing wear, wear-preventative and friction properties of lubricants and other materials
US10788476B2 (en) Friction testing apparatus and method
US20050120774A1 (en) Abrasion tester and test method
RU94343U1 (en) FRICTION MACHINE
CN105675423A (en) Engine cylinder sleeve-piston ring friction pair frictional wear testing system
RU200036U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
US4253326A (en) Apparatus for determining the properties of a lubricant
US5372033A (en) EHL test machine for measuring lubricant film thickness and traction
RU2686121C1 (en) Friction machine (options)
CN201251536Y (en) Journal and bushing friction and wear property tester of machine tool spindle
Muzyka et al. Procedure and instruments for the material damage assessment by the LM-hardness method on the in-service scratching of structure element surfaces
Bair An experimental verification of the significance of the reciprocal asymptotic isoviscous pressure for EHD lubricants
RU204892U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU205033U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
RU205570U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
Ostermeyer et al. Dynamic friction measurements, especially for high power applications
RU2808556C1 (en) Device for determining antiscuffing and antifriction properties of lubricants
Krasmik et al. Experimental investigation of the friction and wear behaviour with an adapted ball-on-prism test setup
Nazare et al. Performances of automotive lubricants–tests on four ball machine
Prozhega et al. Research of the lifetime and lubricant properties of greases for rolling bearings operating in space conditions
Brown Jr Friction and wear testing with the modern four-ball apparatus
RU203203U1 (en) Device for determining the coefficient of friction of lubricants
Eddine et al. A Comparative Study on the tribological behavior of SAE-AISI 1055 steel and brass (CuZn39Pb2) a pin on disc type of contact