СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ПОКОЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МАТЕРИАЛА Российский патент 2025 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов и покрытий, в частности к области исследования их трибологических свойств. Изобретение может быть использовано преимущественно для определения коэффициента трения покоя элементов в машиностроительной, авиационной, энергетической и сельскохозяйственной отраслях производства.

Известны различные способы и технические решения определения коэффициента трения: способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала [Патент RU МПК.: G01N 19/02 №2150688 С1 от 10.06.2000 г. Бюл. №16], способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя материала [Патент RU МПК.: G01N 19/02 №2308706 С1 от 20.10.2007 г. Бюл. №29], способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала [Патент RU МПК.: G01N 19/02 №2525585 С1 от 20.08.2014 г. Бюл. №23],

В качестве прототипа изобретения взят способ определения коэффициентов трения покоя и скольжения [Патент RU МПК.: G01N 19/02 №2727330 от 21.07.2020 г. Бюл. №21], заключающийся в том, что один из образцов изготавливают с прямолинейной рабочей поверхностью и закрепляют неподвижно, подвижный образец устанавливают на рабочую поверхность неподвижного образца с возможностью скольжения вдоль нее, к подвижному образцу шарнирно присоединяют тягу, второй конец которой также шарнирно соединяют с тяговым механизмом, способным с необходимым усилием перемещать присоединенный к нему конец тяги в направлении, перпендикулярном направлению относительного перемещения подвижного образца, малыми шагами сдвигают подвижный образец относительно неподвижного, постепенно увеличивая угол наклона тяги относительно направления перемещения тягового механизма, убирают после каждого шага приложенное для сдвига подвижного образца усилие и определяют наибольшее значение угла наклона тяги, после достижения которого очередной сдвиг подвижного образца сопровождается его скольжением в обратном направлении, измеряют угол наклона тяги, при котором обратное скольжение подвижного образца прекратилось, по значению угла определяют коэффициент трения покоя и коэффициент трения скольжения.

Недостатком способа является относится низкая точность определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя материала образцов.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала и обеспечение возможности непосредственного определения коэффициента трения при заданных контактных давлениях, приходящихся на образец.

Для достижения указанного техцического результата в предлагаемом способе определения коэффициента трения у образцов, выполненных с прямолинейной рабочей поверхностью, основанный на их горизонтальном смещении посредством шарнира, шарнирной опоры и тяговых механизмов, при этом шарнирный механизм устанавливают сверху образца, находящегося на опорной поверхности, а шарнирную опору устанавливают в вертикальной плоскости, соединяют их посредством первого тягового механизма длинной затем посредством второго тягового механизма, длина которого на шарнирной опоре подвешивают груз, масса m которого зависит от величины удельного давления, необходимого создать по всей площади S исследуемой поверхности образца, и посредством третьего тягового механизма, выполненного из материала, коэффициент Пуассона которого выше чем у тяговых механизмов длиной уравновешивают создаваемую нагрузку, рассчитывают давление, приходящее на образец от груза по формуле где g - ускорение свободного падения, прикладывают внешнее давление Pi к торцевой поверхности образца с целью его перемещения по опорной поверхности, и используя значения давлений (внешнего и приходящегося на образец от груза) определяют коэффициент трения покоя.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что шарнирный механизм устанавливают сверху образца, находящегося на опорной поверхности, а шарнирную опору устанавливают в вертикальной плоскости, соединяют их посредством первого тягового механизма длинной затем посредством второго тягового механизма, длина которого на шарнирной опоре подвешивают груз, масса m которого зависит от величины удельного давления, необходимого создать по всей площади S исследуемой поверхности образца, и посредством третьего тягового механизма, выполненного из материала, коэффициент Пуассона которого выше чем у тяговых механизмов длиной уравновешивают создаваемую нагрузку, рассчитывают давление, приходящее на образец от груза по формуле где g - ускорение свободного падения, прикладывают внешнее давление P₁ к торцевой поверхности образца с целью его перемещения по опорной поверхности, и используя значения давлений (внешнего и приходящегося на образец от груза) определяют коэффициент трения покоя.

Сущность способа поясняется фигурой, на которой изображена схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ: 1 - образец, 2 - опорная поверхность, 3 - вертикальная плоскость; 4 - шарнир; 5 - шарнирная опора, 6, 7, 8 - тяговые механизмы, 9 - груз.

Назначение элементов устройства, приведенных на фигуре, следует из их названия.

Исследование процессов трения основано на экспериментальном определении коэффициентов трения у образцов [Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А. В. Чичинадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун [и др.]. - Москва: Научно-техническое издательство «Машиностроение», 2003. - 575 с]. Так, рассматривая, например, область создания новых покрытий, наносимых на рабочие и/или восстанавливаемые поверхности металлических образцов, возникает задача по определению их коэффициентов трения. Актуальность определения коэффициента трения покоя у образцов обусловлена существующей научной проблемой влияния силы трения на напряженное состояние восстановленных деталей машин.

Данный способ основан на том, что в лабораторных или производственных условиях определяют величину коэффициента трения покоя образцов с покрытием через простые механические узлы, агрегаты и с помощью математических зависимостей.

С целью повышения точности определения коэффициента трения покоя и обеспечения возможности его определения при заданных давлениях, приходящихся на образец, предлагается способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала. Кроме того, данный способ ввиду простоты его реализации дает возможность определять максимально допустимое удельное давление, при котором поверхность образца 1 начинает разрушатся, поскольку изменение давления осуществляется посредством изменения массы подвешиваемого груза 9, а также длины второго тягового механизма 7.

Осуществление способа определения коэффициента трения производится с помощью устройства его реализующего.

Устройство, включает в себя шарнир 4, который закреплен на образце 1, и шарнирную опору 5. Данные элементы связаны между собой тяговым механизмом 6 длиной На шарнирной опоре 5 через тяговый механизм 7, длиной подвешен груз 9, масса которого варьируется от необходимой величины нагрузки образца 1, при этом груз 9 также соединен через тяговый механизм 8 длиной с шарниром 4. Тяговые механизмы выполнены из материалов, значение коэффициента Пуансона у которых выполняет условие

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В горизонтальность плоскости на опорной поверхности 2, материалом которой может выступать любой сплав или металл, устанавливают образец 1, например, с покрытием в верхнем слое материала, так, чтобы покрытие находилось в прямом контакте с опорной поверхностью 2. Затем на верхней части образца 1 закрепляют шарнир 4 с тяговым механизмом 6 длинной который соединяют с шарнирной опорой 5. На шарнирную опору 5, установленную в вертикальной плоскости, подвешивают груз 9 посредством тягового механизма 7 длинной Получают силу, которая создаст крутящий момент на оси шарнира 4, и разложив момент относительно плеча рассчитывают давление Р по формуле: где m - масса груза 9, кг; g - ускорение свободного падения; S - площадь поверхности образца 1, которая находится в контакте с опорной поверхностью 2, м².

При этом посредством третьего тягового механизма 8, выполненного из материала, коэффициент Пуассона которого гораздо выше чем у тяговых механизмов 6 и 7, уравновешивают создаваемую нагрузку.

Затем прикладывают давление P₁ к торцевой части образца 1, который начинает перемещаться, следовательно, зная величины давлений - определяют коэффициент трения покоя .

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Таким образом, как следует из описания способа, а также его применения и реализации, достигается решение поставленной технической задачи.

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств материалов и покрытий, в частности к области исследования их трибологических параметров. Шарнирный механизм устанавливают сверху образца, находящегося на опорной поверхности, а шарнирную опору устанавливают в вертикальной плоскости, соединяют их посредством первого тягового механизма длинной Посредством второго тягового механизма, длина которого , на шарнирной опоре подвешивают груз, масса m которого зависит от величины удельного давления, которое необходимо создать по всей площади S исследуемой поверхности образца. Посредством третьего тягового механизма, выполненного из материала, коэффициент Пуассона которого выше чем у тяговых механизмов длиной уравновешивают создаваемую нагрузку. Рассчитывают давление, приходящееся на образец от груза по формуле где g - ускорение свободного падения, затем прикладывают внешнее давление P₁ к торцевой поверхности образца с целью его перемещения по опорной поверхности, и как итог, используя значения давлений, определяют коэффициент трения покоя. Технический результат - повышение точности определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала и обеспечение возможности непосредственного определения коэффициента трения при заданных контактных давлениях, приходящихся на образец. 1 ил.

Способ определения коэффициента трения покоя поверхностных слоев материала образцов, выполненных с прямолинейной рабочей поверхностью, основанный на их горизонтальном смещении посредством шарнира, шарнирной опоры и тяговых механизмов, отличающийся тем, что шарнирный механизм устанавливают сверху образца, находящегося на опорной поверхности, а шарнирную опору устанавливают в вертикальной плоскости, соединяют их посредством первого тягового механизма длинной затем посредством второго тягового механизма, длина которого на шарнирной опоре подвешивают груз, масса m которого зависит от величины удельного давления, которое необходимо создать по всей площади S исследуемой поверхности образца, и посредством третьего тягового механизма, выполненного из материала, коэффициент Пуассона которого выше чем у тяговых механизмов длиной уравновешивают создаваемую нагрузку, рассчитывают давление, приходящееся на образец от груза по формуле где g - ускорение свободного падения, прикладывают внешнее давление P₁ к торцевой поверхности образца с целью его перемещения по опорной поверхности, и используя значения давлений внешнего и приходящегося на образец от груза, определяют коэффициент трения покоя.