Способ исследования процесса трения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/56

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СО

ОО

1 (21) 4875085/28 (22) 15.10,90 (46) 15.01.93 Бюл. N 2 (71) Тернопольский филиал Львовского политехнического института (72) Б.И, Костецкий, Б.В. Гупка, П.Д. Стухляк, О.К. Шкодзинский и И.И, Злотников (56) Авторское свидетельство СССР

N. 172528, кл. G 01 N 3/56, 1963, Авторское свидетельство СССР

N 462109, кл, G 01 N 3/56, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 460487, кл. G 01 N 3/56, 1973. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ТРЕНИЯ (57) Изобретение касается испытаний на трение и износ и мо кет. быть использовано для оценки процессов трения и кинематики структурного состояния трущихся поверх. Изобретение относится к испытаниям на трение и изнашивание и может быть использовано для оценки процессов трения и кинетики структурного состояния трущихся поверхностей пар трения.

Известно, что в трущейся паре в зависимости от условий трения возможен режим нормального механо-химического износа, режим приработки или режим повреждаемости, Диапазоны того или другого процесса, а также их триботехнические показатели определяются структурным состоянием поверхностей трения со своими физико-химическими, механическими и геометрическими параметрами, Известен способ непрерывного контроля пар трения, разделенных слоем смазки, проводящей электрический ток. Способ позволяет контролировать структурное состо„„ Ж„„1788457 Al ностей пар трения. Цель изобретения — повышение точности и достоверности оценки трения путем определения пространственно-временных характеристик вторичных структур при различных режимахтрения. По падению усредненного исходного контактного электросопротивления судят о наличии и динамике протекания этапов приработки, нормального режима работы или режима повреждаемости пары трения, а по временной развертке величины контактного электросопротивления исследуют кинетику образования, трансформации и разрушения вторичных структур. Применение способа позволяет существенно усовершенствовать методики исследования пар трения при различных уровнях нагрузочно-скоростных параметров с высокой точностью и оперативностью получения результатов, 7 ил. яние трущихся поверхностей и заключается в том, что в смазку вводят электрод, изолированный от трущихся поверхностей, измеряют электродвиЖущуЮ силу (ЭДС) между электродом и трущимися поверхностями и определяют повреждение рабочих поверхностей подшипника по изменению ЭДС, При работе пары трения на исследуемых образцах образуются пленки из вторичных структур (ВС), Величина измеряемой ЭДС характеризует состояние и степень разрушения ВС.

Также известен способ, основанный на измерении вентильного эффекта ВС, при котором через узел трения пропускают асимметричный переменный ток и измеряют посто янную соста вля ющую в цепи.

В зависимости от режима трения постоянная составляющая тока в цепи прини1788457 мает различные значения. При граничном трении (при наличии ВС) эта составляющая складывается из постоянного тока асимметрии и выпрямленной слоями и пленками ВС переменного тока. При повреждаемости составляющая равна постоянному току асимметрии. Метод позволяет исследовать влияние паоаметров нагружения, свойства материалов и среды на формирование и разрушение ВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является

10 способ, заключающийся в осуществлении фрикционного взаимодействия элементов пары трения, нагружении ее и определении характеристик вторичных структур и пара-. метров процесса трения в паре. Использо15 вание указанного способа позволяет по изменению коэффициента трения; времени цикла образования и разрушения вторичных структур более точно определить интенсивность изнашивания пары трения.

К недостаткам описанного способа следует отнести высокую трудоемкость опреде20 ления толщины вторичных структур путем измерения на микроскопе. Это требует остановки пары трения и подготовки образцов. Результаты измерений не соответствуют действительному значению работающей паре трения, Кроме того, коэффициент трения как показатель; характеризующий время цикла образования— разрушения ВС, не позволяет определить этапы работы пары трения (режим приработки, нормального износа и режим повреждаемости пары трения).

Эти недостатки снижают точность опре35 деления триботехнических характеристик пары трения и снижают достоверность результатов исследований.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности исследова40 ния трения путем определения пространственно- временных характеристик ВС при различных режимах трения.

Это достигается тем. что в способе исследования трения, включающем фрикционное взаимодействие элементов пары трения, нагружают ее и определяют харак- 50 теристики вторичных структур и параметры процесса трения в паре, а после нагружения ее подключают в электрическую цепь и осуществляют ступенчатое догружение, В каче55 стве характеристики вторичных структур определяют контактное электросопротивление, по относительному падению усредненного исходного значения которого и по величине времени выхода пары трения на установившийся уровень усредненного знатолщины пленок из ВС, существующих в .30 чения контактного электросопротивления судят о наличии этапов приработки, нормального режима трения и режима повреждаемости пары трения и динамики их протекания; а в качестве параметров процесса трения определяют величины диапазонов восходящих и нисходящих участков временной развертки контактного электросопротивления, по которым определяют кинетику образования, трансформации и разрушения вторичных структур.

На фиг. 1 графически представлсн характер зависимости изменения усредненного значения контактного электрического сопротивления от нагрузки или скорости скольжения; на фиг. 2, 3, 4 — графики зависимости усредненного контактного электрического сопротивления на этапах приработки, нормального износа и повреждаемости пары трения сопротивлению; на фиг. 5, б, 7 — графически представлена временная развертка действительного значения контактного электросопротивления на стабилизированном участке для этапов приработки, нормального износа и повреждае- . мости пары трения соответственно, Способ осуществляется следующим образом, Пару трения "диск-палец" подключают в измерительную цепь для определения контактного электросопротивления (КЭС), После этого пару трения ступенчато догружают (скорость постоянная) или ступенчато увеличивают скорость (нагрузка постоянная). B процессе испытаний непрерывно регистрируют КЭС во времени и в зависимости от параметров нагружения, а именно:

1. Характер изменения усредненного значения КЭС от нагрузки Р или скорости скольжения Ч при их ступенчатом увеличении (фиг,. 1) с выделением этапов приработки (!), нормального износа (ll), и повреждаемости пары трения (ill). При догрузке пары трения происходит снижение контактного электросопротивления (Rap поз, 1) до определенного значения. Затем происходит плавное во времени возрастание усредненного КЭС (поз. 2) до определенного стабилизированного значения (поз.

3).

2, Временную зависимость усредненного КЭС для описанных выше явлений (спад и возрастание КЭС при догрузке ЛР или

Л V) на этапах приработки (фиг, 2), нормального износа (фиг, 3) и повреждаемости (фиг.

4) пары трения. При догрузке происходит нарушение равновесия усредненного КЭС.

Значение этого КЭС, предшествующего до1788457 грузке обозначено Rcp Стабилизированное значение усредненного КЭС, установившееся после догрузки, обозначено

Вф . Время стабилизации усредненного

КЭС после догрузки обозначено Лг . Далее определяют относительное падение усредненного исходного КЭС (Rcp/ К;р ". ) и время выхода (Лт) пары трения на новый установившийся уровень усредненного

КЭС (фиг. 1, 2, 3, 4). По этим показателям определяют динамику протекания этапов приработки, нормального режима работы или режима повре>кдаемости пары трения.

3. В ременную развертку действител ьного значению КЭС на стабилизированном участке для характерных этапов работы пары трения (фиг. 5, 6, 7), Восходящий участок диаграммы соответствует времени образования (т,, ВС. Нисходящий участок диаграммы соответствует времени разрушения (тр ) ВС. "Время жизни" вторичных структур обозначено (z = t< - тр ) . Диапазон изменения КЭС относительно его усредненного значения (Rcp ) обозначено ЛВ. По величинам временных диапазонов восходящих (to ) и нисходящих (tp ) временной развертки величины контактного электросопротивления (фиг, 5, 6, 7) определяют для различных этапов работы пары трения кинетику образования, трансформации и разрушения ВС.

При наличии устойчивых диссипативных ВС с оптимальными характеристиками при определенных режимах трения значение КЭС Rcp стабильно (фиг. 1), При увеличении нагрузки на величину Л P или скорости скольжения на величину Л V значение КЭС Rñð n eT H HetcoTol> to Âeличину Л Rcp и возвращается на новый уровень стабилизации Rcp за время

Лт выхода режимов трения на оптимальные, максимально допустимые при данных режимах нагружения параметры ВС, характеризующие процесс трения и структурное состояние поверхностей трения. Такими характеристиками являются прочность, толщина и удельная площадь пленок ВС в зоне контакта, Зависимость КЭС от P или V во всем диапазоне изменения последних позволяет определить по соотношению значений Вф и Рмсх этап работы пары трения.

На этапе приработки узла трения образовавшиеся неустойчивые ВС имеют низкую прочность, малую толщину и незначительную площадь. При изменении нагрузки P или скорости скольжения V происходит падение КЭС на значительную величину ЛRcр, а время Лг: - выхода усредненного КЭС на новый стабилизированный уровень Rcp тоже значительно больше, чем при режиме нормального механо-химического износа (фиг. 2). При на5 ступлении процесса повреждаемости, где имеет место критическое разрушение ВС, величина падения КЭС стремится к максимальному значению (Л Вср=к;р" ), т,е.

10 Л Rcp/Rcp = 1, а время выхода КЭС на стабилизованный уровень резко увеличивается

Л г- со (фиг. 4). При этом выход системы трения на устойчивое значения КЭС не наблюдается, При нормальном режиме работы пары трения (фиг. 3) соотношения Л Rcp/ Л RcpHlln, а, R/p =1 ср . Л т-"Olin.

Величина падения КЭС Л Rcp и время

Лт повторного выхода его на новый стабилизированный уровень являются функциями ре20 жима трения, определяемого структурным состоянием поверхностей трения.

В случае если при двух одинаковых условиях испытаний образцов исходные значения КЭС равны, и при повышении

25 нагрузки на величину ЛP (или скорости

ЛV) в первом случае КЭС уменьшается на величину Л R cp, а во втором — на величину

Л R2cp, причем Л Rtcp Л Rgcp, то можно утверждать, что в первом случае ВС обладают более высокими прочностными и триботехническими характеристиками.

Приведенные выше параметры относительной величины падения КЭС (Лй,р и время Лт выхода КЭС на стабилизированный уровень являются показателями кинетики структурного состояния поверхностей трения. По их величине можно судить о наличии и состоянии ВС в зоне трения, т.е. об этапах трения и критических точках их взаимоперехода.

Для пары трения бронза (Бр, ОЦС 5-5-5

ГОСТ 5017 — 74) — сталь 40Х (ГОСТ1050-74) в диапазоне нагрузок — 1...40 МПа при постоянной скорости скольжения V= 1 м/с и в

45 диапазоне скоростей скольжения — 0,05...4 м/с при постоянном удельном давлении Р=

=15 МПа при наличии в качестве смазки инактивного вазелинового масла (ГОСТ 3164 — 78) характерны следующие параметры.

Переход от режима приработки в режим нормального износа происходит при Р= 4

МПа для V= 1 м/с =const и V= м/с для Р=-15

МПа= const. Переход от режима нормального износа к режиму повреждаемости происходит при Р= 36 МПа для V =1 м/с=-const u

У=3,5 м/с для Р=15 МПа =const.

При: — приработке Л RcpR cср /= 0,60 0,80.

Л г = 20 — 45 мин, 1788457 Rcp ср — повреждае мости

Ai 00 усм у

@yam ср — нормальном износе Л Йср! Кср"

0,15 — 0,55, Лr = 8 — 20 мин.

Диапазон изменения действительного значения КЭС для режима приработки (фиг, 5) составлял Л R = 20 Ом с периодом изменения t = 3 мин и соответственно для режима нормального износа (фиг, 6) ЛR =40 Ом и т = 40 мин, а для режима повреждаемости (фиг, 7) ЛВ = 70 Ом и т =-15 мин.

Соотношение между восходящими и нисходящими частями диаграмм зависимостей действительного значения КЭС от времени то/тр составляло, для режима приработки 0,2...0,4 (<1); для режима нормального износа

0,9...1,15 (-"1); для режима повреждаемости 1.3...2,4

Таким образом. на основании установленнь1х закономерностей изменения как усредненного значения КЭС, так и действительного его значения представляется возможным произвести более оперативными методами и с более высокой точйостью оценку состояния пары трения.

Применение способа позволяет существенно усовершенствовать методики исследования пар трения при различных уровнях нагрузочно-скоростных параметров с высокой точностью и оперативностью получения результатов.

Формула изобретения

Способ исследования процесса трения, 5 заключающийся в том, что осуществляют фрикционное взаимодействие элементов пары трения, нагружают ее и определяют характеристики вторичных структур и параметры процесса трения в паре, отличающийся

10 тем, что, с целью повышения точности и достоверности исследования путем определения пространственно-временных характеристик вторичных структур при различных режимах трения, после нагружения

15 пару трения подключают в электрическую цепь и осуществляют ступенчатое ее догружение, при этом в качестве характеристики вторичных структур определяют контактное электросопротивление, по относительному

20 падению усредненного исходного значения которого и по величине времени выхода пары трения на установившийся уровень усредненного значения контактного электросопротивления судят о наличии этапов приработки.

25 нормального режима трения и ре>кима по- . вреждаемости пары трения и динамики их протекания, а в качестве параметров про, цесса трения определяют величины диапазонов восходящих и нисходящих участков

30 временной развертки контактного электросопротивления, по которым определяют кинетику образования, трансформации и разрушения вторичных структур, 1788457

Фиг 4 э Составитель П.Стухляк

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор

Заказ 70 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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