Образец для определения зависимости между касательными и нормальными напряжениями при трении

 

О Il И С А Н И Е (и)763746

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцмалмстмческик

Республик (61) Дополннтельное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 14.07,78 (21) 2644173/25-28 (51) М Кл з

С 01 М 19 02 с прнсоеднненнем заявкн №вЂ”

Гевудерствева11 кемнтет

CCCP

° ве ленам нзнбретеннй н открмтнй (23) Приоритет —Опублнковано 15.09.80. Бюллетень №34 (53) УДК 621.891 (088.8) Дата опубликования опнсання 25.09.80 (72) Авторы изобретения

Н. М. Алексеев, М A. Броновец, И. Г Горячева н М. Н. Добычин с

Институт проблем механнкн AH СССР (71) Заявитель (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ

МЕЖДУ КАСАТЕЛЬНЫМИ И НОРМАЛЬНЫМИ НАПРЯЖЕ!1ИЯМИ

ПРИ ТРЕНИИ

Изобретение относится к области исследовання фрнкционных свойств материалов н касается, в частности, изучения завнснмостн между касательными напряжениями; обусловленными молекулярным взанмодействнем твердых тел прн трении на границе нх раздела, н нормальными напряжениями, Известен образец для определения зависимости между касательнымн н нормальными напряжениями прн трении путем врац(ения вдавленного в него нндентора, выполненный из исследуемого матернала в виде монолитной пластины 11).

Недостатком этого образца является то, что приложением различной нагрузки на нндентор прн вдавливании его в образец нзменяется площадь контакта образца с нн-. дентором, а нормальные напряжения прн этом практически не изменяются, что не позволяет установить связь между касательными н нормальными напряжениями в шнроком диапазоне.

Наиболее близким к изобретению по техннческой сущности является образец для определения зависнмостн между касательными н нормальными напряжениями прн тре ннн путем вращения вдавленного в него нндентора, выполненного нз двух, плотно соеднненных между собой элементов нз материалов различной твердости 12).

Недостатком такого образца является то, что более мягкий материал может быть нанесен только в виде тонкой пленки, поскольку увеличение толщины пленкн снижает влн янне твердого элемента и не позволяет получнть напряжения на образце, отличные от твердости мягкого элемента. Это ограничивает номенклатуру нспытываемых матернаЮ лов, поскольку не все материалы могут быть нанесены в виде тонких покрытий без нзменення нх физико-механических свойств.

Целью изобретения является увеличение номенклатуры исследуемых материалов.

Цель достнгается тем, что в предлагаемом образце твердый элемент выполнен в виде обоймы, внутренний диаметр (Зо.об) которой выбирается нз соотношения

Хэ ЯЗВ 06,4 а Э 77 в где Р— днаметр индентора;

%11 ЦЪ

Аи4 -днаметр лунки, соответствуюц нй нспытанню на твердость по Бринелв материала охватываемой части образца прн нсполь763746

1S ренний диаметр твердой обоймы лежит в пре3 зовании шара диаметром D, а высота Н образца выбирается из соотношения H>3, D.

На фиг. 1 изображен описываемый образец; на фиг. 2 и 3 — конструкции охватываемого элемента, обоймы; на фиг. 4 — схема течения материала образца при вдавливании в него индентора.

Образец содержит обойму 1 иэ твердого материала и охватываемый элемент 2 из мягкого материала.

Образец используется следующим образом.

При внедрении сферы в идеальное жесткопластическое полупространство области пластического течения материала охватывает в плане круг, диаметр которого приблизительно в два раза превышает диаметр лунки.

Однако искусственным образом ограниченная при помощи твердой обоймы AfN область, расположенная на расстоянии Dszz (2d (фиг. 4), искажает поле линий скольжения, что, в свою очередь, приводит к увеличению нормальных напряжений, возникающих на поверхности лунки.

Экспериментально получено, что эффект влияния обоймы сказывается, когда внутделах:

Ь

ЛВ<эь.-4 ЖЗ °

С целью достижения большего эффекта зависимости средних нормальных напряжений от действующей нагрузки целесообразно в дополнение к ограничению по внутреннему диаметру обоймы ввести и ограничение на высоту охватываемого элемента, который выполняется иэ исследуемого материала (жесткая стенка К1. на фиг. 4). Известно, что глубина распространения зоны пластического течения hs материала при внедрении в него индентора зависит от глубины внедрения последнего h (4) и может быть представлена в виде

h. =КЪ, где К зависит от угла вдавливания и коэффициента пластического трения. При внедрениях, характерных для способа, в котором предлагается использовать описываемый образец, можно принять, что К=4. Тогда из геометрических соображений

Если выбрать такую высоту охватываемого элемента Н, что при первоначальном вдавливании она будет равна hs, то при последующих нагрузках hs будет больше N è начнет проявляться эффект увеличения нормальных напряжений на контакте за счет ограничения распространения пластических деформаций в глубину исследуемого материала, С целью многократного использования одной и той же обоймы 1 целесообразно делать в ней коническое отверстие и соответственно выполнять охватываемый элемент

2 в виде усеченного конуса (фиг. 2).

Если охватываемый элемент изготовлен в виде тонкой пластины, то во избежание

3Е

4D

5Е

4 ее выпучивания при вдавливании в нее индентора целесообразно охватываемый элемент 2 размещать в сужающейся части конического отверстия обоймы 1 (фиг. 3).

Описанный образец может быть использован и для изучения связи между нормальными и касательными напряжениями в случае, когда хотя бы один из исследуемых материалов нанесен в виде тонкого покрытия на подложку.

Способ осуществляется следующим о6разом.

Сферический индентор устанавливают между двумя образцами, которые предварительно установлены соосно так, чтобы геометрические точки касания сферы с рабочими поверхностями охватываемых элементов лежали на их общей оси, прикладывают требуемую сжимающую нагрузку, линия

7 ействий которой совпадает с упомянутой выше осью и осуществляют поворот сферического индентора, регистрируя при этом силу трения. По результатам этого опыта, используя. известную методику, рассчитывают нормальные и касательные напряжения.

Все последующие опыты проводят по такой схеме. Устанавливают сферический индентор в образованной в предыдущих опытах лунке, прикладывают сжимающую нагрузку большую, чем предыдущая нагрузка, поворачивают сферический индентор и регистрируют все необходимые параметры для расчета нормальных и касательных напряжений..

Формула изобретения

Образец для определения зависимости между касательными и нормальными напряжениями при трении путем вращения вдавленного в него индентора, выполненного иэ двух, плотно соединенных между собой элементов из материалов различной твердости, отличающийся тем, что, с целью увеличения номенклатуры исследуемых материалов, твер дый элемент выполнен в виде обоймы, внутренний диаметр (Ds,os, ) которой выбирается из соотношения

Х ) 4)) в, 9, I где D — диаметр индентора; -- Ф ill °

I lni -glHaatexP лунки, соответствующий испытанию на твердость по Бринелю материала охватываемой части образца при использовании шара диаметром D, а высота Н образца выбирается из соотношения

Н) Лаз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Крагельский И. В., Лобычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М., Машиностроение, l977, с. 200202.

2. Михин Н. М. Внсцнн. трение твердых тел..М., Наука. 1977, с. 136 — 139 (прототип).

763746

Составитель В. Шпинев

Редактор Л. Батанова Техред К.Шуфрич Корректор Н. Бабинец

Заказ 6272/37 Тираж 019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4