Способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала

 

Изобретение может быть использовано в машиностроении для фрикционных характеристик поверхностей материалов, в частности коэффициента трения покоя поверхностных слоев. Способ включает в себя установку измерительного щупа на поверхность образца в одной точке и фиксацию момента сдвига измерительного щупа относительно образца. Образец устанавливают с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Измерительный щуп устанавливают с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях. Затем измерительный щуп нагружают и перемещают образец в паре со щупом до их взаимного сдвига. Затем рассчитывают величину линейного перемещения образца как разность конечного ₂ и начального ₁ показаний на шкале микрометрического винта. Коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле: f = P/G/L, где P - вес измерительного щупа; = ₂-₁ -величина линейного перемещения образца; G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп; L - длина гибких связей. Изобретение решает задачу расширения возможностей и повышения точности определения коэффициента трения при очень малых нагрузках. 2 ил.

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано в машиностроении для определения фрикционных характеристик поверхностей материалов, в частности коэффициента трения покоя поверхностных слоев.

Известен способ определения коэффициента трения покоя, заключающийся в том, что образец свободно устанавливают на внутренней поверхности полого цилиндра и нагружают, вращают цилиндр относительно центральной оси и фиксируют момент сдвига образца и соответствующий этому моменту угол поворота цилиндра а, по величине которого рассчитывают коэффициент трения покоя. (L.J. Bredell, L. B. Jonson, Jr. and D. Kulmann-Wilsdorf. Teaming measurement of the coefficient of frictioh and of contact resistance as a tool for the investigation of sliding interfaces. Wear, v. 120, N 2, 1987, p.161-173).

Недостатком данного способа является невозможность его использования для определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев при малых нагрузках, меньших веса образца.

Наиболее близким к заявляемому относится способ определения химической чистоты поверхности образца с использованием измерительного щупа, заключающийся в определении силы трения между поверхностью образца и измерительного щупа в момент его отрыва от образца, причем используют щуп, контактирующий в одной точке с поверхностью образца, например, диск или шарик. Исследуемый образец закрепляют на предметном столике, устанавливают щуп на поверхности образца, постепенно увеличивают тяговое усилие, фиксируют момент сдвига и замеряют показания динамометра и сравнивают с показаниями динамометра по эталонной модели /А.с. N 188106, кл. 42 K 38/2, БИ N 21, 1996 год/.

Недостатками способа являются: - невозможность его использования для измерения собственно коэффициента трения, - необходимость сравнения результатов с измерениями на эталонном образце, - ограничение точности измерения точностью тарировки динамометра, что приводит к погрешностям, если измерения выполнять при малых нормальных нагрузках в контакте щупа и образца.

Задачей создания предлагаемого изобретения явилось повышение точности определения коэффициента трения при очень малых нагрузках, особенно при решении вопросов моделирования фрикционного взаимодействия на единичном контакте, при исследовании процессов в тонких пленках на поверхностях трения.

Поставленная цель достигается тем, что по способу определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя образца с использованием измерительного щупа, контактирующего в одной точке с поверхностью образца, и фиксации момента сдвига измерительного щупа относительно образца, образец устанавливают с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, измерительный щуп подвешивают над образцом на длинных гибких связях с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости, приводят измерительный щуп в контакт с образцом, нагружают его и сообщают образцу горизонтальное перемещение, а коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле: где P - вес измерительного щупа; = ₂-₁ величина линейного перемещения образца; G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп; L - длина гибких связей.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид прибора для реализации способа; на фиг.2 - схема измерения на данном приборе коэффициента трения по предлагаемому способу.

Способ реализуется в устройстве, состоящем из укрепленного на основании 1 предметного столика 2, на котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости установлен держатель образца 3 с образцом 4; кронштейна 5 с жестко закрепленным в нем приводом линейного перемещения, выполненного в виде микрометрического винта 6; стойки 7 с закрепленной на ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости балки 8. На балке 8 при помощи ползуна 9 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости укреплена траверса, выполненная в виде стержня 10 с закрепленной на противоположных концах ее гибкой связи 11. Крестообразная балка состоит из двух взаимно перпендикулярных стержней 12 и 13, подвешена на гибкой связи 11, пропущенной через полый стержень 12, равный своей длиной и параллельный стержню 10 траверсы. На противоположных концах стержня 13 установлены измерительный щуп 14 с грузом 15 и противовес 16 измерительного щупа.

Способ работает следующим образом. Образец 4 устанавливают на поверхность держателя образца 3. Держатель образца 3 устанавливают так, что он одной стороной упирается в шток привода линейного перемещения 6 (микрометрический винт), и фиксируют начальное показание ₁ по шкале микрометрического винта 6. Перемещая противовес 16 измерительного щупа 14 приводят крестообразную балку в равновесие относительно оси, проходящей через точки ее подвеса на гибких связях 11. Перемещая балку 8 по стойке 7, приводят измерительный щуп 14 в соприкосновение с образцом 4 в выбранной точке. Затем нагружают измерительный щуп 14 грузом 15 и, плавно вращая головку микрометрического винта 6, перемещают держатель образца 3 вместе с образцом 4 в горизонтальной плоскости. В результате действия силы трения F измерительный щуп 14 перемещается вместе с образом 4, а гибкие связи 11, на которых подвешен измерительный щуп 14, отклоняются от вертикального положения до тех пор, пока горизонтальные составляющие сил реакции нитей не превысят значение силы трения покоя F между поверхностями образца 4 и измерительного щупа 14 и не произойдет сдвиг образца 4 и измерительного щупа 14 относительно друг друга. В этот момент прекращают перемещение держателя образца 3 и фиксируют конечное значение ₂ и определяют величину линейного перемещения A - A', равную = ₂-₁ (см. фиг.2), вычисляемую как разность конечного ₂ и начального ₁ показаний на шкале микрометрического винта 6. Коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле:
где P - вес измерительного щупа;
= ₂-₁ - величина линейного перемещения образца;
G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;
L - длина гибких связей.

Изобретение найдет свое применение в лабораторных условиях для измерения коэффициента трения покоя.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала, заключающийся в установке измерительного щупа на поверхность образца в одной точке и фиксации момента сдвига измерительного щупа относительно образца, отличающийся тем, что образец устанавливают с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, измерительный щуп устанавливают с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях, затем нагружают измерительный щуп и перемещают образец в паре со щупом до их взаимного сдвига, рассчитывая величину линейного перемещения образца как разность конечного ₂ и начального ₁ показаний на шкале микрометрического винта, а коэффициент трения покоя рассчитывают по формуле

где P - вес измерительного щупа;
= ₂-₁ - величина линейного перемещения образца;
G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп;
L - длина гибких связей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2