СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ Российский патент 2011 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к трибологии, в частности к методам прогнозирования износостойкости конструкционных материалов, и может быть использовано в машиностроении при выборе и оценке работоспособности конструкционных материалов.

В трибологии под износостойкостью понимают обратную величину скорости или интенсивности линейного изнашивания. Износостойкость материалов оценивается также по степенной зависимости интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления (Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. - Киев: Наук. думка, 1979. - 188 с.: Справочник по трибонике / Под общ. Ред. М.Хебды, А.В.Чичинадзе. T.1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.).

Аналогом предлагаемого способа является способ испытания на абразивное изнашивание, изложенный в ГОСТ 17367-71. Способ заключается в том, что производят трение испытуемого и эталонного образцов о поверхность с закрепленными на ней абразивными частицами (абразивную шкурку) при статической нагрузке и отсутствии нагрева. Изношенные образцы измеряют или взвешивают и полученные результаты сравнивают.

Известен способ оценки относительной износостойкости материала (RU 2315284 С1). Для этого используются образцы с постоянной площадью поперечного сечения цилиндрической формы или в виде прямоугольного параллелепипеда, которые подвергаются трению торцовой стороны о прямолинейную плоскую поверхность. Номинальная площадь контакта при этом остается постоянной независимо от величины износа. Интенсивность линейного изнашивания рассчитывается по кривым накопления линейного износа, построенным при различных нормальных напряжениях и скоростях скольжения, на основании которых вычисляется степенная зависимость интенсивности изнашивания от нормального давления в виде:

где I - интенсивность линейного изнашивания; q - номинальное нормальное давление; K, р - постоянные, зависящие от материала пары трения и условий контактного взаимодействия.

Недостатком этих способов является длительность и трудоемкость проведения эксперимента, так как при каждой нормальной нагрузке требуется периодическое измерение линейного износа, что связано с остановкой процесса, и построение кривой накопления износа во времени.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому способу является способ определения относительной износостойкости, позволяющий сравнивать износостойкость различных конструкционных материалов, который заключается в следующем. Образцы конической или пирамидальной формы, которые трутся вершинами о плоскую поверхность. Износостойкость материала в этом случае оценивается по ширине площадки износа при трении за один и тот же период времени при одной и той же постоянной силе нормального давления. При одной и той же продолжительности процесса трения чем меньше ширина площадки износа, тем выше износостойкость материала (Борисов М.В., Павлов И.А., Постнов В.И. Ускоренные испытания на износостойкость как основа повышения их качества. М..: Изд-во стандартов, 1976, 352 с.).

Недостатком этого метода является то, что он определяет только относительную износостойкость и не позволяет использовать полученные эмпирические зависимости для расчета и прогнозирования работоспособности узлов трения.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения эмпирической степенной зависимости интенсивности изнашивания как функции нормального давления (1), которую можно использовать при расчете и прогнозировании работоспособности узлов трения. Указанная задача решается следующим образом.

На фиг.1 представлены схемы трения образцов конической (фиг.1а), пирамидальной (фиг.1б) и призматической (фиг.1в) формы по плоской поверхности. Образцы подвергают изнашиванию, в результате чего происходит потеря массы образца и его укорочение на величину линейного износа h и образование площадки износа, параллельной плоскости трения, шириной D. По мере развития линейного износа А увеличивается нормальная площадь контакта образца с поверхностью трения, приводящая к снижению номинального нормального давления.

Периодически производят измерение ширины площадки износа D через определенный промежуток времени, на основании которых вычисляют h и q по формулам (2…4).

Вычисляют суммарную величину линейного износа, зная геометрические характеристики образца по ширине износа, площадь площадки износа и номинальное нормальное давление. Расчетные формулы представляют:

- для конического образца

- для пирамидального образца

- для призматического образца

На фиг.2 представлены временные изменения номинального нормального давления (фиг.2а) и суммарной величины линейного износа (фиг.2б).

На основании математической обработки полученные графики представляют в виде степенных зависимостей

где C_q, C_h, n, m - эмпирические постоянные; t - время процесса.

Из выражения (5) получают зависимость скорости изнашивания как функции времени процесса

где i_h - скорость изнашивания.

На основании выражения (5) и (7) получают уравнение скорости изнашивания как функции нормального давления

где ; .

Из выражения (8) окончательно получают степенную зависимость интенсивности изнашивания от нормального давления

Изобретение относится к трибологии, в частности к методам прогнозирования износостойкости конструкционных материалов, и может быть использовано в машиностроении при выборе и оценке работоспособности конструкционных материалов. Технический результат - получение эмпирической степенной зависимости интенсивности изнашивания как функции нормального давления, которую можно использовать при расчете и прогнозировании работоспособности узлов трения. Образцы конической, пирамидальной или призматической формы заданной геометрии трутся вершиной о плоскую поверхность. В результате изнашивания происходит укорочение образца на величину линейного износа и образуется площадка износа, параллельная плоскости трения, при этом номинальное нормальное давление уменьшается по мере роста ширины площадки износа. Зная геометрические характеристики образца по ширине износа, вычисляют суммарную величину линейного износа, площадь площадки износа и номинальное нормальное давление. Износостойкость определяется на основании временной зависимости линейного износа и номинального нормального давления, на основании которых вычисляют эмпирическую зависимость интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления в виде: I=K·q^p, где I - интенсивность линейного изнашивания; q - номинальное нормальное давление; К, р - постоянные, зависящие от материала пары трения и условий контактного взаимодействия. 2 ил.

Способ определения износостойкости конструкционных материалов, заключающийся в том, что образец конической, пирамидальной или призматической формы осуществляет трение вершиной о плоскую поверхность при постоянных нормальной нагрузке и скорости скольжения, отличающийся тем, что износостойкость определяется на основании временной зависимости линейного износа и номинального нормального давления, на основании которых вычисляют эмпирическую зависимость интенсивности изнашивания как функции номинального нормального давления в виде I=K·q^p,
где I - интенсивность линейного изнашивания;
q - номинальное нормальное давление;
K, р - постоянные, зависящие от материала пары трения и условий контактного взаимодействия.