Устройство для оценки противоизносных свойств смазочных материалов, работающих в условиях граничной смазки

 

Использование: в испытательной технике, в частности в устройствах для оценки противоизносных свойств смазочных материалов, например в поляриметрах. Сущность изобретения: поляриметр содержит источник света и последовательно установленные монохроматический фильтр, поляризатор, непрерывно вращающуюся четвертьволновую пластинку и два анализатора. В этом случае поляризованный свет с помощью полупрозрачного и непрозрачного зеркал разбивается на два луча, первый из которых проходит через ячейку со смазочным материалом, представляющую собой две плоскопараллельные пластины, а второй - через такую же ячейку, но заполненную воздухом. С помощью фазометра после преобразования лучей в электрические сигналы определяют относительный сдвиг фаз, набегающий при прохождении первого луча через ориентационно-упорядоченные граничные слои молекул смазочного материала и второго луча, который является эталоном. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при сравнительных испытаниях различных смазочных материалов, при выборе смазочного материала для узла трения, выполненного из конкретных конструкционных материалов, а также в машиностроении для диагностирования технического состояния смазочных материалов, эксплуатируемых в составе систем смазывания машин и механизмов.

Правильный выбор смазочного материала является первостепенным фактором, определяющим долговечность узлов трения машин и механизмов. Поэтому разработка методов и средств для оценки противоизносных свойств смазочных материалов, работающих в условиях граничной смазки, является актуальной задачей при конструировании узлов трения и задании им режимов работы.

Известно устройство для определения ориентационной упорядоченности молекул смазочных материалов, образующих граничные слои на твердой подложке, путем измерения эффекта двойного лучепреломления светового луча, прошедшего через смазочный материал, помещенный между двумя плоскопараллельными пластинами. Данное устройство представляет собой поляриметр, содержащий источник света и расположенные вдоль оптической оси монохроматический фильтр, поляризатор, четвертьволновую пластинку и анализатор.

Степень ориентационной упорядоченности молекул в граничных смазочных слоях оценивалась по сдвигу фаз ( δ ) между компонентами пучка света, поляризованными параллельно и перпендикулярно плоскости падения (Е_р, Е_s). В свою очередь сдвиг фаз ( δ) определяется по значению угла поворота (азимута погасания) четвертьволновой пластинки от исходного положения, минимизирующего интенсивность света на выходе из оптической системы.

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность измерений сдвига фаз ( δ) при малых расстояниях между пластинами (5-10 мкм), где находится смазочный материал, а также невозможность автоматического учета эллиптической поляризации, связанной с многократным отражением света от металлических пластин.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков путем повышения точности измерений, а также автоматического учета эффекта эллиптической поляризации.

Цель достигается благодаря тому, что для оценки противоизносных свойств смазочных материалов, работающих в условиях граничной смазки, используют поляриметр, содержащий источник света и последовательно установленные монохроматический фильтр, поляризатор, непрерывно вращающуюся четвертьволновую пластинку и два анализатора, в котором поляризованный свет с помощью полупрозрачного и непрозрачного зеркал разбивается на два дуча, первый из которых проходит через ячейку со смазочным материалом, представляющую собой две плоскопараллельные металлические пластины, а второй - через такую же ячейку, но заполненную воздухом, и с помощью фазометра после преобразования лучей в электрические сигналы определяют относительный сдвиг фаз, набегающий при прохождении первого луча через ориентационно-упорядоченные граничные слои молекул смазочного материала и второго луча, который является эталоном.

На фиг. 1 приведена схема устройства.

Устройство состоит из источника 1 света, монохроматического фильтра 2, поляризатора 3, полупрозрачного зеркала 4, непрозрачного зеркала 5, термостатированной ячейки 6, в которой помещена пара плоскопараллельных пластин 7, в пространстве между которыми находится смазочный материал, двух плоскопараллельных пластин 8, в пространстве между которыми находится воздух, четвертьволновой пластинки 9, которая вращается с помощью электродвигателя 10, двух анализаторов 11 и 12, двух фотоприемников 13 и 14, фазометра 15.

Работает устройство следующим образом.

Свет от источника 1 направляется на монохроматический фильтр 2 и далее на поляризатор 3. Выходщий из поляризатора линейно-поляризованный пучок света направляется на полупрозрачное зеркало 4, где разбивается на два луча. Луч I проходит через исследуемый смазочный материал, находящийся в ячейке между двумя плоскопараллельными пластинами 7, и далее направляется на четвертьволновую пластинку 9, вращающуюся с помощью электродвигателя 10. После четвертьволновой пластинки луч I проходит через анализатор 11 и далее поступает на фотоприемник 13, где преобразуется в электрический сигнал I^I.

Луч II с помощью непрозрачного зеркала 5 направляется в воздушное пространство между плоскопараллельными пластинами 8. Тем самым учитывается эллиптическая поляризация при отражении луча от металлических поверхностей пластин. Таким образом, луч II является эталоном.

Плоскопараллельные пластины 7 и 8 находятся в диагональном положении по отношению к скрещенным (90^о) поляризатору 3 и анализаторам 11 и 12. Прошедший между пластинами 8 луч II также направляется на вращающуюся четвертьволновую пластинку 9 и далее на анализатор 12 и фотоприемник 14, где преобразуется в электрический сигнал II'. Далее электрические сигналы I' и II' поступают на вход фазометра 15, где происходит их суммирование.

Таким образом, показания фазометра 15 соответствуют относительному сдвигу фаз δ при прохождении луча I через ориентационно-упорядоченные граничные слои молекул смазочного материала и луча II, проходящего в воздухе, который является эталоном (т.е. δ = δ_I - δ_II , см. фиг. 2).

При испытании опытного образца устройства в качестве источника света использовалась ртутная лампа СВДШ-100, дававшая ламбертовский, частично коллимированный пучок света с угловой расходимостью ≈ 5^о. Монохроматизация осуществлялась с помощью фильтра 2 с длиной волны λ= =0,5461 мкм. Поляризатор 3 и анализаторы 11, 12 представляли собой призмы Николя. В качестве зеркал 4 и 5 использовались стандартные полупрозрачное и непрозрачное зеркала. Термостатированная ячейка 6 была изготовлена из листовой латуни толщиной 0,5 мм. Для прохождения линейно-поляризованного света, в ячейке имелись специальные окна со вставленными в них тонкими покровными стеклами 16. В ячейку подавалась вода заданной температуры от термостата. В качестве плоскопараллельных пластин 7 и 8 использовались образцы из стали 38Х2МЮА. Четвертьволновая пластинка 9 представляла собой компенсатор Сенармона и была изготовлена из слюды. Вращение четвертьволновой пластинки 9 осуществлялось с помощью электродвигателя 10 марки КД6-4. В качестве фотоприемников 13 и 14 использовались два элемента ФЭУ18 с рабочим напряжением 800В и чувствительностью 2 ^.10⁶ мкА/лм. Фазометром служил промышленный прибор ФК2-12.

Предлагаемое устройство просто по конструкции и может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГРАНИЧНОЙ СМАЗКИ, включающее оптически связанные и последовательно расположенные на оптической оси источник излучения, монохроматический фильтр, поляризатор, две металлические плоскопараллельные пластины, установленные с возможностью нанесения между ними смазочного материала и расположенные так, что оптическая ось проходит между пластинами, выполненную с возможностью вращения четвертьволновую пластину, анализатор и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности оценки, устройство содержит полупрозрачное зеркало, установленное на оптической оси после поляризатора по ходу излучения, оптически связанные с полупрозрачным зеркалом отражающее зеркало, дополнительные поляризатор, две дополнительные плоскопараллельные металлические пластины с воздушным зазором между ними, анализатор и фотоприемник, причем четвертьволновая пластина установлена так, что находится между дополнительными пластинами и анализатором, при этом дополнительные пластины выполнены так, что условия отражения от металла между двумя парами пластин совпадают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2