Диссертация (Разработка метода обеспечения работоспособности винтовых сопряжений с твердосмазочными покрытиями), страница 6

На базирующем держателе 1, посредством винтов с пластинами 2радиально закреплены съѐмные упругие элементы 3, которые с помощьюзажимных кулачков 4 жестко связывают их с кольцом 5. На кольце 5горизонтально установлен индуктивный датчик линейных перемещений 6,взаимодействующийбазирующемсрегулируемымупором7,закреплѐнномдержателе 1. При приложении момента кнадержателю 1происходит деформация упругих элементов 3 и перемещениеупора 7,вызывающее линейное перемещение датчика 6.

Кольцо 5 через съѐмныеупругие элементы 8 жѐстко закреплено на основании 9, которое крепится нане вращающемся базовом элементе металлорежущего станка (не показан). Накольце 5, помимо горизонтально установленногодатчика 6, имеетсявертикально установленный индуктивный датчик линейных перемещений 10,взаимодействующий с регулируемым упором 11, закреплѐнным на основании9.

При приложении нормальной нагрузки кдержателю 1 происходитдеформация упругих элементов 8 и линейное перемещениедатчика 10относительно регулируемого упора 11. Деформацией упругих элементов 3при этом можно пренебречь из-за выбранной ориентации их сеченийотносительно прикладываемой нагрузки. Описанная система элементовпредставляет механическую часть силоизмерительной системы УМТИ,позволяющую при смене упругих элементов проводить испытания вразличных диапазонах нормальных и тангенциальных нагрузок, чторасширяет сферу его применения [75].В зависимости от сменного узла, устанавливаемого на базирующийдержатель 1, возможно проведения испытаний для схем трения сфераплоскость, торцевая, пальчиковая и других, предусматривающих приложениенормальной нагрузки соосно с испытуемыми образцами. При установке изакреплении на держателе 1 специальной ванночки возможно проведениеиспытаний в жидких средах (масла, смазки, умеренно агрессивные46жидкости), а при установке компактной электропечи при повышенныхтемпературах.Электроизоляция основания 9 от базового элементаметаллорежущего станка позволит исследовать электрические свойствафрикционногоконтакта,авслучаеисследованиядиэлектрическихантифрикционных покрытий управлять прекращением испытаний [75].На рисунке 2.8 представлен сменный узел, реализующий на УМТИторцевую схему трения.

Здесь нижний образец 12 базируется по оси 13 иторцу держателя 1, а от вращения под действием момента трения,удерживается штифтом 14, запрессованном в торце держателя 1 и свободновходящим в глухое отверстие нерабочего торца образца 12. Верхний образец15 выполнен в виде стакана, рабочий торец которого образует кольцо,наружный диаметр которого меньше наружного диаметра нижнего образца12, а внутренний – больше оси 13, причѐм их размеры определяютсявеличинойноминальныхконтактныхдавлений,которые необходимореализуемых при испытаниях.

К плоскому торцу верхнего образца 15прикладываются нормальная нагрузка и вращающий момент от адаптера 16,торецкоторогоимеетцентральнуюконическуюповерхностьизапрессованное водило 17, а вид хвостовика и его размеры зависят отприменяемого в используемом станке приспособления для его закрепления.Плоский торец верхнего образца 15 также имеет центральную коническуюповерхность, в которой самоустанавливается стальной шар 18, прижимаемыйадаптером, иглухое отверстие, в которое свободно входит водило 17 ипередаѐт вращающий момент на исследуемую пару образцов. Такаяконструкция торцов адаптера и верхнего образца позволяет снизить влияниесуммарных отклонений формы и расположения рабочих торцов образцов,УМТИ и используемого станка на результаты триботехнических испытаний[75].На рисунке 2.9 представлен сменный узел, реализующий на УМТИпальчиковую схему трения и схему трения сфера-плоскость. В данном случае47нижний образец 19 и держатель 20 образцов 21 базируются аналогично срассмотренной выше торцевой схемой трения.

Унификация посадочныхразмеров держателя 1 и адаптера 16 с присоединительными размерамисменных узлов трения идополнительного оборудования позволяетрасширить область возможного применения УМТИ [75].Общаясхемаэлектронного-измерительногоблокаустройствапредставлена на рисунке 2.10.Рисунок 2.10Схема электронного измерительного блока УМТИ [75].Она включает в себя двакомплекта для измерений линейныхперемещений “Микрон”, в которые входят индукционные датчики линейныхперемещений (поз. 6 и 10 на рисунке 2.8) и электронно-цифровыеизмерительныеприборы“Микрон”,аналоговыевыходыкоторых48подключены кдвухканальномуаналого-цифровому преобразователю(АЦП), который через разъѐм 338 соединены с персональным компьютером(ПК), на котором установлено необходимое программное обеспечение.Данные компоненты общей схемы производят измерение деформацийупругих элементов (поз. 3 и 8 на рисунке 2.8), преобразовывают их ваналоговый электрический сигнал, оцифровывают его и после программнойобработкипредставляют в виде графиков зависимостей силы трения,нормальной нагрузки и коэффициента трения от времени испытанийнаэкране ПК.

В качестве этих компонентов возможно применение и другогоэлектронно-измерительногометрологическимиоборудованияхарактеристиками.обладающегоКромеизмерительный блок УМТИ включает в себятогонеобходимымиэлектронныйприбор для управленияпрерываниями испытаний, объединѐнный со счѐтчиком полных оборотовадаптера 16 (рисунок 2.8). Его назначение – прерывание испытаний привыходе функциональных параметровсменного узла трения (износдиэлектрического покрытия, рост коэффициента трения и т.д.)задопустимые пределы с одновременной фиксацией его ресурса в полныхоборотах образцов. В упрощѐнном виде, представленном на рисунке 2.10, онсостоит из микроконтроллера (AVR Atmega 48, производитель ATMEL),интерфейса управления с 8-разрядным жидкокристаллическим индикатором,отображающим количество полных оборотов образцов, бесконтактноговыключателя,представляющегоизсебяинтегрированнуюсистему,реагирующую на изменение магнитных свойств в области детектирования игенерирующую сигналы соответствующие полным оборотам адаптера 16,реле питания станка, управляемое от микроконтроллера, командногоконтакта.

Одним из простейших примеровуправления прерываниемиспытаний является еѐ реализация при испытаниях диэлектрическихпокрытий. В этом случае, при электроизоляции основания 9 (рисунок 2.8)износ диэлектрического покрытия создаст включѐнный командный контакт49между основанием 9 и станиной станка и он будет остановлен. Возможны иэлектронные реализации функций командного контакта [75].Пример использования УМТИ в комплекте с приводом от сверлильногостанка представлен на рисунке 2.11.Рисунок 2.11УМТИ в комплекте со сверлильным станком [75].Здесь в патроне станка 1 закреплѐн адаптер 2, приводящий во вращениеверхний образец 3, а УМТИ 4, установлен на столе 5 нагружающегоустройства 6.

Применение нагружающего устройства не обязательно, т.к. вУМТИ ведѐтся непрерывное измерение нормальной нагрузки и она можетсоздаватьсячерезприводыподачстанка.Элементыэлектронногоизмерительного блока представлены датчиками 7, электронно-цифровымиизмерительными приборами “Микрон” 8, АЦП 9, ПК 10 и прибором дляуправления прерываниями испытаний объединѐнным со счѐтчиком полныхоборотов адаптера 11.50Тарирование упругих элементов, воспринимающих тангенциальнуюнагрузку, производится следующим образом (рисунок 2.12 а)):а)б)Рисунок 2.12Тарирование упругих элементов, воспринимающих [75]:а) тангенциальные нагрузки; б) нормальные нагрузки.1.

Устанавливаются упругие элементы;2. Устанавливается в держатель образца рычаг, к которому наопределенном плече крепится нить;3. С другой стороны нити поочередно устанавливаются различныегири, имитирующие деформацию от сил трения и, записываютчисло делений на регистрирующем приборе или ПК.4. Строят график зависимости числа делений от нагрузки.Тарированиеупругихэлементов,воспринимающихнормальнуюнагрузку, производится следующим образом (рисунок 2.12 б)): междудержателями образца и контробразца устанавливается динамометр, который51предварительно был тарирован.

Нагрузка задается с помощью груза, которыйвоздействует на упругие элементы и динамометр. Деформацию упругихэлементов воспринимает датчик линейного перемещения. Далее показаниядеформации сопоставляются с показаниями динамометра.Универсальный модуль позволяет с высокой точностью регистрироватьмомент сопротивления трению, фактическую нормальную нагрузку и степеньизноса пары трения. На основе этих данных с помощью разработаннойметодики можно оценить стойкость смазочных материалов и подобратьрекомендуемые режимы работы для каждого покрытия и типа фрикционныхпар.Для торцевой схемы (при отсутствии волнистости на поверхностяхтрения), а тем более пальчиковой схемы, можно считать, что контурнаяплощадьравна номинальнойноминальному, в связи с чем среднее давлениеравно.

В случае реализации схемы трения сфера – плоскость, дляобразцов без покрытий при упругом контакте, среднее давление можнооценить используя теорию Герца в виде:⁄(где√)(2.1)⁄;;;- коэффициенты Пуассона верхнегои нижнего образцов соответственно;- модули упругости верхнего инижнего образцов соответственно;- радиус сферического образца,-количество сферических образцов, установленных в держателе 20 (рисунок2.9).В случае пластического контакта можно считать, что, где-твѐрдость более мягкого образца по Бринеллю.