Способ определения коэффициента трения скольжения твердых материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N19/02 

(Я

С

Изобретение относится к методам определения коэффициента трения твердых материалов при ударе. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента трения при неустановившихся режимах движения путем исключения погрешностей, обусловленных действием импульса сил при ударе. Сущность решения заключается в измерении трех компонент ускорения контробразца в моменты времени после соударения с постоянной величиной ударного импульса, определении компонент демпфирования, скорости и его значения по предложенной формуле с помощью вычислительного устройства. 1 ил.

Изобретение относится к методам определения коэффициента трения твердых материалов при ударе и может быть использовано при исследованиях триболо- гических свойств пар трения, работающих в импульсном режиме.

Известны импульсные трибометры для определения коэффициента трения тела вращения с образцом при ударе за счет раскручивания тела вокруг горизонтальной оси и освобождения для падения на горизонтальную исследуемую плоскость образца. По измеряемой длине, максимальной высоте отскока тела и предложенной формуле определяют коэффициент трения.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет определять коэффициент трения образцов с произвольной формой, является трудоемким и сложным для объективной регистрации с помощью вычислительных устройств по измеряемой высоте и длине.

Известен способ определения коэффициента трения скольжения различных материалов, заключающийся в том, что образец перемещают по наклонной поверхности неподвижного контртела с помощью ударного импульса, в процессе движения непрерывно регистрируют величины скоростей и компоненты полного вектора ускорения образца, а затем определяют коэффициент трения скольжения по формуле.

Этот способ имеет погрешности, обусловленные действием импульса сил при ударе тел и указанием измерения в любой момент времени, регистрацией кинематических параметров только по двум координатам при нестабильном направлении удара и отсутствием существенных сил демпфирования в предложенной формуле.

VI О CJ Ю СЛ

Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента трения при неустановившихся режимах движения путем исключения погрешностей, обусловленных действием импульса сил при ударе.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения коэффициента трения скольжения твердых материалов одному из элементов пары трения сообщают ударный импульс и регистрируют в процессе движе- ния мгновенные значения компонентов векторов скоростей и ускорения, с учетом которых определяют коэффициенттрения, а величину ударного импульса задают постоянной, регистрацию компонент векторов скоростей и ускорения осуществляют в моменты времени после окончания соударения по трем координатам в переносном движении осей подвижной декартовой системы координат, связанных с центром тяже- сти перемещающегося элемента пары трения, одна из которых ориентирована под углом 90° к поверхности трения, а две другие расположены на этой поверхности, дополнительно определяют компоненты Кх и Ку демпфирования, а значение коэффициента f трения определяют из соотношения:

f

V(x+Јx) + (v+ЈY)(

где X, Y и X, Y, Z - соответственно компоненты вектора скорости и ускорения;

m - масса перемещающегося элемента пары трения;

g - ускорение свободного падения.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения коэффициента трения при ударе. Она состоит из испытуе- мых элементов пары трения - неподвижного образца 1 в виде магнитной ленты на твердом теле и контробразца 2 с закрепленным в центре тяжести его трехкомпонент- ным датчиком ускорения 3, подключенным к усилителю 4. Два выхода усилителя 4 соединены через интегрирующие усилители 5 и непосредственно с входом суммирующих усилителей 6. Выход усилителей 6 через два аналоговых преобразователя в виде схем возведения в квадрат 7 соединен с сумматором 8, выход которого подключен к преобразователю с схемой извлечения квадратного корня 9. Третий выход с усилителя 4 и преобразователя 9 соединены с входом преобразователя деления двух величин 10, выход которого подключен через блок памяти 11, аналого-цифровой преобразователь 12 к индикатору 13 со сбросом. К

блоку памяти 11 также подключен задатчик времени 14.

На основе этой блок-схемы составлена и апробирована принциальная электрическая схема.

Способ осуществляется следующим образом.

В центре тяжести контробразца 2 закрепляют датчик ускорения 3, две оси чувствительности которого лежат в плоскости трения, а третья нормальная ей. Для постоянного контробразца 2 и керна, совершающего удар по нему, определяется время соударения гуд, которое вводится на задатчик времени 14,

С помощью инерционных сил от керна контробразец 2 относительно образца 1 перемещают с ускорением, величина компонент которого по трем взаимно-перпендикулярным осям регистрируется датчиком 3. В соответствии с коэффициентом преобразования каждого канала датчика 3 усилителя 4 компенсируют их неравномерность и выдают три напряжения, пропорциональные действующим компонентам ускорения ах, Зу, 3z с одним коэффициентом преобразования.

(, , )

Напряжения Ux и Uy интегрируются и усиливаются в преобразователе 5 для получения сигнала, пропорционального состав- ляющим скорости контробразца 2 относительно неподвижного образца 1 с коК К эффициентом преобразования -и-- и

m

соответственно

2 Ш2

(Lj K- VxlUH Vy)

(Tig

Компоненты демпфирования Кх и Ку для эталонного контробразца определяют один раз теоретически или экспериментально за счет размещения на его неупругих нитях, перемещения от ударного импульса, регистрации компонент скорости, ускорения и опXределёния по выражениям Кх т2- ;

fX

Суммирующие усилители 6 формируют сигналы сумм горизонтальных компонент ускорения и приведенных к ним скоростей, т.е.

U§ K(X+);U$ K().

vГП2 уvГП2

которые преобразуются в блоках 7 к квадрату их и суммируются в блоке 8. Сигнал, пропорциональный сумме квадратов компонент проходит через аналоговый преобразователь схемы извлечения квадратного корня 9 и делится в блоке 10 на вертикальную компоненту ускорения (g+Z). Преобразователь деления двух величин 10 формирует сигнал, пропорциональный коэффициенту трения в соответствии с формулой (1) и подаст его через блок памяти 11 для сохранения информации на время ее съема, аналого-цифровой преобразователь 12 на цифровой индикатор 13 с тремя знаками после запятой. Задатчик времени 14 исключает передачу сигнала f на индикатор 13 за время удара. После съема информации о коэффициенте трения с индикатора 13 осуществляется сброс ее и устройство возвращается в исходное состояние.

Экспериментальная проверка показала, что у опытного образца из Д16Т по стали 45 (Ф 52 на 35) при ударе шаром 04 с высоты 50 мм и расчетном значении ,02 с коэффициент трения после десяти соударений равен 0,2...0,25.

По сравнению с прототипом предлагаемое решение имеет положительный эффект в виде получения более точной информации о величине коэффициента трения в условиях удара. Эта информация необходима для объективной оценки качества изготовления рабочих поверхностей трения и видов, количества смазочного материала, За счет аналогового вычислительного устройства компактно регистрируются результаты контроля в цифровом виде.

Формула изобретения Способ определения коэффициента трения скольжения твердых материалов, заключающийся в том, что одному из элементов пары трения сообщают ударный импульс и регистрируют в процессе движения мгновенные значения компонентов векторов скорости и ускорения, с учетом которых определяют коэффициент трения, о

тличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента трения при неустановившихся режимах движения путем исключения погрешностей, обусловленных действием

импульса сил при ударе, величину ударного импульса задают постоянной, регистрацию компонент векторов скорости и ускорения осуществляют в моменты времени после окончания соударения потрем координатам

в переносном движении осей подвижной декартовой системы координат, связанной с центром тяжести перемещающегося элемента пары трения, одна из которых ориентирована под углом 90° к поверхности

трения, а две другие расположены на этой поверхности, дополнительно определяют компоненты Кх и Ку демпфирования, а значения коэффициента f трения определяют из соотношения

V

f g+z

()2+() 2 v m v m

j,f

где X, Y и X, Y, Z - соответственно компоненты векторов скорости и ускорения;

m - масса перемещающегося элемента пары трения;

g - ускорение свободного падения.

//