Установка для измерения коэффициента трения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Заметим, что в случае существенного запаса прочности растяжки при исходной настройке датчик позволяет измерять силу обратного знака, т.е. приложенную к переходнику 28 ввода по рис. 1.

Список литературы:

1. Датчик давления. Патент RU 153752 МПК G01L 7/06 / Г.К. Потапов, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 07.07.2015.

2. Мещеряков, В.А. Исследование электромеханического балансового регулятора часового типа на упругих направляющих / В.А. Мещеряков // Изв. вузов. «Приборостроение». - 1971. - Т. XVI, № 12.

3. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

4. Преобразователь крутильных колебаний. Патент RU 142033 МПК G01L 3/04. / И.А. Башкирова, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 15.05.2014.

5. Устройство для измерения импульсных ускорений. Патент RU 147269 МПК G01P 15/11 / И.А. Башкирова, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 20.09.2014.

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

© Русаков Д.А.*

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,

г. Владимир

Предложена конструкция испытательной установки для измерения коэффициента трения. Установка позволяет измерять коэффициент трения для различных комбинация материалов. Имеется возможность проводить испытания при различных нормальных силах и скоростях движения. Примечено бесконтактное устройство съема информации. Первичное преобразование выполнено на основе мембраны, вторичное -емкостное.

Ключевые слова коэффициент трения, сила нормального давления, линейная скорость, частотный выходной сигнал.

Трение в кинематических парах механизмов часто определяет их свойства. Иногда, например о фрикционных механизмах, необходимо выдерживать параметры трения в заданных пределах. Но чаще всего требуется ми-

* Студент кафедры Технологического и экономического образования, студенческое конструкторское бюро «Хронос». Научный руководитель: Шарыгин Л.Н., профессор ВлГУ.

нимизировать силу трения, поскольку за счет трения возрастает сопротивление движению, что приводит к тепловыделению и снижению коэффициента полезного действия механизма. При проектировании механизмов обычно принимают, что сила трения пропорциональна силе нормального давления и коэффициенту трения. Но давно замечено, что сила трения зависит от множества факторов - шероховатости трущихся поверхностей, природы материалов, скорости движения, контактной площади и т.п. Влияние всех этих факторов складывают в коэффициент трения. Для прецизионных механизмов вычисление трения по табличным коэффициентам оказывается недостаточно точным. Кроме того, появляются новые материалы, которые недостаточно изучены. Данные обстоятельства выдвигают задачу экспериментального изучения трения, нахождения коэффициента трения в некоторых заданных условиях.

Предлагаем основные технические решения по созданию установки для определения коэффициента трения при поступательном движении. Конструктивная схема установки приведена на рис. 1.

Установка монтируется на лабораторном столе 1 с горизонтальной столешницей. Имеется также электрический блок с источником вторичного электропитания и блоком электроники. Параметры трения выявляются при движении закрепленной винтами 2 с потайной головкой на ползуне 3 пластины 4 относительно пластины 5, которая винтами 6 закреплена на лабораторном столе. Привод ползуна представлен электродвигателем 7, на валу ротора которого закреплен шкив 8. Связь с ползуном осуществляется гибким тросом 9. Для реализации электропитания ползуна и передачи измерительной информации предусмотрен бессердечный трансформатор. Одна обмотка 10 трансформатора намотана на каркас 11, который закреплен винтами 12 на стойке 13 лабораторного стола. Вторая обмотка 14 трансформатора намотана на каркас 15, который винтами 16 закреплен на ползуне 3. Предусмотрен достаточно большой кольцевой зазор между двумя частями трансформатора.

Рис. 1. Конструктивная схема установки

Рис. 2. Форма обкладки конденсатора

Ползун призван обеспечить силу нормального давления и получение первичной информации о силе трения. Имеется корпус 17 П-образной формы. На корпусе имеется круглое отверстие, соосно с которым винтами 18 закреплен мембранный блок, состоящий из гофрированной мембраны 19 с жестким центром 20. Соединение мембраны с жестким центром и кольцом 21 выполнено обычным образом - закольцовкой. Мембрана выполняет функцию первичного преобразования силы, т.е. преобразует силу трения в деформацию. В качестве вторичного преобразователя используется цилиндрический конденсатор. Подвижная обкладка 22 конденсатора выполнена из листовой латуни марки ЛС 63-3 с применением электронно-лучевой сварки с отгибными лапками (см. рис. 2).

С помощью этих лапок обкладка закреплена на диске 23 из электроизоляционного материала, а последний винтом соединен с жестким центром 20. Соосно с подвижной обкладкой конденсатора имеется аналогичная подвижная обкладка 24. Она закреплена на плате 25 генератора 26. Плата с генератором установлена на кронштейне в виде рамки 25, закрепленном на корпусе 17 ползуна. Внутри корпуса ползуна имеется вторая плата 28 с блоком вторичного электропитания 29.

Рис. 3. Электрическая схема установки

Открытые поверхности корпуса закрыты П-образным кожухом 30, закрепленным винтами 31. На верхнюю плоскость кожуха устанавливается груз 32, задающий силу нормального давления. Соединение ползуна с тросом 9 электропривода осуществляется через рым-болт 33.

Обратимся к электрической части установки - рис. 3.

Как отмечено выше в состав установки входит электрический блок, содержащий регулируемый выпрямитель для питания напряжением и_ электродвигателя привода 7, питанием переменным напряжением секции 10-а трансформатора, а в случае автономного исполнения установки _ электронным блоком обработки сигнала ползуна с индикатором результата. В этом случае первым каскадом электронного блока будет полосовой фильтр.

Блок вторичного электропитания 29 ползуна содержит выпрямитель на диодах Уи1-УС4, фильтр нижних частот в составе конденсаторов С1, С2 и дросселя Др, электронный стабилизатор по схеме общего коллектора на транзисторе УТ со стабилитроном УС5. Выходное напряжение Е служит для питания автогенератора 26.

Автогенератор (рис. 4) собран по схеме индуктивной трехточки на базе полевого транзистора УТ с каналом п-типа. Частота генерации

/ - 1 ,

где L1 _ индуктивность первичной обмотки трансформатора цепи стока транзистора УТ;

С _ электрическая емкость цилиндрического конденсатора.

Рис. 4. Электрическая принципиальная схема автогенератора

Величина электрической емкости цилиндрического конденсатора, образованного обкладками 22, 24 равна

С* = 2жБа1

1п (2)

где еа = е0£- абсолютная диэлектрическая проницаемость промежутка;

г24, г22 - соответственно внутренний радиус обкладки 24 и внешний радиус обкладки 24;

I - осевая длина перекрытия обкладок.

Осевая длина перекрытия I зависит от осевого смещения жесткого центра 20 мембраны. Расчет мембран ведут по методике [1]. На линейном участке характеристики справедливо соотношение для прогиба 5

8 = тр ср (3)

160 '

где Етр - сила, приложенная к жесткому центру мембраны, т.е. сила трения; Кср = + - средний радиус мембраны

^20, К21 - соответственно внутренний и внешний радиус мембраны (радиус завальцовки);

Е Нъ

Г) _ г

0 = —-- цилиндрическая жесткость мембраны;

12 (1 -ц )

Ет, ¡л, кт - соответственно модуль упругости первого рода, коэффициент Пуассона и толщина мембраны.

Формулы (2), (3) показывают, что емкость С* линейно зависит от силы трения Етр

С = КРтр , (4)

где константа установки равна

К1=_7Г5аКСр

801п

Г24 (5)

Подставляя значение емкости (4) в формулу (1) получим передаточную функцию преобразователя силы

^ =т-> (6)

тр

'22

'20

где константа К2 установки через первичные параметры равна

2 2п

r

8D ln r24

(7)

Пользуются установкой следующим образом. В соответствии с программой исследования выбирают материалы трущейся пары, изготавливают и крепят пластину 55 стола и пластину 4 ползуна. Размещают ползун 3 вблизи стойки 13. Регулятором электрического блока устанавливают напряжение питания электродвигателя 7, соответствующее требуемой линейной скорости ползуна. Силу нормального давления устанавливают грузом 32. При включении электропитания трос 9 обеспечит перемещение ползуна, следовательно пластины 4 относительно пластины 5. Сила натяжения троса (сила трения) обеспечит деформацию мембраны 19, соответственно смещение подвижной обкладки 24 конденсатора. Частота автогенератора 25 переданная через обмотки 14-б и 14-а трансформатора будет обработана по формуле (6), результат вычисления отражен на индикаторе электрического блока. Если установка изготавливается не автономным вариантом, то вычисление производится компьютером. Искомый коэффициент трения находят делением силы трения на силу нормального давления.

Таким образом, предлагаемая установка проста в обращении, позволяет находить коэффициенты трения любых материалов при различных значениях площади, скорости и нормального давления.

Список литературы:

1. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов / Л.Е. Андреева. - М.: Маш-гиз, 1962. - 456 с.

2. Муромцев Д.Ю. Конструирование узлов и устройств электронных средств: учеб. пособие / Д.Ю. Муромцев, И.В. Тюрин, О.А. Белоусов. - Ростов н/Д: Феникс, 2013. - 540 с.

3. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

'20

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОДАЖ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ КАК ИННОВАЦИОННОГО ВИДА ТРАНСПОРТА

© Тамбовская А.К.*

Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

Поиск альтернативных источников и разработка экологичного транспортного средства является актуальной проблемой в современном по-

* Студент кафедры Электроснабжения промышленных предприятий.