Способ определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании

 

Изобретение относится к области исследования процессов контактного взаимодействия материалов, например при трении. Способ определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании заключается в том, что трущиеся элементы соединяют в электрическую регистрирующую цепь. Эти элементы образуют естественную термопару. Проводят измерение токов при двух различных сопротивлениях внешней цепи. Находят по формуле среднюю термоЭДС за определенное время контактирования. По найденному значению термоЭДС определяют температуру контактного взаимодействия. Способ позволяет повысить точность определения температуры области контакта. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования процессов контактного взаимодействия материалов, например при трении, и позволяет повысить точность определения температуры области контакта.

Известен способ определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании [а.с. N 1623394 Россия, МКИ G 01 К 7/02,13/08. Способ определения температуры контактного взаимодействия при резании/С. В. Васильев - Заявл. 26.12.88; опубл. 09.08.95, Бюл. N 22], заключающийся в том, что трущиеся элементы соединяют в электрическую регистрирующую цепь с образованием естественной термопары, закорачивают электрическую регистрирующую цепь низкоомным шунтом и измеряют установившуюся в ней величину тока короткого замыкания, по которой определяют температуру контактного взаимодействия. Возникающий при трении сигнал обусловлен термо- и трибоэффектами. При очень малом сопротивлении внешней цепи триботок, генерируемый в зоне трения, создает на низкоомном шунте пренебрежимо малое напряжение, что позволяет считать величину измеряемого напряжения практически равной термоЭДС.

Недостатком способа является снижение чувствительности схемы за счет использования низкоомного шунта, что не позволяет измерять малые термоЭДС, создаваемые в тех случаях, когда естественная термопара образуется близкими друг к другу по термоэлектрическим свойствам материалами, например, при измерении термоЭДС, генерируемых в подшипниках.

Заявляемое изобретение решает задачу повышения точности и чувствительности при измерении температуры в зоне трения с помощью естественной термопары.

Это достигается тем, что при способе определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании, заключающемся в том, что трущиеся элементы соединяют в электрическую регистрирующую цепь с образованием естественной термопары, в отличие от прототипа, проводят измерение токов и при двух различных сопротивлениях внешней цепи находят среднюю термоЭДС за время контактирования ε = (I₁-I₂)·Rн₁·Rн₂/(Rн₂-Rн₁)·τ, где Rн₁, Rн₂ - сопротивления внешней цепи при первом и втором измерениях; I₁, I₂ - токи, проходящие во внешней цепи, при Rн₁ и Rн₂, соответственно; τ - относительная длительность времени, в течении которого осуществляется контактирование трущихся поверхностей; и по найденному значению ε определяют температуру контактного взаимодействия.

Описываемый способ использует тот факт, что термоЭДС ε пропорциональна разности температур горячего и холодного спаев термопары t ε = k·t, где k - коэффициент пропорциональности,
а трибозаряды, генерируемые в зоне трения в единицу времени, т.е. триботок I_триб практически не зависят от температуры в диапазоне температур, соответствующих нормальным режимам эксплуатации пар трения.

Для линейной цепи ток во внешней цепи
I = ε·τ/Rн+I_триб.
где
τ - время контактирования;
Rн - полное сопротивление цепи термопары.

Способ осуществляют следующим образом: замыкают исследуемую пару деталей сопротивлением Rн и измеряют проходящий в цепи ток. Проводят измерение при двух различных сопротивлениях цепи Rн₁ и Rн₂ и получают два значения токов I₁ и I₂. Затем, решая систему уравнений

находят среднюю термоЭДС за время контактирования τ
ε = (I₁-I₂)·Rн₁·Rн₂/(Rн₂-Rн₁)·τ
и по найденному значению ε. пользуясь градуировочной кривой, определяют температуру контактного взаимодействия.

Пример.

Предлагаемый способ определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании реализовывали как показано на фигуре.

С помощью ключа SA осуществляли поочередное измерение токов в цепи исследуемой пары трения XA приборами PA1 и PA2 с разными входными сопротивлениями.

По полученным результатам измерения определяли среднее значение токов в цепях приборов, по ним рассчитывали термоЭДС и затем по заранее снятой градуировочной кривой естественной термопары находили температуру.

При определении температуры в зоне трения, образованной плоской пластиной из латуни Л63 и сферическим наконечником из стали электротехнической 2212 при скорости трения 50 м/мин, усилии прижима 20 Н и значении τ = 0,99 были получены следующие средние значения токов, проходящих в цепи приборов с сопротивлением Rн₁ = 30 Ом и Rн₂ = 200 Ом: I₁ = 23,8 мкА и I₂ = 4,3 мкА. Решение приведенной выше системы позволило определить значения ε = 696,1 мкВ и I_триб = 0,6 мкА. Указанная термоЭДС соответствует нагреву зоны трения по отношению к окружающей температуре на 134^oC.

Формула изобретения

Способ определения температуры контактного взаимодействия при трении и резании, заключающийся в том, что трущиеся элементы соединяют в электрическую регистрирующую цепь с образованием естественной термопары, отличающийся тем, что проводят измерение токов и при двух различных сопротивлениях внешней цепи находят среднюю термоЭДС за время контактирования
ε = (I₁ - I₂)·R_H1·R_H2/(R_H2 - R_H1)·τ,
где R_H1, R_H2 - сопротивление внешней цепи при первом и втором измерениях,
I₁, I₂ - токи, проходящие во внешней цепи при R_H1 и R_H2, соответственно;
τ - относительная длительность времени, в течение которого осуществляется контактирование трущихся поверхностей,
и по найденному значению ε определяют температуру контактного взаимодействия.

РИСУНКИ

Рисунок 1