Трибометр ТЕ-77

TE 77 Высокочастотная машина трения

Начальные сведения:

Высокочастотная машина трения TE 77 – это гибкий возвратно-поступательный трибометр с максимальной длиной пробега в 25 мм и максимальной нагрузкой в 1000 Н. Она отлично зарекомендовала себя в качестве научно-исследовательского прибора для анализа смазок, покрытий и качества обработки поверхности.

С помощью трибомашины TE 77 можно добиться скользящего контакта для огромного числа различных деталей. Образцы могут быть как стандартной формы, так и представлять собой срезанные части реальных деталей, что дает возможность исследовать не только качество обработки поверхности, но и многие другие свойства.

Машина трения TE 77 использовалась при проведении межлабораторных анализов при разработке стандарта ASTM G 133 "Стандартная методика анализа плоскостного скользящего износа при линейном возвратно-поступательном движении шарика”, которая предназначена для измерения износа керамики, металлов и керамических композитов в сухом и смазанном состоянии. Также данный прибор использовался при разработке стандарта ASTM G 181 "Стандартная методика для проведения анализа на трение материалов поршневого кольца и втулки цилиндра в смазанном состоянии ".

Хотя при проведении межлабораторных анализов для следующих стандартов трибомашина ТЕ77 не использовалась, однако, при подключении соответствующих переходников она может обеспечить условия анализа, соответствующие указанным в:

ASTM D 5706 "Стандартный метод определения антизадирных свойств густых смазок с помощью высокочастотной испытательной машины с прямолинейным перемещением",

ASTM D 5707 " Стандартный метод измерения свойств трения и износа для густых смазок с помощью высокочастотной испытательной машины с прямолинейным перемещением",

ISO/DIN 12156-2 "Смазочные свойства дизельного топлива – Метод измерения смазочных свойств на основании требований к рабочим параметрам ",

ASTM D 6079 "Стандартный метод анализа для определения смазочных свойств дизельных топлив с помощью высокочастотной возвратно-поступательной установки (HFRR)"

Информацию о большом наборе нестандартных методов для научно-исследовательских работ можно найти в огромном количестве технических статей, выпущенных пользователями данной машины трения.

Геометрия контактов:

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk21.gif

Шарик на пластине

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk20.gif

Плоское скольжение

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk19.gif

Цилиндр на пластине

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk22.gif

Поршневое кольцо
и втулка цилиндра

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk23.gif

Скольжение/Качение

http://www.phoenix-tribology.com/cat/at2/pics/sk12.gif

Стержень на диске

Описание:

Высокочастотная машина трения TE 77 поставляется со своим собственным напольным столом, на поверхности которого расположен блок управления, включающий модуль последовательного интерфейса. Последний подключается к персональному компьютеру с установленным на нем программном обеспечением COMPEND 2000 для создания программ и обработки данных. Система позволяет проводить последовательный контроль нагрузки, частоты и температуры, а также осуществлять обработку измеряемых параметров.

Движущийся образец:

Движущийся образец монтируется на несущее устройство. Геометрия образца может быть разнообразной. Возможность его монтажа определяется широким набором простых тисочных зажимов. Движение образца по фиксированному нижнему образцу осуществляется механически. Механический привод состоит из движимого мотором кулачка и узла привода кулисы, которые обеспечивают истинное синусоидальное движение. Приводной механизм работает внутри масляной бани.

Длина пробега регулируется вручную, с помощью настройки шлицевого эксцентрикового кулачка на шлицевом кулачковом эксцентриковом валу. Два поставляемых фиксированных кулачка позволяют установить пробег от 0 до 12,5 мм и от 12,5 до 25 мм. Для каждого кулачка существует 11 дискретных положений. Также в комплектацию входит непрерывно регулируемая двухкулачковая сборка, которая позволяет устанавливать любые значения перемещения в диапазоне от 0 до 12,5 мм..

Нагрузка по отношению к неподвижному образцу подается на движущийся образец через рычажный механизм. Последний приводится в действие сервоприводом с зубчатой передачей и соосной пружиной. Продольная сила передается непосредственно на движущийся образец при помощи иголки подшипника кулачкового следящего устройства, расположенного на головке несущего устройства, и подножки подвесной петли нагрузки. Тензометрический датчик для измерения приложенной нагрузки смонтирован на рычаге в точке, расположенной прямо под контактом.

Неподвижный образец:

Неподвижный образец расположен в резервуаре из нержавеющей стали. Для монтажа образцов в соответствии со стандартами ISO для определения смазочных свойств топлив и другими стандартами доступны специальные вставки. Резервуар зажат в блоке, который нагревается при помощи четырех резистивных нагревательных элементов. Для контроля температуры используется термопара, зажатая сбоку от образца или несущего устройства. Резервуар можно перемещать поперек нагревателя, что позволяет провести несколько анализов на одном неподвижном образце.

Блок нагревателя смонтирован на прогибах, которые неупруги к вертикальным воздействиям, но могут выдержать лишь небольшие горизонтальные силы. Сопротивление к движению по горизонтали оказывает пьезоэлектрический динамометрический датчик. С его помощью измеряется сила трения колебательного контакта.

Обогреваемый держатель образца и пьезоэлектрический динамометрический датчик установлены на фундаментальном основании. Это не только обеспечивает сейсмоизоляцию от колебаний установки, но также позволяет устанавливать и другие узлы и сборки, которые расширяют диапазон возможностей данной машины.

Измерение трения:

Для измерения силы трения используется пьезоэлектрический динамометрический датчик с обычной чувствительностью 43,5 пК/Н и диапазоном вывода, установленным в соответствии с предполагаемыми значениями силы трения в месте контакта. Максимальный уровень силы трения - ± 500 Н.

Для перевода регистрируемой силы в пропорциональное напряжение используется электрометрический усилитель. За ним установлен фильтр низких частот, который срезает верхние частоты от измерительной системы, что служит для подавления резонанса датчика. Конечное масштабирование сигнала для выходного напряжения происходит на втором усилителе.

При работе с высокими частотами (>1 Гц), усилитель заряда работает в связанном по переменному току режиме. Это исключает влияние дрейфа сигнала постоянного тока в течение продолжительных промежутков времени. Сигнал проходит через усилитель-преобразователь действующего тока в постоянное напряжение, и конечный результат является истинной средней силой трения. Мгновенный сигнал силы трения также можно увидеть на осциллографе или при записи данных с помощью дополнительного устройства TE 77/HSD.

При низкочастотном скольжении (<1 Гц), скачкообразном движении, однопроходном скольжении, работе с Адаптером импульсной подачи энергии для скольжения/качения усилитель заряда работает в Квазистатическом, связанном по постоянному току режиме. Это дает времена затухания сигнала вплоть до 100000 с, что достаточно велико по сравнению с обычным необходимым для измерения временем, при котором положение нуля не должно значительно меняться.

Электрическое измерение контактного сопротивления:

Несущее устройство движущегося образца электрически изолировано от ведущего вала и, следовательно, от неподвижного образца. Это позволяет приложить к контакту милливольтовую разность потенциалов при помощи схемы электрического контактного сопротивления Лунна-Фури. Сигнал напряжения поступает на усилитель-преобразователь действующего тока в постоянное напряжение, на выходе которого получается сглаженный по времени усредненный контактный потенциал.

Изменения данного напряжения служат индикаторами уровня контакта металлов, в предположении, что оба образца проводят электричество. Данное измерение может использоваться для наблюдения за образованием химических пленок из противозадирных и предотвращающих износ смазок, а также за разрушением диэлектрического слоя, покрытия или оксидной пленки.

Мгновенный сигнал силы трения также можно увидеть на экране осциллографа или при записи данных с помощью дополнительного устройства TE 77/HSD.

Измерение температуры:

Множество процессов износа зависят от температуры, среди них образование оксидной пленки на поверхности, изменения на уровне микроструктуры, образование и разрушение присадок к смазкам или других трибохимических пленок, плавление поверхности (критерий PV – произведение давления на скорость) или другие сбои, вызванные термическим воздействием.

Говоря более детально, износ происходит в результате съема энергии трения в месте контакта, который всегда связан с ростом температуры. Энергия трения зависит от нагрузки и скорости скольжения, а на ее рассеяние влияют другие условия контакта, включая размеры и относительную скорость.

В возвратно-поступательном контакте машины трения TE 77, скорости скольжения умышленно поддерживаются на низком уровне, чтобы минимизировать нагрев от трения и, в случае испытаний со смазкой, чтобы стимулировать граничную смазку. Минимизация нагрева от трения означает, что температуру контакта можно эффективно контролировать, управляя температурой объема неподвижного образца. Температура регистрируется термопарой, зажатой неподвижным образцом, а управление температурой осуществляется программно по ПИД-закону через ШИМ-инвертор.

Износ:

Машина трения TE 77 не измеряет данный параметр напрямую. Его определяют по размерам пятна износа на движущемся образце и по объемному износу на неподвижном образце. Небольшие размеры образцов позволяют поместить под сканирующий электронный микроскоп или использовать какой-либо другой анализ поверхности для подробного химического анализа поверхностных пленок.

С помощью дополнительного устройства TE 77/WEAR, можно вести непрерывную запись перемещений движущегося образца относительно неподвижного образца. Данные измерения можно использовать в качестве индикатора суммарного износа обеих поверхностей и для определения переходов от одного вида изнашивания к другому.

Управление и сбор данных:

Создание программных последовательностей и сбор данных с трибомашины TE77 осуществляется с помощью персонального компьютера. Для этих целей в установку встроен модуль последовательного интерфейса, управляемый с персонального компьютера через программное обеспечение COMPEND 2000 для операционной системы Windows. Хранение данных на жестком диске ведется файлах с форматами, совместимыми со стандартными программами обработки таблиц данных (.csv или .tsv).

Ход испытания задается при помощи последовательности этапов, каждый из которых содержит информацию о значениях регулируемых величин, скорости сбора данных и уровнях тревожных сообщений. Настройки регулируемых величин могут быть заданы как дискретно, так и линейно. Исполнение последовательности этапов измерения может быть прервано оператором или остановлено в случае возникновения тревожной ситуации. Также, настройки можно менять вручную, с помощью тумблеров на экране

Сравнительные преимущества:

Диапазон частот:

Максимальная частота машины трения TE 77 составляет 50 Гц. Необходимо отметить, что подавляющее большинство стандартов, относящихся к возвратно-поступательным трибомашинам, требуют частоты не более 50 Гц. Для конкурирующих трибомашин, основанных на электромагнитном приводе возвратно-поступательного движения, частота колебаний может доходить до 500 Гц, однако при этом амплитуда у них ниже, чем у ТЕ77. Максимальная длина пробега обычно составляет лишь 4 мм, и она не пригодна для исследования во всем диапазоне частот. В стандартной комплектации максимальная длина пробега в трибомашине ТЕ77 составляет 25 мм. При 50 Гц длина пробега составляет 5 мм, а уже при 30 Гц –15 мм.

Хотя длина пробега не оказывает значительного влияния на основные испытания по поведению смазок при трении и образовании химических пленок, длина пробега и, следовательно, длины пути скольжения имеет первостепенную важность при образовании следов износа. Также, необходимо упомянуть, что в стандарте ASTM G 133 указана длина пробега в 10 мм.

Образование следов износа:

Износ является прямой функцией длины пути скольжения, таким образом, скорость образования износа – прямая функция накопления пути скольжения.

При 25 мм длине пробега и 20 Гц: 60 м в минуту (TE 77)

При 15 мм длине пробега и 30 Гц: 30 м в минуту (TE 77)

При 4 мм длине пробега и 50 Гц:   24 м в минуту (TE 77)

При 4 мм длине пробега и 50 Гц:   24 м в минуту (Обычная электромагнитная трибомашина)

При 1 мм длине пробега и 100 Гц: 12 м в минуту (Обычная электромагнитная трибомашина)

Большая длина пробега машины трения TE 77 делает ее более эффективной в образовании следов износа по сравнению с устройствами с электромагнитным приводом.

Захват и продукты износа:

Способность движущегося образца к охвату всех частей неподвижного образца зависит от длины контакта, которая не должна превышать половины длины пробега. Другими словами, очевидно, что в случае использования других устройств с длиной контакта более 2 мм и длиной пробега 4 мм, центральная часть неподвижного образца будет находиться в постоянном контакте с частью движущегося образца. Это серьезно осложняет захват смазки, активацию поверхности и унос продуктов износа с поверхности контакта. Продукты износа могут оказаться в ловушки и начать вести себя, как нежелательное третье тело со своим механизмом износа. По данной причине, вышеупомянутые устройства не могут полностью удовлетворить требованиями к испытаниям по адгезионному износу для образцов с большой поверхностью контакта.

Коэффициент контакта:

Важным параметром контакта является распределение износа между двумя поверхностями контакта. Износ – это функция длины пути скольжения. В случае движущегося образца длина пути скольжения равна удвоенной длине пробега умноженной на число циклов. Для точки на неподвижном образце она равна удвоенной длине контакта умноженной на число циклов. Другими словами, износ движущегося образца зависит от общей длины пути скольжения, а износ неподвижного образца зависит от количества проходов и длины контакта. Из этого вытекает, что отношение износа между двумя поверхностями зависит от длины пробега и длины контакта. При моделировании реального трибологического контакта необходимо, чтобы данный коэффициент контакта мог быть описан правильной моделью.

Чтобы модель работала правильно, необходимо выбрать правильный масштаб длины контакта. В результате, чтобы смоделировать длину контакта 3 мм на моторе с 100 мм пробегом, при работе с 25 мм длиной пробега потребуется обеспечить длину контакта образца в 0,75 мм. При моделировании тех же условий на моделях с более короткой длиной пробега потребуется контакт в 0,09 мм, что практически невыполнимо.

Увеличенная длина пробега в трибомашине TE 77 обеспечивает возможность работы с большим диапазоном крупных скользящих образцов. Это в частности полезно при работе с образцами, срезанными с компонентов механических устройств. Зона испытаний хорошо доступна и имеет открытую конструкцию для разработки специальных захватов для образцов.

Сверхнизкие частоты:

При использовании простых взаимозаменяемых коробок передач машина трения TE 77 предоставляет возможность снизить частоту до минимального значения в 0,01 Гц. Для устройств с электромагнитными приводом наименьшая частота обычно составляет 1 Гц. Данный нижний предел скорости позволяет проводить на трибомашине ТЕ77 изучение скачкообразного скольжения и параметров зависимости износа от скорости (Стрибек) для смазок и материалов.

Стандартная конфигурация

TE 77/1000. Высокочастотная машина трения – 1000 Н.

С автоматическим регулированием нагрузки и настольным шкафом управления. Последовательный интерфейс для программируемого управления нагрузкой, частотой и температурой, а также для обработки данных на персональном компьютере. Включено программное обеспечение для среды Windows. Компьютер не входит в комплектацию.

Таблица. TE 77. Дополнительные устройства

Устройства для TE77
TE 77/WEAR

Для сухих испытаний и испытаний со смазкой с непрерывной регистрацией износа.
Используется совместно со стандартной баней для образца и нагревательным устройством.
Замена стандартной головки для образца.

TE 77/HSD Для записи мгновенной силы трения и сопротивления контакта
TE 77/LVDT Для регистрации положения образца
TE 77/HSD+TE 77/GB/20 Для построения кривой Стрибека (зависимость износа от скорости) при низких скоростях скольжения и скачкообразного скольжения.
Используется со стандартной головкой для образца и баней.
TE 77/HR Для испытаний поршневого кольца и втулки цилиндра при важности перепадов температуры.Заменяет стандартную головку для образца.
TE 77/INERT Преимущественно служит для сухих испытаний, когда важно контролировать состав внешней атмосферы.
Используется со стандартной головкой для образца и баней, а также с блоком TE 77/PELTIER.
TE 77/COOLER Для испытаний при пониженной температуре.
Замена стандартного блока нагревателя. Лучше использовать совместно с блоком TE 77/INERT.
TE 77/800C Для сухих испытаний и испытаний со смазкой при повышенной температуре.
Замена стандартной бани для образца и блока нагревателя.
TE 77/PUMP Для контролируемой подачи смазки к образам. Используется в стандартной конфигурации пары трения.
TE 77/PIEZO Для анализа коррозионного истирания с постоянным изменением длины пробега.
Замена стандартной головки для образца и узла возвратно-поступательного привода.
TE 77/PD Для перехода от возвратно-поступательного скольжения к конфигурации игла на диске.
Замена стандартной головки для образца, бани для образца и блока нагревателя.
TE 77/EP Для испытаний со смазкой, включающих комбинацию скольжения и качения, с переменной средой смазочного материала.
Замена стандартной головки для образца, бани для образца и блока нагревателя.
TE 77/LLA + TE 77/TB Для испытания смазочных характеристик двигательного топлива.
Замена стандартной головки для образца, наилучшие результаты с блоком TE 77/CAM/1.
TE 77/PLA Для испытания смазок при повышенном давлении
TE 77/MW Для исследования взаимодействия кольцевых канавок.
Замена стандартной головки для образца, бани для образца и блока нагревателя.
TE 77/SRVF+B+C Для испытания на образцах со стандартными размерами для проведения испытания Optimol SRV.
Замена стандартной головки для образца и бани.
   

Таблица. ТЕ 77. Технические характеристики

Технические характеристики TE77

Конфигурация контакта

Шарик на пластине (Точечный контакт)
Цилиндр на пластине (Линейный контакт)
Плоский контакт

Возможные конфигурации

Поршневое кольцо и втулка цилиндра
Пары трения для анализа топлив по ISO

Диапазон нагрузки

от 5 до 1000 Н

Скорость изменения нагрузки

50 Н/с

Диапазон температур

От комнатной до 600°C

Мощность нагревателя

800 Вт

Датчик температуры

Термопара. Тип К

Диапазон частот

от 2 до 50 Гц

Длина пробега

см. отдельную таблицу

Разность потенциалов в зоне контакта

Постоянный ток, 50 мВ

Преобразователь трения

Пьезоэлектрический

Диапазон сил

от - 500 до 500 Н

Пластинчатый образец

Обычно: 38 мм x 58 мм x 4 мм (толщина)

Точечный контакт

Шарики диаметром 6 мм и 10 мм

Линейный контакт

Штырек диаметром 6 мм и длиной 16 мм

Плоский контакт

Диск диаметром 12 мм и толщиной  4 мм

Интерфейс

Модуль последовательного подключения SLIM 2000

Программное обеспечение

COMPEND 2000

Двигатель

1,1 кВт переменного тока, принудительное воздушное охлаждение, АЦП с 2048 импульсами на оборот

Электропитание

220/240В, одна фаза, 50 Гц, 3,2 кВт

Компьютер

Pentium P4 1,2 ГГц, 128 Мб опер. памяти, 500 Мб на жестком диске, CD ROM, Порт RS 232, Windows 2000, XP, XP Professional и выше

Габариты напольного агрегата

Размеры: 900 мм x 900 мм x 600 мм (высота)
Масса: 250 кг

Настольный шкаф управления

Размеры: 530 мм x 420 мм x 400 мм
Масса: 40 кг

Размеры упаковки

Объем: 1,33 м3
Вес-брутто: 410 кг
Вес-нетто: 310 кг

Таблица. ТЕ 77. Длина пробега для различных кулачков

Длина пробега

Непрерывно регулируемый кулачок от 0 до 12,5 мм

Угол поворота, о

Минимум, мм

Максимум, мм

0

0,00

2,00

18

1,04

3,04

36

2,65

4,65

54

4,25

6,25

72

5,75

7,75

90

7,09

9,09

108

8,24

10,24

126

9,17

11,17

144

9,85

11,85

162

10,26

12,26

180

10,40

12,40

Дискретный кулачок, от 0 до 12,5 мм

Угол поворота, о

Номинальный пробег, мм

0

0,00

18

1,94

36

3,83

54

5,63

72

7,29

90

8,77

108

10,03

126

11,05

144

11,79

162

12,25

180

12,50

Дискретный кулачок, от 12,5 до 25 мм

Угол поворота, о

Номинальный пробег, мм

0

12,50

18

13,05

36

14,26

54

15,97

72

17,89

90

19,80

108

21,54

126

23,00

144

24,09

162

24,77

180

25,00

Таблица. ТЕ 77. Расходные материалы

Расходные материалы

TE 77/13

Коробка с пятью плоскими пачками миллиметровой бумаги и три ручки

TE 77/P

Шарики диаметром 6 мм в держателях. 100 шт.

TE 77/L

Стержни длиной 16 мм и диаметром 6 мм. 100 шт. Материал: азотированная сталь.

TE 77/A

Плоские контакты диаметром 12 мм

TE 77/A1

Мягкая сталь. 5 шт.

TE 77/A2

Фосфористая бронза. 5 шт.

TE 77/S

Образцы для скачкообразного движения

TE 77/S1

Листовая сталь. 5 шт.

TE 77/S2

Фосфористая бронза. 5 шт.

TE 77/F

Неподвижные образцы (сертификация жесткости и шероховатости)

TE 77/F1

Закаленная листовая сталь. 5 шт.

TE 77/F2

Чугун. 5 шт.

TE 77/F3

Прокаленная листовая сталь. 5 шт.

TE 77/EPR1

Валики для импульсного адаптера. 5 шт.

TE 77/EPR2

Цилиндры для импульсного адаптера. 5 шт.

TE 77/ISO

Шарик и пластина для определения смазывающей способности топлив по ISO. 100 шт.

Остались вопросы? Задайте их нам