RU2659179C1 - Unit for determining friction coefficient - Google Patents
Unit for determining friction coefficient Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659179C1 RU2659179C1 RU2016152593A RU2016152593A RU2659179C1 RU 2659179 C1 RU2659179 C1 RU 2659179C1 RU 2016152593 A RU2016152593 A RU 2016152593A RU 2016152593 A RU2016152593 A RU 2016152593A RU 2659179 C1 RU2659179 C1 RU 2659179C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carriage
- input
- friction
- installation
- bus
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 33
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 28
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 23
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 claims description 22
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 claims description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
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)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к установкам для определения параметров трения кинематических пар.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to installations for determining the friction parameters of kinematic pairs.
При проектировании экспериментальных установок коэффициент для изучения трения исходят из понятия коэффициента трения как тангенса угла наклона характеристики (функции) трения.When designing experimental installations, the coefficient for studying friction is based on the concept of the coefficient of friction as the slope of the characteristic (function) of friction.
Известен способ определения коэффициента трения (патент RU 2343455, МПК G01N 19/02, опубл. 10.01.2009), в соответствии с которым исследуемый образец размещают между двумя одинаковыми исследуемыми поверхностями, шарнирно соединенными с одной стороны и сжимаемыми с равным усилием, при этом половина угла между исследуемыми поверхностями при остановке образца будет являться искомым углом трения. Однако достоверность результата измерения низкая. На результат измерения оказывает влияние трение образца по горизонтальной поверхности, на которой производится эксперимент. Кроме того, образец перейдет конечное расчетное положение по причине набранной в процессе движения кинетической энергии.A known method of determining the coefficient of friction (patent RU 2343455, IPC G01N 19/02, publ. 10.01.2009), according to which the test sample is placed between two identical test surfaces, articulated on one side and compressible with equal force, with half the angle between the investigated surfaces when the sample stops will be the desired angle of friction. However, the reliability of the measurement result is low. The measurement result is influenced by the friction of the sample on the horizontal surface on which the experiment is performed. In addition, the sample will go to the final design position due to the kinetic energy accumulated during the movement.
Большую достоверность результата измерения реализует балансирный принцип, при котором первичным параметром установки является реакция вращательной кинематической пары трения (патент RU 2461811, G01N 19/02, опубл. 20.09.2012).Greater reliability of the measurement result is realized by the balancing principle, in which the primary parameter of the installation is the reaction of the rotational kinematic friction pair (patent RU 2461811, G01N 19/02, publ. September 20, 2012).
Коэффициент трения часто определяют через время движения подвижного элемента пары трения. В устройстве для определения коэффициента трения (патент RU 2340886, МПК G01N 19/02, опубл. 10.12.2008) измеряют время падения груза на базовом участке. Пара трения образована образцом и цилиндром, на котором намотана нить с грузом. Аналогичный подход реализован в устройстве для определения коэффициента трения по патенту RU 2373518, опубл. 20.11.2009.The friction coefficient is often determined after the time of movement of the moving element of the friction pair. In the device for determining the coefficient of friction (patent RU 2340886, IPC G01N 19/02, publ. 10.12.2008) measure the time of the fall of the load on the base site. A friction pair is formed by a sample and a cylinder on which a thread with a load is wound. A similar approach is implemented in the device for determining the coefficient of friction according to patent RU 2373518, publ. 11/20/2009.
Через фиксацию времени движения подвижного элемента определяют коэффициент трения плоскостных пар. По способу определения коэффициента трения (патент RU 2362985, МПК G01N 19/02, опубл. 27.07.2009) эксперимент проводят на наклонной плоскости, а движение задается приводом, составленным нитью, перекинутой через блок, при этом груз закреплен на конце нити. Приведенная формула для расчета коэффициента трения не учитывает потери энергии в блоке. Движение подвижного элемента является равноускоренным, поэтому невозможно сказать, для какой относительной скорости определен коэффициент трения. Не учитывается трение в блоке прибора для определения коэффициента силы трения покоя по патенту RU 2511615, опубл. 10.04.2014.Through fixing the time of movement of the movable element determine the coefficient of friction of planar pairs. According to the method for determining the coefficient of friction (patent RU 2362985, IPC
Нахождение коэффициента трения приводят в специальных условиях, под действием внешних факторов (патент RU 2349901, МПК G01N 19/02, опубл. 20.03.2009).Finding the coefficient of friction is given in special conditions, under the influence of external factors (patent RU 2349901, IPC G01N 19/02, publ. 20.03.2009).
Перечисленным аналогам свойственен общий недостаток - низкая достоверность результата определения коэффициента трения, поскольку искомый коэффициент находится косвенным измерением.The listed analogues have a common drawback - low reliability of the result of determining the coefficient of friction, since the desired coefficient is an indirect measurement.
В качестве прототипа принята установка, реализующая способ определения коэффициента трения по патенту RU 2375700, МПК G01N 19/02, опубл. 10.12.2009. Исследуемая пара трения представлена неподвижным элементом (плоскостью), закрепленным на основании установки, и подвижным элементом (образцом). Имеется привод перемещения подвижного элемента в виде нити, перекинутой через блок и имеющей на конце груз. Имеются средства измерения первичных параметров - два электросекундомера - и средства связи - датчики на границах двух участков движения S1 и S2. Поскольку коэффициент трения зависит от силы нормального давления, то в рассматриваемой установке эту силу можно изменять только за счет массы подвижного элемента, а это в реальной конструкции предполагает некую крепежную деталь (назовем ее кареткой), к которой крепится нить привода. Таким образом, в рассматриваемой установке коэффициент трения определяется косвенно, где первичными параметрами служат два временных интервала движения каретки с подвижным элементом пары трения на двух участках движения. Приведенная в патенте расчетная формула не учитывает потери энергии в блоке привода и неравномерность скорости движения подвижного элемента, за счет чего снижается достоверность результата определения искомого коэффициента трения.As a prototype adopted the installation that implements the method of determining the coefficient of friction according to patent RU 2375700, IPC G01N 19/02, publ. 12/10/2009. The studied friction pair is represented by a fixed element (plane), fixed on the basis of the installation, and a movable element (sample). There is a drive for moving the movable element in the form of a thread thrown over the block and having a load at the end. There are means for measuring the primary parameters - two electric stopwatch - and communication means - sensors at the borders of two sections of the movement S1 and S2. Since the friction coefficient depends on the force of normal pressure, in this installation, this force can only be changed due to the mass of the movable element, and this in a real design involves some kind of fastener (let's call it a carriage), to which the drive thread is attached. Thus, in the installation under consideration, the coefficient of friction is determined indirectly, where the primary parameters are two time intervals of the movement of the carriage with the moving element of the friction pair in two sections of motion. The calculation formula given in the patent does not take into account the energy loss in the drive unit and the uneven speed of the moving element, which reduces the reliability of the result of determining the desired friction coefficient.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение достоверности результата определения коэффициента трения.The technical result of the proposed solution is to increase the reliability of the result of determining the coefficient of friction.
Решаются задачи:The tasks are solved:
1. Разработка основных технических решений по созданию установки для определения коэффициента трения, в которой используется прямое измерение силы трения при различных величинах силы нормального давления и скорости подвижного элемента исследуемой пары трения.1. Development of the main technical solutions for the creation of a device for determining the coefficient of friction, which uses a direct measurement of the friction force at various values of the normal pressure force and the speed of the moving element of the studied friction pair.
2. Обоснование принимаемых решений.2. The rationale for decisions.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для определения коэффициента трения, содержащая установленный на горизонтальном основании неподвижный плоский элемент и подвижный плоский элемент исследуемой кинематической пары трения, установленный на каретке, снабженной приводом и имеющей два участка движения, при этом установка содержит средства измерения и связи для выявления первичных параметров, снабжена электронным блоком, преобразующим сигналы средств измерения первичных параметров в выходной информационный сигнал, при этом средства измерения первичных параметров установлены на каретке, а средства связи соединяют каретку и основание, при этом средства измерения первичных параметров составлены на основе последовательно соединенных преобразователя силы в перемещение, преобразователя перемещения в электрическую емкость и преобразователя электрической емкости в частотный сигнал, преобразователь силы в перемещение выполнен в виде мембраны с жестким центром, к которому приложена измеряемая сила, при этом мембрана закреплена по контуру в каретке, преобразователь перемещения в электрическую емкость выполнен в виде цилиндрического конденсатора, подвижная обкладка которого закреплена на жестком центре мембраны преобразователя силы в перемещение, а неподвижная обкладка жестко связана с кареткой, преобразователь электрической емкости в частотный сигнал выполнен по схеме автогенератора на основе полевого транзистора с каналом n-типа и с двухобмоточным трансформатором, первичная обмотка трансформатора параллельно соединена с обкладками цилиндрического конденсатора преобразователя перемещения в электрическую емкость и одним концом присоединена к стоку транзистора, другим - к конденсатору обратной связи, второй вывод которого соединен с затвором транзистора и резистором, подключенным к общей шине, средний вывод первичной обмотки образует шину питания, исток транзистора соединен с общей шиной через параллельно включенные резистор и конденсатор, вторичная обмотка трансформатора с последовательно включенным конденсатором является транслятором сигнала преобразователя.The specified technical result is achieved in that the installation for determining the coefficient of friction, comprising a fixed flat element mounted on a horizontal base and a movable flat element of the kinematic friction pair under study, mounted on a carriage equipped with a drive and having two sections of movement, the installation comprising measuring and communication means for identification of primary parameters, it is equipped with an electronic unit that converts the signals of measuring instruments of primary parameters into an output information the signal, while the means of measuring the primary parameters are mounted on the carriage, and the means of communication connect the carriage and the base, while the means of measuring the primary parameters are based on the series-connected transducer of force to displacement, transducer of displacement to electric capacitance and transducer of electric capacitance to frequency signal, transducer forces in movement is made in the form of a membrane with a rigid center, to which a measured force is applied, while the membrane is fixed along the contour in the car In particular, the transducer of displacement into an electric capacitance is made in the form of a cylindrical capacitor, the movable lining of which is fixed on the rigid center of the membrane of the transducer of force into displacement, and the immovable lining is rigidly connected to the carriage, the converter of the electric capacitance to the frequency signal is made according to the oscillator circuit based on the field transistor with a channel n-type and with double winding transformer, the primary winding of the transformer is connected in parallel with the plates of the cylindrical capacitor a drive to the electric capacitance and is connected at one end to the drain of the transistor and the other to a feedback capacitor, the second terminal of which is connected to the gate of the transistor and the resistor connected to the common bus, the middle terminal of the primary winding forms a power bus, the source of the transistor is connected to the common bus through a resistor and a capacitor connected in parallel; the secondary winding of a transformer with a series-connected capacitor is a translator of the converter signal.
В предлагаемой установке привод каретки выполнен в составе троса и электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, на валу которого установлен шкив, при этом один конец троса закреплен на цилиндрической поверхности шкива, другой - на жестком центре мембраны преобразователя силы в перемещение, а участок троса между точками закрепления расположен горизонтально, электронный блок содержит блок питания, формирующий m постоянных напряжений питания электродвигателя привода и напряжение питания функциональных элементов электронного блока, канал времени в составе последовательно соединенных генератора импульсов, тумблера, двухвходового конъюнктора, счетчика и дешифратора, имеющего n выходных шин, RS-триггера, при этом нормальнозамкнутый контакт тумблера соединен с выходом напряжения питания функциональных элементов электронного блока на блоке питания и образует шину сброса электронного блока, генератор импульсов соединен через норамальноразомкнутый контакт тумблера с первым входом двухвходового конъюнктора, а его вторым входом является единичный выход RS-триггера, установочный вход последнего соединен с шиной сброса электронного блока, а вход сброса - с шиной n дешифратора, канал управления содержит RS-триггер интервала с входными m-входовыми дизъюнкторами, пакетный переключатель на m положений, каждая группа входных контактов которого соединена с шиной 1 дешифратора, с шинами дешифратора первого и второго интервала движения каретки и с соответствующим выходом напряжения питания электродвигателя на блоке питания, выходные контакты пакетного переключателя первого интервала движения каретки связаны со входами дизъюнктора установки RS-триггера интервала, а выходные контакты второго интервала - со сходами дизъюнктора сброса, выходные контакты, соответствующие напряжениям питания электродвигателя, шине 1 и шине второго интервала на дешифраторе, подключены к электронным ключам электродвигателя привода, информационный канал содержит формирователь сигнала первичной информации, выход которого является счетным входом Т-триггера, вход сброса последнего связан с шиной сброса электронного блока, единичный выход Т-триггера совместно с единичным выходом RS-триггера интервала образуют входы конъюнктора информационного канала, выход которого является информационным выходом электронного блока.In the proposed installation, the carriage drive is made up of a cable and a DC motor with parallel excitation, on the shaft of which a pulley is installed, one end of the cable mounted on the cylindrical surface of the pulley, the other on the rigid center of the membrane of the force transducer into movement, and the cable section between the points fastening is located horizontally, the electronic unit contains a power supply that generates m constant voltage power supply of the drive motor and the voltage of the functional elements of the electric of the crown unit, a time channel consisting of a pulse generator, a toggle switch, a two-input conjunctor, a counter and a decoder having n output buses, an RS flip-flop, and a normally closed contact of the toggle switch connected to the voltage output of the functional elements of the electronic unit on the power supply and form a bus reset the electronic unit, the pulse generator is connected via a normally open contact of the toggle switch with the first input of the two-input conjunctor, and its second input is a single output RS -trigger, the installation input of the latter is connected to the reset bus of the electronic unit, and the reset input is connected to bus n of the decoder, the control channel contains an RS-interval trigger with input m-input disjunctors, a packet switch for m positions, each group of input contacts of which is connected to the
Устройство установки для определения коэффициента трения поясняется чертежами:The installation device for determining the coefficient of friction is illustrated by drawings:
Фиг. 1 - конструктивная схема установки;FIG. 1 - structural diagram of the installation;
Фиг. 2 - форма обкладки цилиндрического конденсатора;FIG. 2 - the shape of the lining of a cylindrical capacitor;
Фиг. 3 - схема подключения трансформатора связи;FIG. 3 - connection diagram of a communication transformer;
Фиг. 4 - электрическая принципиальная схема автогенератора (преобразователя электрической емкости в частоту);FIG. 4 is an electrical schematic diagram of a self-oscillator (converter of electric capacitance to frequency);
Фиг. 5 - функциональная схема электронного блока.FIG. 5 is a functional diagram of an electronic unit.
Принятые обозначенияAccepted Designations
1. Основание1. The basis
2. Винты подвижного элемента2. Screws of the movable element
3. Каретка3. Carriage
4. Подвижный элемент пары трения4. The movable element of the friction pair
5. Неподвижный элемент пары трения5. Fixed element of friction pair
6. Винты неподвижного элемента6. Fixed element screws
7. Электродвигатель привода7. Electric motor drive
8. Шкив электродвигателя8. Electric motor pulley
9. Гибкий трос9. Flexible cable
10. Неподвижные обмотки трансформатора10. Fixed transformer windings
11. Каркас обмоток 1011. Winding
12. Винты крепления каркаса 1112. Screws securing the frame 11
13. Кронштейн каркаса 1113. The frame bracket 11
14. Обмотки трансформатора на каретке14. Transformer windings on the carriage
15. Каркас обмоток 1415. Winding
16. Винты крепления каркаса 1516. Frame mounting screws 15
17. Корпус каретки17. Carriage housing
18. Винты мембранного блока18. The screws of the membrane unit
19. Мембрана19. Membrane
20. Жесткий центр мембраны20. The rigid center of the membrane
21. Кольцо мембраны21. The membrane ring
22. Подвижная обкладка цилиндрического конденсатора22. The movable lining of the cylindrical capacitor
23. Диск жесткого центра мембраны23. The disk of the hard center of the membrane
24. Неподвижная обкладка конденсатора24. Fixed capacitor plate
25. Плата автогенератора (преобразователя электрической емкости в частотный сигнал)25. Fee of the oscillator (converter of electric capacity into a frequency signal)
26. Автогенератор26. Auto-generator
27. Кронштейн платы автогенератора27. Bracket of the oscillator circuit board
28. Плата источника питания автогенератора28. Power supply circuit of the oscillator
29. Блок источника питания автогенератора29. Power supply unit of the oscillator
30. Кожух каретки30. Carriage cover
31. Винты кожуха 3031. Casing screws 30
32. Груз32. Cargo
33. Рым-болт33. Eye bolt
34. Электронный блок34. The electronic unit
35. Блок питания.35. Power supply.
Канал времени:Time channel:
36. Генератор импульсов36. Pulse generator
37. Тумблер37. Toggle switch
38. Триггер цикла38. Cycle trigger
39. Конъюнктор счетчика39. Counter conjunctor
40. Счетчик40. Counter
41. Дешифратор.41. Decoder.
Канал управления:Control channel:
42. Пакетный переключатель42. Batch switch
43. Электронные ключи43. Electronic keys
44. RS-триггер интервала44. RS-interval trigger
45. Дизъюнктор установки45. Installation disjunctor
46. Дизъюнктор сброса46. Reset Disjunctor
Информационный канал:Information Channel:
47. Триггер периода частоты fn47. The trigger of the frequency period fn
48. Формирователь48. Shaper
49. Выходной конъюнктор.49. The exit conjunctor.
Основные элементы установки монтируются на основании в виде стола 1 с горизонтальной столешницей. Винтами 2 с потайной головкой на каретке 3 закреплен подвижный элемент 4 исследуемой кинематической пары трения. Неподвижный элемент пары трения представлен пластиной 5, которая закреплена винтами 6 на основании.The main elements of the installation are mounted on the base in the form of a table 1 with a horizontal tabletop.
Привод каретки представлен электродвигателем постоянного тока с параллельным возбуждением 7, на валу которого закреплен шкив 8. Связь шкива с кареткой осуществляется гибким тросом 9, при этом участок троса от каретки до цилиндрической части шкива располагается горизонтально.The carriage drive is represented by a direct current electric motor with parallel excitation 7, on the shaft of which a pulley is fixed 8. The pulley is connected to the carriage by a flexible cable 9, while the cable section from the carriage to the cylindrical part of the pulley is horizontal.
Средства связи образованы линейным трансформатором, имеющем две неподвижные обмотки 10-а, 10-б, намотанные на каркас 11, который винтами 12 закреплен на кронштейне 13, а последний винтами соединен с основанием установки. Имеются подвижные обмотки трансформатора 14-а, 14-б, которые намотаны на каркас 15, присоединенный винтами 16 к корпусу 17 каретки. Осевая длина обмоток 10, 14 выбрана таким образом, что магнитный поток трансформатора остается на достаточном уровне при перемещении каретки в процессе эксперимента.The communication means is formed by a linear transformer having two fixed windings 10-a, 10-b, wound on a frame 11, which is fastened with
Средства измерения первичных параметров размещены на каретке и образованы последовательно соединенными преобразователями: преобразователем силы в перемещение, преобразователем перемещения в электрическую емкость и преобразователем электрической емкости в частотный сигнал. Преобразователь силы в перемещение конструктивно оформлен в виде мембранного блока, закрепленного на корпусе 17 каретки винтами 18. Мембрана 19 (может быть плоской или гофрированной) имеет жесткий центр 20 и кольцо 21. Крепление мембраны с этими элементами типовое - завальцовкой. В этом преобразователе под действием приложенной к жесткому центру мембраны силы, жесткий центр будет смещаться пропорционально силе. Преобразователь перемещения в электрическую емкость представлен цилиндрическим конденсатором. Имеется подвижная обкладка 22, которая через электроизоляционный диск 23 закреплена на жестком центре 20 мембраны. Неподвижная обкладка 24 установлена соосно подвижной и закреплена на плате 25 каретки. Таким образом, если к жесткому центру мембраны со стороны привода каретки будет приложена сила, то это приведет к смещению подвижной обкладки и электрическая емкость цилиндрического конденсатора будет уменьшаться. Преобразователь электрической емкости в частотный сигнал выполнен по схеме индуктивной трехточки и схемотехнически является автогенератором. Усилительным элементом является полевой транзистор VT1 с каналом n-типа. Первичная обмотка трансформатора нагрузки соединена параллельно цилиндрическому конденсатору С2*. Один конец первичной обмотки соединен со стоком транзистора, а второй через конденсатор обратной связи С1 с затвором транзистора, при этом затвор через резистор R1 связан с общей шиной. Средний вывод первичной обмотки соединен с шиной питания Е. Исток транзистора через термостабилизирующую цель в составе параллельно соединенных резистора R2 и конденсатора С3 подключен к общей шине. Выходной сигнал в форме синусоидального напряжения частоты fп, транслируется вторичной обмоткой трансформатора через разделительный конденсатор С4. Рассматриваемый преобразователь конструктивно выполнен отдельной сборочной единицей - на плате 25 смонтирована электронная схема 26, плата установлена на кронштейне 27, который закреплен на корпусе каретки. Для питания автогенератора на каретке смонтирован источник вторичного электропитания 27 (фиг. 4). Напряжение промышленной частоты (50 Гц) поступает от блока питания электронного блока установки через трансформатор Тр средств связи - обмотки. 10-а - 10-б на выпрямитель на диодах VD1-VD4, далее расположен фильтр в составе дросселя Др и двух конденсаторов C1-С2, затем следует стабилизатор на биполярном транзисторе VT со стабилитроном VD5 в цепи базы, ток которого задан резистором R. В целом каретка выполнена отдельной сборочной единицей, ее внутренний объем закрыт кожухом 30 П-образной формы, который закреплен на корпусе 17 каретки винтами 31. Верхняя горизонтальная поверхность кожуха предназначена для установки груза 32, задающего силу нормального давления исследуемой пары трения. Для соединения каретки с приводом предусмотрен винт 33, в форме рым-болта, вкручиваемый в жесткий центр 20 мембраны.Measuring instruments for primary parameters are located on the carriage and are formed by series-connected transducers: a force to displacement transducer, a displacement transducer to an electric capacitance, and a transducer of electric capacitance to a frequency signal. The force-to-displacement transducer is structurally designed in the form of a membrane unit fixed to the
В исходном положении электродвигатель 7 привода отключен, каретка неподвижна, соответственно мембрана 19 недеформированна, осевая длина перекрытия обкладок цилиндрического конденсатора максимальна. Электрическая емкость конденсатора равнаIn the initial position, the drive motor 7 is turned off, the carriage is stationary, respectively, the
где ε=ε0ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость промежутка;where ε = ε 0 ε is the absolute dielectric constant of the gap;
r24, r25 - соответственно внутренний радиус обкладки 24 и внешний радиус обкладки 25.r 24 , r 25 - respectively, the inner radius of the
Этому значению емкости соответствует частота автогенератораThis capacity value corresponds to the frequency of the oscillator
где L1 - индуктивность первичной обмотки автогенератора.where L 1 is the inductance of the primary winding of the oscillator.
Если включить электродвигатель привода, то при скольжении подвижного элемента 4 по неподвижному элементу 5 исследуемой пары трения появится сила трения, которая приведет к прогибу мембраны 19.If you turn on the drive motor, then when sliding the movable element 4 along the stationary element 5 of the investigated friction pair, a friction force will appear, which will lead to the deflection of the
На линейном участке характеристики справедливо соотношение для прогиба δIn the linear section of the characteristic, the relation for the deflection δ
где Fтр - сила, приложенная к жесткому центру мембраны, т.е. сила трения; - средний радиус мембраныwhere F Tr is the force applied to the rigid center of the membrane, i.e. friction force; - average radius of the membrane
R20, R21 - соответственно внутренний и внешний радиус мембраны (радиусы завальцовкии);R20, R21 - respectively, the inner and outer radius of the membrane (rolling radii);
- цилиндрическая жесткость мембраны; - cylindrical rigidity of the membrane;
Em, μ, hm - соответственно модуль упругости первого рода, коэффициент Пуассона и толщина мембраны.Em, μ, h m , respectively, are the elastic modulus of the first kind, Poisson's ratio, and membrane thickness.
Формулы (2), (3) показывают, что емкость С* линейно зависит от силы трения Fтр Formulas (2), (3) show that the capacity C * linearly depends on the friction force F Tr
где константа установки равнаwhere the setup constant is
Подставляя значение емкости (4) в формулу (2), получим передаточную функцию преобразователя силыSubstituting the value of the capacitance (4) in the formula (2), we obtain the transfer function of the force transducer
где константа K2 установки через первичные параметры равнаwhere the installation constant K2 through the primary parameters is
Таким образом сила трения однозначно определяется частотой автогенератора. Электрический сигнал этой частоты выводится из подвижной каретки через средства связи - обмотки 10-б, 14-б.Thus, the friction force is uniquely determined by the frequency of the oscillator. An electrical signal of this frequency is output from the movable carriage through communication means - windings 10-b, 14-b.
Установка комплектуется электронным блоком 34 для обработки первичной информации. Функционально его можно разделить на: блок питания, канал времени, канал управления и информационный канал.The installation is completed with an electronic unit 34 for processing primary information. Functionally, it can be divided into: power supply, time channel, control channel and information channel.
Блок питания формирует m постоянных напряжений (по числу режимов испытаний) питания электродвигателя привода и напряжение питания функциональных элементов электронного блока.The power supply generates m constant voltages (according to the number of test modes) of the power supply of the drive motor and the voltage of the functional elements of the electronic unit.
Канал времени задает временную шкалу и длительность цикла испытаний. Канал составляют: генератор импульсов 36, тумблер 37, имеющий один нормальноразомкнутый контакт HP и один нормальнозамкнутый контакт НЗ. Исходное положение тумблера «сброс», рабочее положение «измерение». Имеется RS - триггер 38 цикла, конъюнктор 39 счетчика 40 и дешифратор 41, имеющий n выходных шин позиционного кода. В исходном положении шина сброса «с» держит логическую единицу (напряжение питания Е микросхем) через нормальнозамкнутый контакт тумблера, при этом счетчик 40 находится в нулевом состоянии, а на выходе дешифратора 41 возбуждена шина нуль (0). При перебросе тумблера 37 в положение «измерение» импульсы генератора 36 начинают заполнять счетчик 40 и на выходе дешифратора 41 последовательно появляются логические единицы. Для заполненного счетчика возбуждается шина n дешифратора, потенциал которой опрокидывает триггер 38 цикла и его выход закрывает конъюнктор 39, поступление импульсов генератора на счетчик прекращается.The time channel sets the timeline and duration of the test cycle. The channel consists of: a
Канал управления предназначен для переключения режима испытаний (скорость движения подвижного элемента, нормальная сила давления) и формирования интервала движения, на котором скорость постоянна. Канал содержит пакетный переключатель 42 на m положений (по количеству режимов испытаний). Входные контакты каждой группы переключателя соединены с шинами дешифратора 41, которые получают логическую единицу в момент времени tS1 прохождения первого участка движения каретки - S1, в момент tS2 прохождения второго участка S2, и с соответствующим выходом напряжения питания электродвигателя привода на блоке питания. Выходные контакты переключателя 42 передают названные сигналы на электронные ключи 43, которые запитывают электродвигатель привода в интервале от момента включения (шина 1 дешифратора) до момента tS2 (окончания прохода кареткой всего пути движения S1+S2.) Триггер 44 интервала формирует импульс длительностью, равной времени прохождения кареткой интервала S2. Комплектация подключения входных контактов переключателя производится исходя из следующих соотношений.The control channel is designed to switch the test mode (speed of the moving element, normal pressure force) and the formation of the interval of movement at which the speed is constant. The channel contains a
На первом участке S1 движения каретки имеет место равноускоренное движение, а второй участок S2 каретка проходит с постоянной скоростью VS2 In the first section S1 of carriage movement, uniformly accelerated movement takes place, and the second section S2 of the carriage runs at a constant speed V S2
где ω7 - частота вращения вала электродвигателя 7,where ω 7 is the frequency of rotation of the shaft of the electric motor 7,
R8 - радиус шкива 8 электродвигателя.R 8 is the radius of the pulley 8 of the electric motor.
В качестве электродвигателя привода принят электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, который имеет линейные скоростную и механическую характеристики с малым наклоном, поэтому ω7 определяется только магнитным потоком двигателя, т.е. напряжением питанияAs a drive electric motor, a direct current electric motor with parallel excitation is adopted, which has linear speed and mechanical characteristics with a small slope, therefore, ω 7 is determined only by the magnetic flux of the motor, i.e. supply voltage
Характеристики двигателя обеспечивают постоянство частоты вращения в функции нагрузки (величины силы трения), т.е. ω7 не зависит от общей массы каретки, а определяется только напряжением питания.The characteristics of the engine ensure the constancy of the rotation frequency as a function of the load (value of the friction force), i.e. ω 7 does not depend on the total mass of the carriage, but is determined only by the supply voltage.
Скорость каретки на первом участкеCarriage speed in the first section
С учетом характеристик двигателя можно принятьBased on engine performance, you can take
Поскольку длины участков S1, S2 постоянны, то необходимо выдержать постоянство произведений скорости на времяSince the lengths of sections S1, S2 are constant, it is necessary to maintain the constancy of the products of speed and time
Для наглядности на фиг. 5 для одного положения переключателя выходные шины дешифратора поименованы вышепринятыми обозначениями.For clarity, in FIG. 5 for one switch position, the decoder output buses are named with the above notation.
Информационный канал предназначен для формирования прямоугольного импульса длительностью, равной периоду Т сигнала ƒп автогенератораThe information channel is designed to generate a rectangular pulse with a duration equal to the period T of the signal ƒ p of the oscillator
где ƒп - выражается формулой (6).where ƒ n - is expressed by formula (6).
Функцию формирования длительности (13) выполняет счетный триггер 47, который устанавливается в исходное состояние шиной сброса «С» электронного блока. Управляющий сигнал этого триггера создается формирователем 48, на вход которого поступает сигнал автогенератора ƒп. Схемотехнически формирователь построен на основе триггера Шмидта, а выходной сигнал соответствует фронту импульсов триггера Шмидта. Конечным элементом информационного канала является конъюнктор 49. Выходной сигнал конъюнктора 49 представляет собой прямоугольный импульс длительностью Т-формула (13), который присутствует в интервале движения каретки tS2 - tSl, где скорость каретки постоянна.The function of forming the duration (13) is performed by the counting
Сила трения будет найдена по формулам (6), (13), а коэффициент трения для принятого режима испытаний равенThe friction force will be found by formulas (6), (13), and the coefficient of friction for the adopted test mode is
где сила нормального давления N равна сила веса Р каретки совместно с грузом 32.where the force of normal pressure N is equal to the force of the weight P of the carriage together with the
Установка для определения коэффициента трения работает следующим образом. Предварительно выбирают режим испытаний:Installation for determining the coefficient of friction works as follows. Pre-select the test mode:
- скорость перемещения подвижного элемента исследуемой пары трения устанавливают пакетным переключателем 42 (m вариантов);- the moving speed of the movable element of the studied friction pair is set by the packet switch 42 (m options);
- сила N нормального давления складывается из паспортного значения веса каретки и веса добавочного груза 32.- the force N of normal pressure is the sum of the passport value of the weight of the carriage and the weight of the
После переброса тумблера в положение «измерение» импульсы генератора 36 через конъюнктор 39 начинают заполнять счетчик 40, дешифратор 41 переводит двоичный код счетчика в позиционный. В процессе накопления импульсов в счетчике последовательно появляется логическая единица на выходных шинах дешифратора. Потенциал шины 1 через электронный ключ 43 обеспечит включение электродвигателя 7 привода каретки, и каретка начнет движение. В конце первого участка S1 логическая единица шины tSl через дизнъюнктор 45 переведет триггер 44 интервала в единичное состояние. При дальнейшем движении каретки будут накапливаться импульсы генератора на счетчике, и получит логическую единицу шина tS2 дешифратора. Потенциал этой шины через электронный ключ 43 отключит электропитание двигателя 7, одновременно через дизъюнктор 46 триггер 44 вернется в исходное состояние. Процесс работы счетчика 40 прекратится при его заполнении, при этом потенциал шины n дешифратора опрокинет триггер 38 цикла, который закроет конъюнктор 39.After the toggle switch is moved to the "measurement" position, the pulses of the
На участке S2 - от момента времени tSl до tS2 - скорость движения каретки постоянна, поэтому сила трения FTР также постоянна. Этой силе соответствует постоянное значение перемещения жесткого центра 20 мембраны 19, следовательно будет постоянным и перемещение подвижной обкладки 22 цилиндрического конденсатора и постоянное значение частоты ƒп автогенератора. Период Т этого сигнала будет сформирован триггером 47 и поступит на выход конъюнктора 49.In section S2, from the time t Sl to t S2 , the carriage speed is constant, therefore, the friction force F TP is also constant. This force corresponds to a constant value of the movement of the
Исходный коэффициент трения определится по формуле (14).The initial coefficient of friction is determined by the formula (14).
Таким образом, предлагаемая установка для определения коэффициента трения позволяет находить коэффициент трения при различных комбинациях площади, силы нормального давления и скорости движения подвижного элемента исследуемой пары трения. Получаемая информация достоверна за счет исключения влияющих факторов. В конструкции установки применен принцип агрегатности, что повышает ее технологичность, электронный блок выполнен на типовых элементах электроники.Thus, the proposed installation for determining the coefficient of friction allows you to find the coefficient of friction for various combinations of area, normal pressure force and speed of the moving element of the investigated friction pair. The information received is reliable due to the exclusion of influencing factors. In the design of the installation, the principle of aggregation is applied, which increases its manufacturability, the electronic unit is made on standard elements of electronics.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152593A RU2659179C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Unit for determining friction coefficient |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152593A RU2659179C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Unit for determining friction coefficient |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2659179C1 true RU2659179C1 (en) | 2018-06-28 |
Family
ID=62815330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016152593A RU2659179C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Unit for determining friction coefficient |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2659179C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU201259U1 (en) * | 2020-05-25 | 2020-12-07 | Николай Иванович Хабрат | Device for selecting the operating parameters of plain bearings |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1585726A1 (en) * | 1987-12-30 | 1990-08-15 | Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности | Apparatus for testing materials for friction and wear-out |
RU2349901C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "192 Центральный завод железнодорожной техники" Министерства обороны Российской Федерации | Friction factor tester |
US20090293586A1 (en) * | 2006-09-08 | 2009-12-03 | Ford Global Technologies, Llc | Device for Measuring Coefficient of Friction |
RU2375700C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-12-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Method for determination of friction factor |
US20090320555A1 (en) * | 2006-05-12 | 2009-12-31 | Johannes Ebrecht | Test device for tribological examination of materials |
GB2503100A (en) * | 2012-05-18 | 2013-12-18 | Marcus Gustaf Helgesson | Device and method for measurement of forces between objects |
-
2016
- 2016-12-29 RU RU2016152593A patent/RU2659179C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1585726A1 (en) * | 1987-12-30 | 1990-08-15 | Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности | Apparatus for testing materials for friction and wear-out |
US20090320555A1 (en) * | 2006-05-12 | 2009-12-31 | Johannes Ebrecht | Test device for tribological examination of materials |
US20090293586A1 (en) * | 2006-09-08 | 2009-12-03 | Ford Global Technologies, Llc | Device for Measuring Coefficient of Friction |
RU2349901C2 (en) * | 2007-02-26 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "192 Центральный завод железнодорожной техники" Министерства обороны Российской Федерации | Friction factor tester |
RU2375700C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-12-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) | Method for determination of friction factor |
GB2503100A (en) * | 2012-05-18 | 2013-12-18 | Marcus Gustaf Helgesson | Device and method for measurement of forces between objects |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU201259U1 (en) * | 2020-05-25 | 2020-12-07 | Николай Иванович Хабрат | Device for selecting the operating parameters of plain bearings |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100426649C (en) | Inverter circuit and compressor | |
US9427294B2 (en) | Method for operating an electric appliance and electric appliance | |
US5432421A (en) | Process for detecting the position, direction of movement and dynamic characteristic values of remote-controlled displacement of an adjustable object | |
CN112020821B (en) | Driving device for door opener | |
Okamoto et al. | Development of linear actuators using piezoelectric elements | |
RU2659179C1 (en) | Unit for determining friction coefficient | |
US6545439B2 (en) | Method and circuit arrangement for detecting motion, direction and position of a part driven by an electric motor | |
CN100593698C (en) | Ultrasound electric motor universal test device | |
CN108015564A (en) | A kind of ultrasonic wave added overcomes friction linear motion platform | |
CN108508361A (en) | A kind of linear piezoelectric motor electromechanical properties test system | |
JP2020020611A (en) | Insulation diagnosing device, insulation diagnosing method, and insulation diagnosing program | |
MY118268A (en) | Fan drive device | |
US10928454B2 (en) | Device for diagnosing a mechanical system which is driven by means of an electric drive motor | |
CN104702169A (en) | Automatic sliding door linear permanent magnetism synchronous motor sine control method | |
CN108663973B (en) | Multi-path target position distance control device | |
US20220020519A1 (en) | Method and device for controlling an armature solenoid | |
CN205091438U (en) | A equipment for detection switch | |
Lo et al. | SECE-based piezoelectric energy sensor for the diagnostics of timing belt | |
Zsurzsan et al. | Piezoelectric stack actuator parameter extraction with hysteresis compensation | |
KR102353549B1 (en) | Positioning of the motor by means of capacitive measurement | |
EP2503300B1 (en) | Electrical drive machine and method for operating such an electrical drive machine | |
Kolesnikov et al. | Magnetoelectric position sensors for automotive application | |
DE19742447C2 (en) | Traveling wave motor with temperature measuring device and method for temperature measurement | |
Jang et al. | Dynamic performance of tubular linear actuator with halbach array and mechanical spring driven by PWM inverter | |
JP5109825B2 (en) | Film thickness measuring apparatus and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181230 |