Спосіб вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя при високих швидкостях ковзання

Реферат: Спосіб вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя включає навантаження плоского контртіла сферичним індентором, що обертається навколо своєї осі відносно контртіла під нормальним навантаженням і заглиблюється в контртіло. Вимірювання проводять при високих швидкостях ковзання. При цьому використовують жорстку схему навантаження контртіла індентором, при якій положення індентора відносно контртіла по нормалі один до одного зберігають незмінним. Положення індентора відносно контртіла визначають початковим заглибленням індентора в контртіло. UA 86373 U (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ МОЛЕКУЛЯРНОЇ СКЛАДОВОЇ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ ПРИ ВИСОКИХ ШВИДКОСТЯХ КОВЗАННЯ UA 86373 U UA 86373 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до випробувальної техніки, зокрема до способів визначення коефіцієнтів тертя і їх складових. Відомий спосіб дослідження адгезійної взаємодії, який здійснюється наступним чином: два плоскопаралельних зразка (з високою точністю і чистотою контактуючих поверхонь) стискають індентор під дією нормального навантаження. Ця сила регулюється за рахунок вантажу, що приєднується до рукоятки механічного преса. Обертання індентора відбувається під час навантаження. Нагрівання зони контакту зразків та індентора здійснюють електроконтактним способом (див. RU 34249 U1 G01N 19/02, 2003 p.). Недоліком даного способу є визначення величини молекулярної складової коефіцієнта тертя в умовах нульової швидкості ковзання, що не відповідає реальним умовам тертя в процесі різання. Існує інший спосіб вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя. Указаний спосіб прийнятий за прототип (див. SU 1797009 А1 G01N 3/58, 1993 p.). Спосіб характеризується м'якою схемою навантаження і передбачає навантаження симетрично розміщених плоских контрзразків, між якими розміщений індентор під одним і тим же нормальним навантаженням з подальшим поворотом індентора на один і той же кут, та за допомогою вимірювання моменту опору індентора повороту визначають дотичні напруження тертя в заданих момент часу. Під дією постійної за величиною нормальної сили процес заглиблення мікронерівностей в контртіло повторюється, хоча і на меншу глибину. З кожним циклом фактична площа контакту і пластична деформація поверхні збільшуються. Весь процес супроводжується руйнуванням поверхні. У деякий момент часу досягається рівновага, що характеризується стабілізацією фактичної площі контакту, але постійним руйнуванням поверхні контртіла - внутрішнім тертям. Недоліком даного способу є неможливість забезпечення стабілізації фактичної площі контакту при відсутності руйнування поверхні контртіла (внутрішнього тертя), що істотно знижує точність вимірювання молекулярної складової сили тертя ковзання і дає лише наближену кількісну оцінку молекулярної складової сили тертя ковзання на передній поверхні. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя, в якому шляхом використання жорсткої схеми навантаження плоского контртіла сферичним індентором забезпечується одночасний контроль нормальної сили і моменту тертя та підвищення точності вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя, за рахунок чого можливе визначення параметрів динамічної взаємодії матеріалів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя, що включає навантаження плоского контртіла сферичним індентором, який обертається навколо своєї осі відносно плоского контртіла під нормальним навантаженням і заглиблюється в контртіло, згідно з корисною моделлю, вимірювання проводять при високих швидкостях ковзання, при цьому використовують жорстку схему навантаження, при якій положення індентора відносно контртіла по нормалі один до одного зберігають незмінним, причому положення індентора відносно контртіла визначають початковим заглибленням індентора в контртіло. Використання способу з жорсткою схемою навантаження, яка характеризується навантаженням індентора із збереженням його постійного положення відносно контртіла по нормалі один до одного за рахунок самовідновлення первинного положення системи (верстата), тому подальшого заглиблення мікронерівностей індентора у зміцнену поверхню контртіла на глибину, здатну викликати руйнування поверхні, не виникає і спостерігається процес ковзання з незмінною фактичною площею контакту, нормальною силою і силою тертя. Цей стан триває до моменту втрати поверхнею контртіла здатності чинити опір руйнуванню через накопичення ушкоджень. Індентор обертається навколо своєї осі безперервно протягом усього навантаження, в результаті чого вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя відбувається в умовах високих швидкостей ковзання, що відповідає реальним умовам тертя в процесі різання. Суть способу пояснюється кресленням, де схематично показаний загальний вигляд пристрою для його здійснення, що містить стіл 1 верстата, шпиндель 2, динамометр 3, плоске контртіло 4, оправку 5, сферичний індентор 6. Спосіб здійснюється таким чином. На столі 1 вертикально-фрезерного верстата 6Р12 співвісно з віссю шпинделя 2 встановлюють вимірювальний пристрій (спеціальний динамометр) 3, що дозволяє одночасно вимірювати нормальну до його базової площини силу і крутний момент. Вибір базової системи для реалізації способу обумовлений необхідністю забезпечення високої жорсткості навантажувального механізму в напрямку осі дії нормальної сили з можливістю одночасного 1 UA 86373 U 5 10 15 20 обертання навколо цієї ж осі. Жорсткість використаного верстата становила Jz=55 мкм/кН. На базову поверхню динамометра 3 встановлюють контртіло 4 у вигляді пластини товщиною не менше 5 мм з паралельними бічними поверхнями. У цанговому патроні закріплюють оправку 5 з конічним центровим отвором, який зроблений для зменшення биття разом з оправкою безпосередньо на фрезерному верстаті. Індентор 6 у вигляді полірованої сфери діаметром Ø 6÷9 мм з відхиленням від круглості не більше 5 мкм, заздалегідь знежиреної спиртом і обробленої активованим вугіллям, розміщують між поверхнею контртіла 4, обробленого аналогічним способом, і конічної оправкою 5. Нормальне навантаження плоского контртіла 4 сферичним індентором 6 здійснюють переміщенням консолі верстата 1 вгору вздовж осі z. Базування сферичного індентора 6 здійснюють по конічній поверхні центрового отвору. Нормальну силу навантаження контролюють динамометром 3. Індентор 6 обертається навколо своєї осі відносно плоского контртіла безперервно протягом всього навантаження зі швидкістю обертання шпинделя, в результаті чого процес ковзання індентора і плоского контртіла відбувається при високих швидкостях. Момент, що обертає індентор 6, передається через контактну поверхню «оправка-сфера», радіус якої в кілька разів більше радіуса, що утворюється на контртілі 4 лунки. У перші моменти часу при жорсткому навантаженні плоского контртіла 4 сферичним індентором 6 відбувається пластична деформація поверхневих шарів плоского контртіла 4, після початкового заглиблення індентора 6 його положення відносно контртіла 4 по нормалі один до одного зберігають незмінним. Вимірювання моменту тертя проводять при частоті обертання шпинделя n=31,5 об./хв. Мала частота обертання виключає розігрів контактної поверхні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб вимірювання молекулярної складової коефіцієнта тертя, що включає навантаження плоского контртіла сферичним індентором, що обертається навколо своєї осі відносно контртіла під нормальним навантаженням і заглиблюється в контртіло, який відрізняється тим, що вимірювання проводять при високих швидкостях ковзання, при цьому використовують жорстку схему навантаження контртіла індентором, при якій положення індентора відносно контртіла по нормалі один до одного зберігають незмінним, причому положення індентора відносно контртіла визначають початковим заглибленням індентора в контртіло. 2 UA 86373 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3