Способ определения фактической площади контакта двух образцов

 

Изобретение относится к измерительной технике, к определению фактической площади контакта двух контактирующих об: разцов. Цель изобретения - повышение точности . Выбирают пару образцов с реальным контактом и пару образцов с идеальным контактом, каждую пару образцов помещают в калориметр и пропускают «ерез них одинаковый ток в течение одинакового времени и измеряют количество тепла, выделившееся в каждой паре. Пару образцов с идеальным контактом выполняют электрополировкой с последующим сжатием до появления пластических деформаций. Фактическую площадь S контактов определяют из выражения Sr (0.4/Qp) 84, где Ои.Ор - количество тепла, выделившееся в паре образцов с идеальным и реальным контактами . to С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,1 в

ФСв"., ., ; 1.. в Ц"ф ф

Г

L

Ф в ° в °

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 482 1052/28, (22) 03.05,90 (46) 15:07.92, Ben, N 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов (72) В.В.Негода, А.П.Коликов, B.Ã.Ìèõàéëîâ, F.Н.Малов и А,М.Уманский (53) 531.717.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N.. 1019293, кл. G 01 N 19/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N -1401263,,кл. G 01 В 7/32, 1986, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТАДВУХОБРАЗЦОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, к определению фактической

Изобретение относится, к измерительной технике и может быть использовано в обработке металлов давлением, в частности для определения граничных условий трения: и теплопередачи на контактной поверхности.

Известен способ определения фактической площади контакта твердых тел, заключающийся в том, что исследуемые тела сопрягаются друг с другом, нагружаются усилиями, в зону контакта параллельно кон- тактной поверхности направляют световой пучок заданной интенсивности и регистрируют интенсивность светового пучка после

его взаимодействия с зонами контакта и по соотношению интенсивностей этих световых пучков судят о величин" фактической площади контакта.

Этот способ довольно прост и экономичен, однако позволяет определять фактиче„„SU„„1747873 А1 (st)s G 01 В 7/32

Ii) Ne; площади контакта двух контактирующих об-. разцов. Цель изобретения — повышение точности. Выбирают пару образцов с реальным контактом и пару образцов с идеальным контактом, каждую пару образцов помещают в калориметр и пропускают ерез них одинаковый ток в течение одинакового времени и измеряют количество тепла, выделившееся в каждой паре, Пару образцов с идеальным контактом выполняют электрополировкой с последующим сжатием до появления пластических деформаций.

Фактическую площадь SK контактов опредеЛяЮт Из ВЫражЕНИя Яг= (Qa/0p) S4, ГдЕ Ои,ар — количество тепла, выделившееся в паре образцов с идеальным и реальным контактами..скую площадь касания для ограниченной группы материалов ввиду использования их оптических свойств. Также данный способ характеризуется невысокой достоверностью измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения фактической площади контакта двух образцов, заключающийся в том, что через пару образцов с идеальным контактом и пару образцов с реальным контактом пропускают электрический ток и с учетом силы тока определяют фактическую площадь контакта.

При подготовке пары образцов с реальным контактом на контактирующие поверхнасти наносят регулярный рельеф. а подготовку пары образцов с идеальным контактом осуществляют-наплавкой слоя из более легкоплавкого металла на подложку из

1747873 более тугоплавкого материала с регулярным рельефом на контактной поверхности, Пары образцов в известном способе подключают к источнику тока параллельно и измеряют величину токов, протекающих через каждую пару образцов.

Фактическую площадь контакта (S») on)ð ределяют по выражению S» = — - зи, где Ip, 1и

l - ток, протекающий через образцы с реальным и идеальным контактом соответственно; S — площадь контактирующих поверхностей с идеальным контактом.

Недостатком известного способа является низкая точность. Это обусловлено следующим; точность известного способа определяется точностью измерения токов, а добиться при этих измерениях погрешности ниже + 0,1,(, достаточно сложно; достоверность полученных результатов определяется адекватностью используемой модели и реальных объектов, однако, нанесение регулярного рельефа на контактирующие повер-. хности уменьшает адекватность модели, Это снижает точность известного способа.

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения точности измерений и адекватности используемых модельных образцов реальным объектам.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения фактической площади контакта двух образцов, заключающемся в том, что через пару образцов с идеальным контактом и пару образцов с реальным кон. тактом пропускают электрический ток и с учетом силы тока определяют фактическую площадь контакта, предлагается пару образцов с идеальным контактом выполнять сжатием полированных контактирующих поверхностей с усилием, обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей, при пропускании тока через пары образцов измерять количество тепла, выделяемое в каждой паре эа одинаковое время, э фактическую площадь контакта наОи ходить из соотношения S» = S, где Qp, р

Ои — количество тепла, выделяемое в паре образцов с реальным и идеальным контактом, Ож, Sg — площадь контактирующих по верхностей в идеальной паре образцов, мм, Повышение точности предложенного способа по сравнению с известным обусловлено, во-первых, использованием модели, соответствующей идеальному контакту, более адекватной реальной паре образцов, а во-вторых, использованием в качестве информативного параметра количества тепла, 10

55 выделившегося при прохождении тока через пару образцов. Последнее объясняется тем, что количество тепла, выделяющееся при прохождении тока есть функция квадрата тока и времени, Квадратичная зависимость количества тепла от протекающего тока обуславливает большую чувствительность этого параметра, чем собственно величина тока. Кроме того, подбором времени измерения можно установить разницу между количеством тепла, выделившегося в парах с идеальным и реальным контактом, заведомо больше ошибки измерений.

Поиск по научно-технической и патентной литературе не выявил известных технических решений с признаками, сходными с отличительными признаками предложенного способа. Это свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение обла-. дает существенными отличиями, Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Изготавливают две пары аналогичных образцов, При этом образцы первой пары контактируют в соответствии с реальными условиями, т.е. образцы имеют чистоту поверхности, соответствующую чистоте поверхности реальных объектов и контактируют без нагрузки.

Контактирующие поверхности образцов другой пары подвергают электрополировке, обезжиривают и сжимают между собой с усилием, обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей, Каждую пару образцов помещают в термостат и пропускают через них одинаковый ток в течение одинакового времени.

При прохождении тока через пары образцов согласно закону Джоуля-Ленца выделяется тепло, количество которого определяется выражением 0 = I R> t, 2 где 1 — ток протекающий через образцы, А;

R — суммарное сопротивление пары образцов, Ом;

t — время, с.

Rg R» + В1+ R2, где R» — контактное сопротивление;

Ri u Rz — сопротивление 1-го и 2-го образцов соответственно.

Отношение количеотва тепла, выделившихся в разных парах образцов Q>/Qð, характеризует отношение контактных сопротивлений (R») этих пар, так как величины R> и Rz пренебрежимо малы по сравнению с R». Величина контактного сопротивления обратно пропорциональна истинной площади контакта образцов (R =

=> р), поэтому реальная площадь контакта может быть определена иэ выражения

1747873

Як = — — Яи = 0,4732 х

0и Л 80

= 2378,5 мм

0р или 47,32 от геометрической поверхности контакта образцов. По прототипу с целью количественного определения повышения точности предлагаемого способа изготовили эталонный образец иэ молибдена диаметром 80 мм и длиной 160 мм и иэ Ст 3 диаметром 100 мм, высотой 50 мм путем соединения торцевых поверхностей контактной сваркой в вакууме. Эталонный и исследуемый образцы подключают к сети переменного тока с напряжением 30 В, Отношение токов в цепи эталонного и . исследуемого образцов составило 0,4929, поэтому ,тг 80 2 к(прот.) = — Яи = 0,4929 х

Ip 4 4

=2377,5 мм или 49,29 от геометрической поверхности контакта образцов, 50

Составитель В.Негода

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор М.Бокарева

Заказ 2492 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

0и

S» = Яи, 0

Пример. Образец из молибдена диаметром 80 мм и длиной 160 мм устанавливали на подставку из Ст 3 диаметром 100 мм и высотой 50 мм. (Шероховатость поверхности для обоих образцов Rz = 4 — 3,5 мкм), Аналогичные образцы соединяли с идеальным контактом путем электрополировки (раствор концентрированной серной кислоты, напряжение 20 — 30 В, ток 12 А, время

30-60 с) с последующим обезжириванием и сжатием с усилием 0,6 кг/мм2, обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей на поверхности Ст 3, Каждую пару образцов помещали в калориметр марки ВНИИМ-6, имеющий погрешность +(0,02-0,03) . Температуру измеряли ртутным термометром с пределами измерений 18,0-27,2оС и ценой деления

0,0066 С. Отчеты температуры вели с помощью. оптической системы.

Через каждую пару образцов пропускали ток силой S А в течение 30 мин. Отношение 0и/0р составило 0,4732, поэтому

По базовому способу, заключающемуся в оценке площади касания по величине сближения поверхностей в зависимости от нормальной нагрузки сближения и контакт5 ного смещения, фактическая площадь касания S» составила S»

Относительная ошибка предлагаемого способа по отношению к базовому составибаз к лаф — . - х 100% =178 а

S» (баэ ) по прототипу ф,рот—

5» (бэз ) х 100 =2,308 = 2,31 . Точность по сравнению с прототипом повысилась на

AtP — @ — — х 100% =- 29,77 = 30%.

Формула изобретения

Способ определения фактической площади контакта двух образцов, заключающийся в том, что через пару образцов с идеальным контактом и пару образцов с реальным контактом пройускают электрический ток и с учетом силы тока определяют фактическую площадь контакта, о т л и ч а ю30 шийся тем, что, с целью повышения точности; пару образцов с идеальным контактом выполняют сжатием полированных контактирующих поверхностей с усилием, обеспечивающим пластическую деформа35 цию микронеровностей, при пропускании тока через пары образцов измеряют количе- . ство тепла, выделяемое в каждой паре за одинаковое время, а фактическую площадь

S» контакта находят из соотношения S» =

0 Q S

0 р где 0р. 0и — количество тепла, выделяемое в паре образцов с реальным и идеальным контактами, Ож;

5 S — площадь контактирующих поверхностей в идеальной паре образцов,