PL224960B1

PL224960B1 - Measuring system for determination of the friction coupling coefficient

Info

Publication number: PL224960B1
Application number: PL407885A
Authority: PL
Inventors: Jarosław Brodny; Marcel Żołnierz
Original assignee: Politechnika Śląska
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL407885A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowy do wyznaczania współczynnika sprzężenia ciernego między dwoma badanymi elementami (próbka i przeciwpróbka).The subject of the invention is a measuring system for determining the frictional coupling coefficient between two tested elements (a sample and a counter-sample).

Dotychczas współczynnik sprzężenia ciernego między współpracującymi kształtownikami w złączu ciernym nie był bezpośrednio wyznaczany. W trakcie badania złączy ciernych obciążonych osiowo w sposób pośredni wyznaczano jego wartość. Sposób ten jest jednak mało dokładny i nie odwzorowuje rzeczywistego stanu obciążenia niezbędnego do wyznaczenia tego współczynnika.Until now, the frictional coupling coefficient between the mating profiles in the frictional joint has not been directly determined. During the examination of the frictional joints loaded axially indirectly, its value was determined. However, this method is not very precise and does not reflect the actual load condition necessary to determine this factor.

W proponowanym rozwiązaniu proponuje się zsynchronizowany pomiar wartości siły docisku stykających się badanych-elementów oraz siły przesuwu przeciwpróbki po próbce ze stałą prędkością (v). Umożliwi to wyznaczenie chwilowych wartości współczynnika sprzężenia ciernego między badanymi elementami oraz wartości średniej tego współczynnika dla określonej długości pomiarowej próbki (L).The proposed solution proposes a synchronized measurement of the value of the contact force of the contacting test-elements and the force of counter-sample movement over the sample at a constant speed (v). This will make it possible to determine the instantaneous values of the frictional coupling coefficient between the tested elements and the average value of this coefficient for a given measuring length of the sample (L).

Układ pomiarowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma ramę nośną o dużej sztywności, na końcach której umieszczone są zaciski do mocowania badanej próbki. W tylnej części ramy zamocowane są dwa siłowniki hydrauliczne, których zadaniem jest przesuwanie ze stałą prędkością głowicy dociskowej. Na każdym z siłowników zamontowany jest czujnik do pomiaru wartości siły przesuwu, a wewnątrz siłowników czujniki do pomiaru przemieszczenia. Głowica dociskowa służy do wywierania stałej siły docisku między próbką i przeciwpróbką. Siła ta jest wynikiem działania siłownika hydraulicznego zamocowanego w głowicy dociskowej. Siłownik ten posiada czujnik do pomiaru wartości siły docisku. W celu zapewnienia osiowego obciążenia badanej pary ciernej siłowniki hydrauliczne przesuwu montowane są przegubowo do ramy, a uchwyt dociskowy posiada poprzeczną belkę stabilizowaną w podłużnych prowadnicach zamontowanych na ramie nośnej.The measuring system according to the invention is characterized in that it has a highly rigid support frame, at the ends of which there are clamps for fixing the test sample. In the rear part of the frame, there are two hydraulic cylinders, whose task is to move the pressure head at a constant speed. Each actuator has a sensor for measuring the travel force, and inside the actuators, sensors to measure the displacement. The pressure head is used to exert a constant clamping force between the sample and the counter-sample. This force is the result of the action of a hydraulic cylinder mounted in the pressure head. This cylinder has a sensor for measuring the contact force. In order to ensure the axial load of the tested friction pair, the hydraulic actuators of the shift are articulated to the frame, and the pressure holder has a transverse beam stabilized in longitudinal guides mounted on the support frame.

Zapis czasowych przebiegów siły przesuwu, siły docisku oraz przemieszczeń tłoczysk jest synchronizowany w układzie pomiarowo-rejestrującym. Umożliwia to wyznaczenie chwilowych wartości współczynnika sprężenia ciernego (dla płaskich powierzchni styku współczynnika tarcia) oraz średniej jego wartości określonej na długości pomiarowej L.The recording of the time courses of the thrust force, clamping force and displacement of the piston rods is synchronized in the measuring and recording system. It enables the determination of the instantaneous values of the frictional compression coefficient (for flat contact surfaces of the friction coefficient) and its average value determined on the measuring length L.

Stałą prędkość przemieszczania głowicy dociskowej oraz siłę docisku próbki i przeciwpróbki zapewniają siłowniki hydrauliczne zasilane i sterowane przez układ zasilający, którego głównym elementem jest odpowiednio sterowany agregat hydrauliczny. Układ zasilający umożliwia przeprowadzenie badań dla różnych sił docisku i prędkości (v) przemieszczania głowicy dociskowej.The constant speed of the pressure head as well as the clamping force of the sample and counter-sample are ensured by hydraulic cylinders powered and controlled by the power supply system, the main element of which is an appropriately controlled hydraulic unit. The supply system enables tests to be carried out for various clamping forces and velocity (v) of the pressure head displacement.

Proponowany układ pomiarowy jest uniwersalny gdyż parą cierną, dla której będzie wyznaczany współczynnik sprzężenia ciernego, mogą być dwa współpracujące w złączu ciernym kształtowniki, cięgno z okładziną lub dowolne dwa elementy wykonane z tych samych lub różnych materiałów o różnych powierzchniach styku. W przypadku każdej z badanych par konieczne jest zastosowanie odpowiedniej głowicy dociskowej oraz zacisków do mocowania próbki i przeciwpróbki. Proponowany układ może być wykorzystany do pomiarów stacjonarnych oraz ruchowych (wersja przenośna).The proposed measuring system is universal because the friction pair for which the friction coupling coefficient will be determined can be two sections cooperating in the frictional joint, a tendon with a lining or any two elements made of the same or different materials with different contact surfaces. For each of the tested pairs, it is necessary to use an appropriate pressure head and clamps for fixing the sample and counter-sample. The proposed system can be used for stationary and motion measurements (portable version).

Uniwersalność proponowanego rozwiązania polega na tym, iż badania można przeprowadzić dla różnych próbek (kształtowniki korytkowe obudowy podatnej, cięgna, elementy płaskie, itp.) wyk onanych z różnych materiałów i przy różnych siłach docisku oraz prędkościach przesuwu. W tym celu końcówki zacisków oraz elementy mocujące znajdujące się w głowicy dociskowej są dobierane w zależności od kształtu badanych próbek.The versatility of the proposed solution lies in the fact that the tests can be carried out for various samples (trough sections of a flexible casing, tie rods, flat elements, etc.) made of various materials and with different clamping forces and travel speeds. To this end, the terminals of the clamps and the fixing elements located in the pressure head are selected depending on the shape of the test samples.

Proponowane rozwiązanie może być wykorzystywane do pomiarów stacjonarnych oraz do pomiarów ruchowych (jako układ przenośny).The proposed solution can be used for stationary measurements and for motion measurements (as a portable system).

Przedmiot wynalazku objaśniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat układu pomiarowego do wyznaczania współczynnika sprzężenia ciernego, a Fig. 2 rzut z góry układu pomiarowego.The subject matter of the invention is explained in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of a measuring system for the determination of the frictional coupling coefficient, and Fig. 2 a top view of the measuring system.

Układ pomiarowy do wyznaczania współczynnika sprzężenia ciernego ma ramę nośną o dużej sztywności 7 z dwoma zaciskami 5, w których mocowana jest badana próbka 1, głowicę dociskową 11, w której mocowana jest przeciwpróbka 12, siłownik hydrauliczny 2 służący do docisku przeciwpróbki do próbki, dwa siłowniki hydrauliczne 8 z czujnikami siły 6 oraz czujnikami przemieszczenia (umieszczone wewnątrz siłowników), zamontowane przegubowo do ramy nośnej i służące do przemieszczania głowicy dociskowej 11 oraz agregat hydrauliczny 10. Głowica dociskowa 11 zbudowana jest ze sztywnej ramy 13, do której zamocowany jest siłownik hydrauliczny 2 oraz czujnik 3 do pomiaru siły docisku i czujnik do pomiaru temperatury 4. Do głowicy dociskowej 11 zamocowane są symetrycznie dwa siłowniki hydrauliczne 8 połączone przegubowo z ramą nośną 7 oraz belka poprzeczna 14 zaPL 224 960 B1 pewniająca osiowe ustawienie uchwytu w prowadnicach ramy nośnej 7. Do rejestracji i synchronizacji wyznaczanych wielkości służy układ pomiarowo-rejestrujący 9.The measuring system for determining the frictional coupling coefficient has a high stiffness support frame 7 with two clamps 5 in which the tested sample 1 is mounted, a pressure head 11 in which the counter-sample 12 is mounted, a hydraulic cylinder 2 for pressing the counter-sample against the sample, two actuators hydraulic 8 with force sensors 6 and displacement sensors (located inside the cylinders), articulated to the supporting frame and used to move the pressure head 11, and a hydraulic unit 10. The pressure head 11 consists of a rigid frame 13 to which the hydraulic cylinder 2 is attached and sensor 3 for measuring the clamping force and a sensor for measuring temperature 4. Two hydraulic cylinders 8 are symmetrically attached to the pressure head 11, articulated with the support frame 7 and a crossbar 14, zaPL 224 960 B1, which ensures axial positioning of the holder in the guides of the support frame 7. and synchronization of the determined values is a system d measuring and recording 9.

Pomiar polega na ciągłej rejestracji wartości siły nacisku przez czujnik siły 3 oraz siły przemieszczenie przez czujniki 6 i przemieszczenia przez czujniki umieszczone wewnątrz siłowników przy stałej temperaturze rejestrowanej przez czujnik 4 w jednym układzie pomiarowo-rejestrującym zapewniającym pełną ich synchronizację w czasie.The measurement consists in the continuous registration of the pressure force by the force sensor 3 and the force displacement by the sensors 6 and displacement by sensors placed inside the actuators at a constant temperature recorded by the sensor 4 in one measuring and recording system ensuring their full synchronization in time.

Claims

The measuring system for determining the frictional coupling coefficient with the support frame and hydraulic cylinders, characterized in that the support frame 7 has two clamps 5 in which the tested sample 1 is mounted, a pressure head 11 in which the counter-sample 12 is mounted, a hydraulic cylinder 2 , and two hydraulic cylinders 8 with displacement sensors built inside them, articulated to the frame 7 in its rear part, and a hydraulic unit 10.

2. The measuring system according to claim The pressure head 11, characterized in that the pressure head 11 has a frame 13 to which a hydraulic cylinder 2 is attached, and a sensor 3 for measuring the pressure force and a sensor for measuring the temperature 4, two hydraulic cylinders 8 connected symmetrically to the pressure head 11, articulated with carrying frame 7 and cross beam 14.

3. The measuring system according to claim The method of claim 1, characterized in that the sensor 3 for measuring the contact force of the counter-sample 12 against the sample 1 is attached to the hydraulic cylinder 2, two force sensors 6 are attached to the hydraulic cylinders 8 for measuring the travel force, and two displacement sensors installed inside the hydraulic cylinders 8, and measuring and recording system 9 for synchronized measurement of recorded quantities.