Способ определения гистерезисных потерь маятниковым трибометром

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано при определения физико-механических свойств материалов и, в частности, коэффициента гистерезисных потерь материала. По коэффициентам гистерезисных потерь и радиусам пятен контакта шаровых опор маятникового трибометра с испытуемыми образцами рассчитываются коэффициенты трения качения. Способ определения гистерезисных потерь маятниковым трибометром заключается в том, что после обезжиривания поверхностей контактирующих тел сопрягают плоскую рабочую поверхность образцов с шаровыми опорами физического маятника, которому задают начальную амплитуду колебаний и регистрируют амплитуды затухающих колебаний маятника. Причем начальную амплитуду колебаний маятника γ0 выбирают из условия γ0≤0.4a/R, где а - радиус пятна контакта, R - радиус шаровых опор маятника, совмещают центр тяжести маятника с его опорами, по амплитудам колебаний маятника определяют добротность системы Q=πn/ln(γ0n), где γn - амплитуда после n полных колебаний, и коэффициент гистерезисных потерь материала образцов C=π/Q. Технический результат - уменьшение погрешности измерений за счет исключения вязкого трения о воздух и адгезионного взаимодействия контактирующих тел. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к технике определения физико-механических свойств материалов и, в частности, коэффициента гистерезисных потерь материала при качении.

Известен способ измерения добротности струнных датчиков Q (а.с. №416571. Способ определения добротности струнных датчиков. // Приоритет изобретения 03.04.72). Коэффициент гистерезисных потерь С связан с добротностью соотношением C=π/Q. Способ обладает рядом несомненных достоинств, обеспечивает низкую погрешность измерений, но пригоден только для измерения гистерезисных потерь в тонких нитях.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому способу является способ определения гистерезисных потерь материала при качении (а.с. №917070. Способ определения коэффициента гистерезисных потерь материала при качении. // Приоритет изобретения 25.04.80). Он обеспечивает измерения на широком виде материалов, изготовленных в виде плоских образцов.

Недостаток такого способа заключается в том, что он не обеспечивает строгое разделение потерь при разрыве адгезионных связей и внутреннем трении в поверхностных слоях. Если потери на внутреннее трение значительно превышают потери на разрыв молекулярных связей контактирующих тел, гистерезисные потери определяются с достаточно низкой погрешностью, в противном случае они могут оказаться завышенными. Кроме того, приходится опасаться потерь за счет вязкого трения о воздух, поэтому маятник желательно размещать в камере, в которой можно создать пониженное давление. Высокий вакуум не требуется.

Задачей изобретения является уменьшение погрешности измерений как за счет полного исключения вязкого трения о воздух, так и молекулярного взаимодействия контактирующих тел путем проведения измерений в диапазоне малых углов отклонений, когда процесс качения полностью прекращается. При этом сохраняется только степень свободы, связанная с упругими наклонами двух пятен контакта.

Поставленная цель достигается тем, что измерения проводят в диапазоне амплитуд от 0.4a/R до 0.01a/R, где a - радиус пятна контакта, R - радиус шаровых опор маятника массой М. Радиус пятна контакта при качении шаров по плоским образцам a=[(3/8)MgR(1-ν2)/E]1/3, где Е и ν - модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала образцов.

Способ поясняется чертежом, где цилиндрические грузы маятника 1 расположены внутри трубы 2, занимающей в равновесии горизонтальное положение. Маятник установлен на основании 3. Муфта 4 закреплена на трубе 2. Маятник опирается на испытуемые плоские образцы 5 либо двумя большими шариками 6, либо двумя маленькими шариками 7, которые жестко с ним скреплены муфтой 4. Изменение радиуса шаровых опор маятника осуществляется перемещением образцов 5. На теле маятника укреплено зеркало 8. Связанный с муфтой 4 противовес 9 изменяет расстояние от оси вращения до центра масс маятника, который совмещается с плоскостью опоры шариков. Луч полупроводникового лазерного диода 10 после отражения от зеркала 8 и неподвижного зеркала 11 попадает на блок двух фотодиодов 12. С блоком 12 скреплена шкала, позволяющая визуально контролировать колебания маятника. Фотодиоды вырабатывают электрические сигналы, которые поступают на компаратор, формирующий импульсы с крутыми фронтами. С компаратора импульсы подаются на компьютер, фиксирующий с помощью специальной программы интервалы времени между ними. По измеренным интервалам рассчитывают периоды и амплитуды колебаний.

Тело маятника 2 отклоняют на угол γ0≤0.4a/R. Затем регистрируют амплитуды затухающих колебаний маятника. По ним определяют добротность системы Q=πn/ln(γ0n), где γn - амплитуда после n полных колебаний. По добротности определяют коэффициент гистерезисных потерь материала образцов C=π/Q.

Тело маятника имеет достаточно сложную форму, что затрудняет вычисление момента инерции. Кроме того, необходимо точно определить положение центра тяжести. Модель тела маятника с погрешностью не более 0.2% удалось построить с помощью программы Solid Works. При наличии в трубе маятника всех четырех грузов при массе М1=1.354 кг момент инерции J1=0.036148 кг·м2. При удалении двух грузов масса М2=0.902 кг, а момент инерции J2=0.020419 кг·м2. При удалении всех грузов масса М3=0.542 кг, а момент инерции J3=0.0048266 кг·м2. Точность модели определяется сравнением массы маятника при взвешивании на аналитических весах и компьютерных расчетах. Периоды колебаний маятника на линейном участке кривой затухания составили 4.113, 3.787, 2.376 с. В пятне контакта на экспоненциальном участке периоды приобретают другие значения. По периодам и моментам инерции вычисляется жесткость системы на линейном и экспоненциальном участках кривой затухания.

Некоторые трудности возникают в определении добротности при качаниях на концевых мерах (сталь У10). Они возникают в связи с наличием на поверхности контактирующих тел различных загрязняющих образований, обладающих большими гистерезисными потерями. Загрязнения попадают на контактирующие поверхности главным образом из атмосферы. Протирание поверхностей различными обезжиривающими средствами не всегда приводит к полному их удалению. Наиболее достоверным следует считать тот результат, когда достигается максимальная добротность. Изменение массы маятника не сказывается заметно на добротности. При существенном уменьшении радиуса шаровых опор добротность снижается, поскольку к микропластичности добавляется пластичность. Нанесение после тщательной протирки на контактирующие поверхности минерального масла на результаты измерений не влияет. Гистерезисные потери в тонкой масляной пленке отсутствуют.

На всех остальных материалах измерение добротности особых проблем не представляет. Большие гистерезисные потери в испытуемых материалах измеряются с малой погрешностью, поскольку вклад загрязняющих образований становится несущественным. Тем не менее, перед началом измерений взаимодействующие поверхности протираются этиловым спиртом. Можно использовать также четыреххлористый углерод и ацетон.

Установка позволяла проводить измерения добротности и коэффициента гистерезисных потерь при различных нагрузках и радиусах шаровых опор. Изменение нагрузки осуществлялось удалением грузов из трубы. Уменьшение нагрузки обычно приводит к увеличению добротности и, соответственно, снижению гистерезисных потерь. Уменьшение радиуса опор приводило к росту гистерезисных потерь и уменьшению радиуса пятна контакта а. При этом заметно увеличивался период колебаний. Исключение наблюдалось только на образцах из алюминия. При уменьшении радиуса опор период возрастал незначительно. Можно предположить, что вследствие плохих упругих свойств материала радиус пятна контакта уменьшался меньше, чем по расчету. При этом жесткость материала становилась больше вследствие уплотнения в пятне контакта. Алюминий имеет низкую сопротивляемость пластическому деформированию. Контакт с алюминием не является строго упругим даже при очень малых нагрузках. Результаты измерений добротности и периода колебаний при различных массах маятника и диаметре шаровых опор приведены в табл.1. В ней также приведены значения периода колебаний Т при качаниях в пятне контакта, расчетное значение периода колебаний Tth, модуль Юнга Е, максимальное давление в центре пятна контакта Р0, коэффициент Пуассона v, коэффициент трения качения fк. Максимальное давление в центре пятна контакта при качении шаров P0={3MgE2/[π3R2(1-v 2)2]}1/3. Коэффициент трения качения fк=3аС/(16R).

С учетом объема деформированного при наклоне пятен контакта материала жесткость маятникового трибометра на шаровых опорах к=πRа 3. Следовательно, к=[(3/8)MgR(1-v 2)]1/3. Жесткость к не зависит от модуля упругости материала образца. Период колебаний Tth=2π(J/к)0,5, где J - момент инерции маятника. Формула для определения жесткости маятникового трибометра получена впервые. Поэтому она проверена экспериментально путем сравнения значений Т и Тth на различных материалах. Формула для к позволила дополнительно подтвердить справедливость рассмотренной модели маятникового трибометра, когда при малых углах маятник запасает энергию только за счет наклона пятен контакта.

Способ определения гистерезисных потерь маятниковым трибометром, заключающийся в том, что после обезжиривания поверхностей контактирующих тел сопрягают плоскую рабочую поверхность образцов с шаровыми опорами физического маятника, которому задают начальную амплитуду колебаний, регистрируют амплитуды затухающих колебаний маятника, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений за счет исключения адгезионного взаимодействия контактирующих тел начальную амплитуду колебаний маятника γ0 выбирают из условия γ0≤0.4a/R, где а - радиус пятна контакта, R - радиус шаровых опор маятника, совмещают центр тяжести маятника с его опорами, по амплитудам колебаний маятника определяют добротность системы Q=πn/ln(γ0n), где γn - амплитуда после n полных колебаний, и коэффициент гистерезисных потерь материала образцов C=π/Q.



 

Похожие патенты:

Устройство для измерения переходного сопротивления, износостойкости и антифрикционных свойств гальванических покрытий, выполненное в одном блоке с комплектом сменных принадлежностей, позволяет проводить исследования вышеперечисленных свойств в соответствии с требованиями ГОСТ 9.302-88.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для исследования физико-механических свойств корнеклубнеплодов. Устройство для исследования физико-механических свойств корнеклубнеплодов содержит раму (1) с прикрепленными к ней электродвигателем (2), на валу которого установлен сменный диск (3) с исследуемой поверхностью, и направляющей (4), на которой установлена подвижная тележка (5).

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента трения при взаимном перемещении образцов.

Изобретение относится к способам для определения коэффициента сцепления на искусственных поверхностях, преимущественно взлетно-посадочных полос аэродромов, а также дорожных покрытий.

Группа изобретений относится к обработке металлов давлением, а именно к оценке силы и коэффициента трения при холодной обработке металлов давлением. Представлен способ оценки параметров трения при холодной обработке металлов давлением, по которому протягивают через валки с заданным обжатием образцов с коническим участком с одного конца, длина которого позволяет обеспечивать прирост степени обжатия при протягивании образцов, визуально определяют место образования задиров на образцах, составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение, с помощью которого для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки, при этом определяют момент сопротивления вращению валков при их торможении и нормальную силу, действующую на валки со стороны образцов при их деформировании, посредством датчиков силы и устройства торможения валков, а из этих, фиксируемых датчиками силы, величин определяют силу трения по формуле: Tтр.=Pдат.×L/R, где Ттр.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов. Для определения статического и динамического коэффициентов внешнего трения используют два образца: базовый и подвижный.

Изобретение относится к устройствам определения физико-механических свойств транспортируемых грузов. Устройство для определения величины коэффициента трения сыпучего груза о грузонесущий орган транспортной машины содержит размещенную на опорной раме съемную пластину из материала грузонесущего органа транспортной машины с размещенной на пластине пробой транспортируемого груза.

Предлагаемое изобретение относится к области испытаний конструкционных материалов на трение и износ в узлах трения щетка-коллектор электродвигателя или электрогенератора, а также в узлах токосъемная вставка-троллей, вставка-токоподводящая шина, башмак-рельс, т.е.

Изобретение относится к измерительной и испытательной технике и предназначено для использования при исследовании сил трения в металлургическом производстве, а именно при прокатке металлов.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению коэффициента трения покоя. Способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала включает установку образца с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к способам измерения и используется для оценки состояния поверхности взлетно-посадочной полосы аэродрома. В способе определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия, включающем измерение динамических характеристик колес самолета при его движении по аэродромному покрытию, осуществляют формирование ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, ведомое (заднее) колесо формируют путем создания постоянного динамического торможения колесу шасси, колесо без динамического торможения считается ведущим, при этом динамическое торможение формируется с помощью тормозной системы колеса шасси, которое может отключаться при разбеге самолета, измеряют частоты вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, устанавливают зависимость разницы вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес от сцепных качеств аэродромного покрытия, а сцепные качества аэродромного покрытия определяют по установленной зависимости после проезда по нему самолета и измерения частот вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси. Устройство определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия содержит переднее (ведущее) 1 и заднее (ведомое) 2 колеса шасси самолета, датчик 3 числа оборотов переднего (ведущего) колеса, датчик 4 числа оборотов заднего (ведомого) колеса, тормозную систему 10 заднего (ведомого) колеса и блок 6 оценки, содержащий первый 7 ключ, вход которого соединен с выходом датчика 3 числа оборотов переднего (ведущего) колеса, а выход - с входом сдвига «вправо» сдвигового регистра 5, второй 8 ключ, вход которого соединен с выходом датчика 4 числа оборотов заднего (ведомого) колеса, а выход - с входом сдвига «влево» сдвигового регистра 5, третий и большие выходы сдвигового регистра 5 соединены со входами элемента 9 ИЛИ, выход которого является выходом блока 6 оценки, управляющие входы первого 7 и второго 8 ключей и вход тормозной системы 10 заднего (ведомого) колеса, соединены с выходом датчика нагрузки. Технический результат - создание способа и устройства позволяющего осуществлять измерение коэффициента сцепления непосредственно на борту самолета при его посадке. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Использование относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента трения. Способ определения динамического коэффициента внешнего трения заключатся в том, что используют два образца, верхний из которых помещают на плоской рабочей поверхности нижнего. Образцам обеспечивают возможность совместного наклона относительно горизонтальной плоскости. В исходном положении верхний образец прикрепляют к находящемуся в разгруженном состоянии упругому элементу, обладающему постоянной жесткостью в направлении соскальзывания верхнего образца по наклонной поверхности нижнего. Для определения динамического коэффициента внешнего трения образцы наклоняют до соскальзывания верхнего из них по уклону, измеряют угол наклона φ образцов в момент соскальзывания и путь l. пройденный верхним образцом по рабочей поверхности нижнего относительно исходного положения. Динамический коэффициент внешнего трения рассчитывают по формуле m д и н = t g ϕ − l 2 L ⋅ cos ϕ , где L - определяемая в калибровочном опыте деформация вертикально расположенного упругого элемента при свободном подвешивании к нему верхнего образца. Техническим результатом изобретения является простота определения динамического коэффициента внешнего трения, сводящегося только к экспериментальному установлению геометрических параметров без измерения усилий. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментально-теоретическому определению фрикционных характеристик пары трения, а именно установлению в паре трения соотношения между коэффициентами трения покоя и трения скольжения. Способ экспериментально-теоретического определения соотношения между коэффициентами fmpП трения покоя и fmpСK трения скольжения заключается в том, что брус прямоугольного сечения, изготовленный из материала А, устанавливают на две подвижные опоры, изготовленные из материала Б. С помощью блочно-тросовой системы обеспечивают сближение этих опор, предварительно на одной из них искусственно вызывают срыв контакта с брусом и переход в состояние скольжения, в то время как на второй опоре сохраняется неподвижная связь между контактирующими поверхностями, и данная опора совместно с брусом как единая система перемещается относительно первой опоры. При этом сближение опор приводит к изменению величины сил реакции на опорах, а следовательно, и возникающих на них сил трения. Причем на первой опоре сила трения скольжения по мере движения системы растет, в то время как на второй опоре сила трения покоя пропорционально уменьшается. Как только величина обеих сил сравняется, движение бруса относительно первой опоры прекращается. В этот момент систему останавливают и фиксируют величину перемещения бруса относительно данной опоры. Затем вычисляют величину реакции на опорах и определяют искомое соотношение между коэффициентами трения покоя и трения скольжения. Техническим результатом является установление соотношения С коэффициентов трения фрикционной пары, состоящей из материалов А и Б, в процессе одного эксперимента. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента трения при взаимном перемещении образцов. В способе для определения динамического коэффициента внешнего трения используются два образца. Нижний образец выполняют с выпуклой сферической поверхностью и приводят во вращение вокруг вертикально расположенной оси этой поверхности. Верхний образец выполняют тонкостенным, в виде правильной геометрической фигуры, с рабочей поверхностью вогнутой формы, чтобы обеспечить контакт с нижним образцом по всему периметру верхнего. Верхний образец при помощи шарнирной связи, имеющей возможность поворота в любом угловом направлении, соединяют с опорой, имеющей возможность перемещения в любом направлении. Для определения динамического коэффициента внешнего трения изменением координат опоры или длины шарнирной связи приводят верхний образец в положение, при котором линия, проходящая через центр сферической поверхности и центр площадки контакта верхнего образца с нижним, перпендикулярна шарнирной связи. Затем выявляют плоскость, касательную к сферической поверхности в центре контакта верхнего образца с нижним, определяют линию наибольшего ската в этой плоскости, находят угол ее откоса φ относительно горизонта, определяют угол β между линией наибольшего ската и направлением шарнирной связи, после чего динамический коэффициент внешнего трения определяют по формуле m д и н = t g ϕ c t g β . Технический результат − возможность определения динамического коэффициента внешнего трения на деталях со сферическими поверхностями в ответственных узлах длительного пользования, простота реализации и возможность ограничиться определением только геометрических параметров. 2 ил.

Группа изобретений относится к области оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием. Способ определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием заключается в определении величины силового вращающего момента, приложенного к ступице или к диску тестируемого колеса. После чего дважды меняют вертикальную силовую нагрузку, действующую на тестируемое колесо, за счет поддомкрачивания автомобиля, и вновь определяют вращающий силовой момент. По разности измеренных в экспериментах силовых вращающих моментов для различных случаев поддомкрачивания судят о коэффициенте сцепления колеса с дорогой. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием, содержащее систему нагружения колеса вертикальной нагрузкой и крутящим моментом. Устройство содержит станину, домкрат для поддомкрачивания автомобиля, имеющий датчик усилия, воспринимаемый домкратом. Достигается повышение точности определения коэффициента сцепления отдельного колеса с полотном дороги и расширение диапазона использования способа для тестирования колес большого диаметра. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу предотвращения задиров в парах трения. Перед работой к образцу и контробразцу из материалов пары прикладывают точечную нагрузку Р при использовании смазочной композиции без антифрикционных добавок и определяют силу трения Fтр при возникновении задира, затем в смазочную композицию добавляют антифрикционные добавки и измеряют нагрузку Рд, при которой происходит задир, после чего рассчитывают коэффициент трения по формуле Fтр/Рд, где Fтр - сила трения при задире с использованием смазочной композиции без добавок, и пару трения перед работой смазывают композициями при значениях этого коэффициента не более 0,05. Технический результат - снижение трудозатрат и сокращение времени выбора составов смазочных композиций с антифрикционными добавками более чем в 10 раз.

Изобретение относится к испытательной технике для трибологических исследований. Прибор для одновременной оценки оптических и трибологических характеристик смазочного материала позволяет измерить их при заданных значениях скорости сдвига и толщины смазочного слоя. Пару трения образуют два стеклянных плоскопараллельных оптических окна круглой формы, образующие зазор между их плоскими поверхностями. Нижнее окно закреплено неподвижно, верхнее - приводится во вращение электроприводом, обеспечивающим бесступенчатое регулирование угловой скорости пары трения. Рабочий зазор, толщина которого устанавливается микрометрическим устройством для регулирования зазора между плоскопараллельными оптическими окнами, заполняется исследуемым смазочным материалом. Момент силы сдвига, возникающей при трении, регистрируют измерительной схемой, совмещенной с электроприводом вращения. Оптический сигнал, отражающий надмолекулярную самоорганизацию смазочного материала, получают с помощью лазера, луч которого в процессе трения проходит через поперечное сечение смазочного слоя и дополнительный поляризатор. При возникновении в смазочном слое (при наличии мезогенных присадок и определенного режима трения) явлений надмолекулярного упорядочивания смазочного материала происходит изменение интенсивности оптического сигнала лазерной системы. Технический результат - обеспечение количественной оценки внутренней структуры смазочного слоя. 2 ил.

Изобретение относится к области трибологии и триботехники и может использоваться для качественной оценки фрикционного взаимодействия при изучении трибологических свойств свитых изделий типа стальных канатов, тросов и других подобных изделий. В частности, способ полезен при выборе смазочных материалов, используемых для обработки («пропитки») стальных канатов. Задачей изобретения является повышение точности и достоверности экспериментального анализа фрикционного взаимодействия элементов свитых изделий. Способ оценки фрикционного взаимодействия элементов свитых изделий, заключающийся в том, что одним концом изделие закрепляют неподвижно, а со стороны свободного конца воздействуют осевым усилием, которое прикладывают одновременно ко всем элементам изделия, последовательно испытывают эталонное и контролируемое изделия равной между собой и превышающей шаг свивки длины, при этом прикладывают дополнительное силовое воздействие в виде крутящего момента и поворачивают изделия вокруг вертикальной оси в направлении свивки на одинаковый угол, обеспечивающий режим трения скольжения между элементами, после чего снимают воздействие, фиксируют свободные возвратно-крутильные колебания, определяют логарифмические декременты затухания в обоих случаях, по соотношению которых оценивают фрикционное взаимодействие между элементами сравниваемых свитых изделий. Технический результат заключается в качественной оценке фрикционного взаимодействия элементов свитых изделий, при обеспечении высокой точности и достоверности исследования. 1 табл.

Изобретение относится к мясной промышленности, к устройствам для определения коэффициента трения мясного и рыбного сырья. Устройство состоит из диска, закрепленного на вертикальной оси, шкалы, расположенной по радиусу диска. Вращение диска осуществляется от электромотора с преобразователем частоты через ременную передачу. Определение коэффициента трения К выполняется по формуле К=4π2n2R/g, где n - число оборотов диска, R - радиус вращения образца в момент сброса, g - ускорение свободного падения. Техническим результатом является снижение трудоемкости измерений коэффициента трения. 1 ил.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к методам исследования коэффициентов трения сыпучих материалов. Способ определения коэффициента трения сыпучих материалов заключается в том, что исследуемый материал размещается в цилиндре на вращающейся винтовой поверхности, установленной по оси цилиндра. Причем частота ее вращения определяется по формуле , где g - ускорение свободного падения, м/с2; D - диаметр винтовой поверхности, м; kV - коэффициент уменьшения линейной скорости частицы. Затем в процессе определения коэффициента трения определяется объем исследуемого материала, перемещенного за один оборот вращающейся винтовой поверхности, по формуле , где Q - объем перемещенного материала, м3; t - продолжительность опыта, с. При этом коэффициент трения определяют по формуле, где η - отношение шага S к диаметру D винтовой поверхности; λ - отношение диаметра D0 винтовой линии центров давления сыпучего материала на винтовой поверхности к диаметру винтовой поверхности D. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента трения сыпучих материалов. 1 ил.
Наверх