Лекция № 13

1. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА МАСЛЯНОЙ ПЛЕНКИ

Одной из характеристик жидкой пленки смазки является маслянистость. Под маслянистостью понимается комплекс свойств, характеризующих поведение тонкого граничного слои смазки при трении. Маслянистость в основном определяет вели­чину коэффициента трения. Чем меньше коэффициент трения, тем лучше и маслянистость. Ясно, что маслянистость может быть оценена только применительно к паре трения и разделяющему их слою смазки. Hardy отмечал, что на трение влияют не только свойства смазки, но и свойства материала, на который смазка нанесена. В работах Kingsbury указывается на мас­лянистость, как на свойство смазки, когда имеются неблаго­приятные условия для образования клина масляной пленки, т.е. имеет место несовершенная смазка.

Под маслянистостью понимается термин, означающий разни­цу в трении, большую, чем разница в трении, объяснимая вяз­костью, при сравнении различных смазочных масел в идентич­ныхусловиях.

Капитальные исследования маслянистости проведены Б. В. Дерягиным и его учениками. Установлена адсорб­ционная природа маслянистости. Существенное влияние объем­ных свойств нижележащей поверхности установил Fores­ter.

Б. В. Дерягин и Е. Ф. Пичугин предложили оценивать маслянистость посредством профилометра, которым последовательно оценивается шероховатость сухой и слабо смазанной поверхностей (рис. 21).

Разность где — шероховатость смазанной поверхности (среднее квадратическое отклонение неровностей); Н'_ск — шероховатость не­смазанной поверх­ности. Эта разность, увеличенная в 100 раз (100 Д), называется индексом маслянистости. Исследования показа­ли, что индекс маслянисто­сти не зависит от вязкости смазки. Маслянистость зависитотпродолжительности пребывания смазочной плен­ки на поверхности, а также от химического состава смазки. С увеличением концен­трации полярных молекул, а также ароматических угле­водородов индекс маслянис­тости возрастает.

Другим относительным критерием маслянистости следует считать критерий Н. Н. Захаваевой, являющийся отношени­ем величины А — разности работ сил трения при несмазанных и смазанных поверхностях за время, необходимое для истирания пленки толщиной h, к толщине этой пленки, Как показали дру­гие данные, полученные на лабораторных установках, оценки маслянистости по методу Захаваевой дает удовлетворительные результаты.

Граничный смазочный слой обладает резко выраженными реологическими свойствами. Например, известно существенное влияние латентного периода на коэффициент граничного трения, который увеличивается во времени. В исследованиях Hardy и Birkumshaw показано, что латентный период зависит от фак­тического давления и резко уменьшается при больших давлениях. Поэтому для сферических поверхностей он составляет доли се­кунды, для плоскостей — часы. Так, например, Гарди и Бирком-шоу указывают, что при экспериментировании с тремя ножками диаметром каждой 3 мм при нагрузке 20,4 Г коэффициент тре­ния изменялся от 0,11 после 1 мин контакта до 0,338 че­рез 8 ч.

По их представлениям, такое возрастание обусловлено тем, что плоскость падает сквозь слой жидкости, слой утопчается и сопротивление трению возрастает вследствие того, что в тонких слоях молекулы жидкости теряют свою подвижность под дейст­вием

 

Риc.21. Схема применения щупового профилометра при опре­делении маслянистости

 

поля твердого тела.

Гарди предлагает пользоваться следующими формулами для вычисления времени, необходимого для перемещения плоского диска:

(5.7)

где h— вязкость;

а — радиус диска;

h₂ и h₁ — высоты;

для сферы:

(5.8)

 

Важной является оценка защитной роли масляной пленки. По существу такая оценка представляет собой трудную задачу, так как смазка вступает в химическое и физическое взаимодей­ствие с деформируемым металлом и в зоне касания протекают весьма сложные процессы. При мягких режимах трения процес­сами в деформативпой зоне можно пренебрегать, поэтому рань­ше значительное внимание уделяли оценке прочности самой пленки. Исследования проводились главным образом в ста­тических условиях, что неверно, так Б. В. Дерягип и Н. А. Кротова на примере оценки адгезионной прочности пленки показывают, что адгезионная прочность в значительной степени за­висит от скорости прило­жения нагрузки. Приме­нительно к трению и из­носу существенна харак­теристика адгезионной прочности при достаточно больших скоростях прило­жения нагрузки. Опыты Б. В. Дерягина и Н. А. Кротовой, проведенные ими на специально конст­руированных приборах для определения адгезии при различных скоростях приложения нагрузки, показали на значительное влияние скоро­сти на адгезионную прочность. При динамических испытаниях работа адгезии иногда возрастает в несколько раз.

Это обстоятельство за­ставляет быть особенно вниматель­ным к моделированию условий ис­пытания прочности масляной пленки.

2. ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ И ДАВЛЕНИЯ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ЖИДКОЙ ПЛЕНКИ СМАЗКИ

Большим количеством исследований установлено, что коэф­фициент трения при наличии пленки смазки с увеличением шеро­ховатости при q = const

переходит через мини­мум. Такой же вид зависимо­сти имеет место при уве­личении давления (шеро­ховатость постоянна).

Левая ветвь кривой ха­рактеризуется резким па­дением коэффициента тре­ния, правая вялым воз­растанием. На рис.22 приведены эксперимен­тальные данные, характе­ризующие изменение коэффициента трения при возрастании ше­роховатости при различной толщине смазочной пленки.

С. А. Суховым было выяснено влияние микрогеометрии поверхности на коэффициент кинематического граничного трения. Величина нагрузки изменялась от 100 до 1000 Г.

 

 

Рис. 22. Зависимость коэффициента трения от шероховатости в мк при различной расчетной толщине h слоя смазки (касторовое масло)

 

 

Исследование производилось на маятниковой машине трения. Обратим внимание на то обстоятельство, что с увеличением толщины пленки смазки минимум коэффициента трения переме­щается к началу координат; для толстой пленки он отсутствует. Согласно формуле

(5.9)

 

Левая ветвь кривой (рис. 22) соответствует упругому контак­ту, при котором деформационной составляющей можно пренеб­речь; падающая ветвь кривой характеризуется соотношением

(5.10)

С увеличением шероховатости при той же нагрузке величина q_rвозрастает пропорционально отношению . Это и объясняет падение коэффициента трения. Для полированных поверхностей составляет величину порядка не-

скольких тысяч, тогда как для грубо обработанных поверхностей,

например обработанных шкуркой № 5, является

величиной на три порядка меньшей.

Известно, что величина tв значительной степени за­висит от толщины пленки. Этим и объясняется отсутствие макси­мума для пленки 20 000 А.

Очевидно, что для твердых смазок будет наблюдаться более интенсивное падение коэффициента трения. Указанное действи­тельно имеет место для покрытий MoS₂.

Возрастание коэффициента трения в правой ветви кривой показывает, что решающей является деформационная составля­ющая. Это будет иметь место как при упругом, так ипри плас­тическомконтакте.

Так как деформационная составляющая, вообще говоря, не очень велика, то очевидно, что пьезокоэффициент b является важ­ной характеристикой смазки.

Такого же типа зависимость наблюдается при возрастании нагрузки на контакт в случае сохранения постоянной шерохова­тости.

Работами А. С. Ахматова иего учеников показано, что при значительных нагрузках имеет место возрас­тающая зависимость. Аналогичные результаты получили Boyd и Robertson.

Абсолютное значение коэффициента трения будет опреде­ляться в основном пьезокоэффициентом b, так как деформаци­онная составляющая весьма не велика; что касается отноше­ния , то оно должно быть незначительным из-за малости t (0,3—0,4 Г/см²).

При смешанном трении (т, е. наличии на контакте как жид­кой, так и твердой пленок) коэффициент трения может прохо­дить через максимум.

Расчетную зависимость можно получить, если знать величину критического давления, переводящего контакт из одного режи­ма трения в другой, и константы трения t₀ и b.

 

2. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ НА ТРЕНИЕ ПРИ НАЛИЧИИ ЖИДКОЙ ПЛЕНКИ СМАЗКИ

При увеличении скорости скольжения, как указывает Clay­ton, наблюдается два типа зависимостей в интер­вале малых скоростей (от 0 до 0,3 см/сек). Тип А имеет место применительно к чистым минераль­ным маслам и подшипниковым ма­териалам, тип В — к жирным кисло­там. Объяснение этих двух типов кривых можно найти в работе/2/. Как правильно отмечает Клайтон, смазка типа В не дает механических релаксационных колебаний в систе­ме. Это утверждение справедливо, так как для возникновения релакса­ционных колебаний необходимо на­личие падающей характеристики си­лы трения от скорости. По некоторым исследованиям, тип А соответствует фрикционному контакту, у которого ярко выражены реологические свойства. Падение коэффициента трения объясняется сокращением времени продолжительности действия фрикционной связи и соответственно уменьшением пло­щади касания, которая не успевает увеличиться, пока относительная скорость скольжения равна нулю. Естественно, что в зависимости от соотношения свойств смазки и твердых тел может иметь место тот или иной тип кривой. В зоне больших скоростей наблюдается как для типа А, так и для типа В незначительное возрастание коэффициента трения при увеличении скорости скольжения.

3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕДЕНИЕ ЖИДКОЙ ПЛЕНКИ СМАЗКИ

 

Впервые влияние температуры па граничное трение изучили Hardy и Doubleday, которые, прогревая электрической спи­ралью полый образец, получили различную температуру в кон­такте Ими было установлено, что коэффициент трения умень­шается по мере приближении к точке плавления смазки и резко возрастает при переходе смазки в жидкое состояние, однако при уменьшении температуры этот эффект не воспроизводится(рис. 23).

Когда смазка переходит в жидкое состояние, коэффициент трения сохраняет постоянное значение в широком интервале температур. Это справедливо для инертных смазок. Если смазки наделены ярко выраженными адсорбционными свойствами (по­лярные углеводороды) или вступают в химическое взаимодей­ствие с металлом, то зависимость коэффициента трения от температуры изменяется. Наиболее эффективной при высоких температурах оказывается смазка, вступающая в химическое взаимодействие с металлом. Промежуточное место занимают адсорбционно-активные смазки.

 

 

 

Рис. 24. Изменение смазочного эф­фекта (т кГ/мм?) в зависимости от температуры при волочении алюминия (е=7,0%):

 

 

Рис.23. Влияние температуры смазки на коэффициент трения

 

На рис.24 показана зависимость сопротивлении сдвигу от температуры для трех типов смазок, полученная В. М. Корбутом.

Боуденом было установлено, что подъем температуры мало сказывается на трении вплоть до момента, когда при некоторой фиксированной температуре начинается быстрый рост коэффи-циента трения. В этот момент наблюдается нарушение гранич­ной пленки и повреждение поверхности. У парафинов и спиртов эта точка соответствует их температуре дезориентации. Жирные кислоты ведут себя несколько иначе. Если граничная смазка нанесена на химически активные металлы, то у жирных кислот момент роста коэффициента трения смещается в сторону боль­шей температуры. Влияние температуры на смазочную способ­ность масел изучается Г. В. Виноградовым и Р. М. Матвеев­ским.

Большое значение имеет комплекс исследований, выполненный М. П. -Воларовичем по изучению трения при низких температурах.

 

Рекомендуемая литература:Основная: 1 [разд.8, с.346-362 ].

Контрольные вопросы

1.Что такое маслянистость пленки смазки?

2.Что такое индекс маслянистости?

3.Как влияет температура на жидкую пленку смазки?

 

ЛЕКЦИЯ№14 ИСПЫТАНИЯ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС

 

1. О ПОСТАНОВКЕ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС

Понятие о хороших и плохих материалах, предназначенных для работы в узлах трения, весьма относительно.

Уже более 70 лет назад было установлено, что износостой­кость материала в огромной мере зависит от условий его работы. В то время еще не были в достаточной мере вскрыты основные факторы, влияющие на износ, поэтому из осторожности приходилось говорить о сохранении всего ком­плекса эксплуатационных условий при испытании в лабора­тории.

Фрикционные свойства зависят в равной мере как от при­роды материалов, так и от конструкции узла трения и режимов его работы. Наличие большого количества факторов, влияющих на трение и износ, и необходимость изучения их действия в сово­купности и взаимовлиянии приводит к необходимости проведения большого количества экспериментов.

Известно, что для оценки влияния р факторов на z уров­нях каждого из них, необходимо привести р^г экспериментов. В связи с наличием большого количества факторов, влияющих на трение и износ, представляется целесообразным разделить их на следующие группы:

1. Физико-механические свойства материалов и геометрия контактируемых поверхностей, определяющие фрикционное пове­дение пары трения.

2. Эксплуатационные факторы, влияющие на физико-механиче­ские свойства материалов и геометрию контакта. К ним следует отнести нагрузку, скорость и возникшую в процессе трения температуру, т. е. режим работы трущегося сочленения, а также окружающую среду.

3. Конструктивные особенности узла трения, влияющие на трение и износ через температуру, нагрузку и скорость скольже­ния, к которым относятся условия теплоотвода, распределение температурных полей, эпюра нагрузок, зазоры между сопрягае­мыми деталями, специфичные для каждого узла трения.

Соответственно такому делению испытання на трение и износ целесообразно проводить в четыре основных этапа:

 

Этапы	Вид испытаний	Цель испытания
I	Физико-механические лабора-     лабора-	Получение физико-механических
	торные испытанияматерил лов	характеристик материалов и прог-
		нозирование по ним фрикционных
		свойств
II	Испытание материалов на тре-	Оценка влияния физико-механи-
	трение и износ на лабораторных	ческих свойств и режимов трения
	установках	на фрикционные свойства материа-
		лов
III	Стендовые испытания на узлов	Оценка влияния конструктивных
	трения	особенностей узлатрения
IV	Натурные	Взаимовлияние различных узлов
		механизма, оценка надежности и
		долговечности работы механизма
		в целом

 

Проведение поэтапных испытаний широко применяется в на­стоящее время в практике машиностроения. Аналогичная схема испытаний узлов трения для работы в вакууме оказалась также весьма эффективной.

Следует, однако, отметить, что первому этапу испытаний до последнего времени не уделялось должного внимания. Это про­исходило в основном потому, что теории трения и износа были недостаточно развиты, что не позволяло выявить аналитической связи между физико-механическими и фрикционными свойства­ми материалов. На данном этапе развития науки имеется воз­можность прогнозирования поведения пар трения по их физико-механическим характеристикам.

Второй этап испытаний — определение на лабораторных установках значений коэффициентов трения и величин износа на малых образцах материалов —целесообразно проводить при переменных режимах трения, например, изменяя скорость, на­грузку, температуру испытаний от малых до больших значений в возможно широком диапазоне изменения этих параметров. В результате таких испытаний снимается зависимость фрикци­онные свойства — определяющий параметр. Наличие такой оценки позволяет с известным приближением определить об­ласть работоспособности материала. Из существующих в на­стоящее время унифицированных методов испытания материа­лов лишь ГОСТ 10851—64 (фрикционные изделия из материала ретинакс) и РТМ 6-60 (испытание материалов на фрикционную теплостойкость) предусматривают определенный диапазон изме­нения нагрузок и скоростей скольжения.

Оценивая влияние природы материалов и режимов трения на фрикционные свойства материалов, второй этап испытаний все же не позволяет учесть влияние конструктивных особенно­стей, определяющих температурное поле в узле трения, эпюру нагрузок и жесткость узла трения. В связи с этим существенным является проведение испытаний на типовых узлах трения (III этап). В зависимости от назначения многообразие трущих­ся сочленений можно разделить на следующие характерные группы: стыковые сочленения однократного и многократного действия, штепсельные разъемы; болтовые соединения; направ­ляющие скольжения и качения; подшипники скольжения; под­шипники качения; цилиндры и поршни; шестерни и зубчатые передачи; клапаны и седла клапанов; скользящие электриче­ские контакты; муфты сцепления; тормоза.

Завершающим этапом испытаний являются натурные испы­тания механизма в целом. Наличие большого количества разно­образных машин и механизмов в современной технике, многооб­разие условий и режимов работы заставляет особенно внима­тельно отнестись к.постановке этих испытаний. Значительную роль в правильной постановке ис­пытаний должна сыграть теория подобия и моделирования.

Различие между этапами испытаний заключается в посте­пенном приближении работы материалов пар трепня к реальным условиям. Кроме того, каждый этап испытаний позволяет ре­шать ряд самостоятельных задач. Например, I и II этапы испытаний необходимы при изыскании новых материалов и технологических методов их обработки. Они позволяют произ­водить контроль качества выпускаемых материалов и дают возможность конструкторам правильно применять материалы в тех или иных узлах трения. Экономическая целесообразность поэтапных испытаний не вызывает сомнения, так как стоимость эксплуатационных испытаний значительно превышает стоимость лабораторных.

 

2. ОЦЕНКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПАР ТРЕНИЯ

Современное состояние теории трения и износа позволяет прогнозировать фрикционные свойства материалов, исходя из их физико-механических характеристик. Поскольку в большин­стве случаев материалы, предназначенные для работы в узлах трения, проходят проверку физико-механических свойств как конструкционные материалы, не представляет большой трудно­сти собрать весь комплекс физико-механических свойств мате­риала, необходимых для расчета коэффициента трения и интен­сивности износа. Вывод аналитических выражений, связывающих физико-механические и фрикционные свойства материалов, подробно описан выше. Рассмотрим физико-механические свойства, входящие в эти выражения.

Твердость материала определяет величину взаимного внед­рения микронеровностей трущихся поверхностей и таким обра­зом влияет на деформационную составляющую силы трения. От величины твердости зависит площадь фактического касания поверхностей и объем материала, втянутого в деформацию. Фрикционные материалы должны различаться по величине твер­дости, при этом более мягкий элемент пары должен осуще­ствлять предельное давление на более жесткий материал, не превышающее предел упругости последнего, что обеспечивает малый его износ. Для антифрикционных материалов наиболее благоприятным является режим упругого деформирования и наличие мягкой пленки на поверхности трения, что обеспечивает минимум механической и молекулярных составляющих. С этой точки зрения, трущиеся материалы должны быть по возможности более твердыми. Практически до последнего времени в опорах скольжения вкладыши изготовлялись из более мягкого мате­риала, чем вал. Это обусловливалось рядом косвенных сообра­жений, а именно: желанием обеспечить минимальный износ более сложной детали, а также легкую прирабатываемость, необходимую для компенсации перекосов из-за неправильного изготовления или сборки деталей.

Именно эти соображения приводят на практике к примене­нию в подшипниках скольжения разных по твердости мате­риалов.

Определению твердости материалов посвящено большое ко­личество работ. Методы определения твердости металлов рег­ламентированы ГОСТом 2999—159 (определение твердости алмазной пирамидой по Виккерсу), ГОСТом 9012—59 (испыта­ние на твердость по Бринелю), ГОСТом 9013—59 (испытание на твердость по Роквеллу), ГОСТом 9450—60 (испытание на мик­ротвердость, вдавливанием алмазной пирамиды).

Для оценки фрикционных свойств материалов особо важно определить зависимость твердости от температуры, так как в процессе трения в зоне контакта могут возникать повышенные температуры. В связи с этим необходимо отметить работу П. Г. Мейнстер и А. Д. Курицыной, исследовавших зависимость твердости от температуры для полимерных материалов, и М. Г. Лозинского, изучавшего зависимость твердости от тем­пературы для металлов в вакууме.

На рис. 25 изображена схема шестипозиционного прибора М. Г. Лозинского для определения твердости в вакууме в широ­ком диапазоне температур. Исследуемые образцы /, имеющие форму диска диаметром 14,8 мм и высотой 5 мм, помещены в держатели 2, прикрепленные к стойкам 3, снабженным зубчаты­ми колесами 4. Стойки и образцы вращаются вокруг вертикальной оси в подшипниках 5, расположенных в подставке 6. Кони­ческая зубчатая передача 7 соединена вакуумным шлифом 8 с червячным редуктором 9 со стрелкой и шкалой 10 для опреде­ления положения образцов. Каждое деление шкалы соответству­ет повороту образцов на 6°. Образцы нагреваются до 1300° С в результате излучения от молибденового ленточного нагревате­ля 11, охватывающего каждый образец. Выводы от нагревателя

Рис. 25. Схема шести шпиндельного прибора

проходят через вакуумное уплотнение в корпусе 12 и присоеди­няются к низковольтному трансформатору-..Для снижения ве­личины тепловых потерь от нагревателя служат экраны 13.

Твердость металлов и сплавов в описанном выше приборе измеряется методом вдавливания наконечника индекатора, имеющего форму четырехгранной пирамиды.

Модуль упругости. Значение его аналогично твердости только для упругого контактирования поверхностей. Модуль уп­ругости необходимо определять также в зависимости от темпе­ратуры.

Адгезионные свойства материалов, необходимые для опре­деления коэффициента трения, определяются на приборе «Адгезиометр», узел трения которого показан на рис. 26.

Испытуемый конусный образец 3 диаметром 8,6 мм, длиной 25 мм протягивается через оправку 2 с тремя жестко закреплен­ными сферическими инденторами / диаметром 1,58 мм, располо­женными по окружности под углом 120° один к другому. Переменная нагрузка осуще­ствляется за счет конусности образца. Конусность образца лежит в пределах от 40' до Т и выбирается в зависимости от механических свойств материала. Протяжка осуществляется электродвигателем /

 

 

 

Рис. 26. Схема узла трения прибора «Адге- зиометр»: 1-индентор; 2 — оправка; 3- образец

 

 

Рис. 27. Схема прибора для изучения схватыва­ния металлов и опреде­ления молекулярной со­ставляющей сил трения:

1 — электродвигатель с ре­дуктором; 2 — тяга к силь­ному, 3 — тяга к образцу; 4 — камера

 

(рис. 27) через редуктор со скоро­стью 0,1 м/мин. с усилием 50—100 кГ Для устранения эксцентрицитета нагрузка на образец, помещенный в вакуумную камеру 4, от двигателя передается че­рез тяги 2 и 3, шарниры и вилку.

Методика позволяет определять t _адг как на воздухе, так и в вакууме.'Для определения t_адг в вакууме используется откачной пост ВОП-6 с дополнительным электрозарядным сорбционным насосом ЭСН-1. Установка дает возможность получать ва­куум 2-10-⁸ мм. рт. ст.

Разработанный автором совместно с Н. М. Шраго метод основан на экспериментальном определении глубины внедрения индентора h, соответствующей переходу от пластического оттес­нения к резанию под переменной нагрузкой. Ориентировочный расчет tавг производится по формуле, не учитывающей наклепа и пьезоупрочнеиия адгезионной связи:

(6.1)

где h — глубина внедрения индентора, соответствующая пере­ходу от пластического оттеснения к резанию;

R — радиус индентора;

q_r — фактическое давление, которое можно принять числен­но равным твердости H В.

Непосредственное определение глубины 'h производится с помощью интерференционного микроскопа МИИ-1 и двойного микроскопа МИС-11. Момент перехода определяется по навалам по краям дорожки и по исчезновению следов обработки на до­рожке трения.

Оценка поверхностной энергии твердого тела по его смачи­ваемости описана Г. В. Лихницким и Ю. А. Жебакрицким, а также Э. Дж. Клейфильдом, Дж. Б. Метыозом и Т. В. Уиттеном. Вопросы смачиваемости изучались также А. Д. Курици-ной.

Оценка фрикционной контактной усталости. Усталостная кон­цепция износа базируется на представлении о том, что отделение материала происходит после некоторого числа взаимодействий между микронеровностями трущихся поверхностей. Усталостные_. свойства материалов характеризуются снятием кривой, опре­деляющей соотношение между числом циклов до разрушения и отношением разрушающего напряжения к действующему для уп­ругого контакта или отношением деформации при разрушении действующей деформации при пластическом контакте. Уста­лостные характеристики материалов определяются на приборе «Циклометр»

(рис. 28), предназначенным для оценки фрикционно-контактной усталости.

Методика испытаний сводится к следующему. Плоский обра­зец материала /, представляющий собой диск диаметром 10 мм, высотой 2—10 мм, устанавливается на вращающемся предмет­ном столике 2. К образцу прижимается сменный неподвижный индентор 3, прикрепляемый жестко к стержню силоизмеритель-ной балочки 4. Форма индентора выбирается в зависимости от принятой модели шероховатости сферической или в виде кону­са. Так как рассеяние результатов испытаний находится в прямой зависимости от величины пятна фактического контакта, сферу желательно иметь как можно меньшего радиуса — не более 0,75 мм и максимальной твердости. В наших опытах в ка­честве индентора использовались шарики из стали ШХ-15 и алмазный конус с радиусом закругления 40 мк.

На силоизмерительной балочке наклеены четыре проволоч­ных датчика 5 с базой 5—б мм. Датчики включены в измери­тельную схему так, что образуют два плеча мостика сопротив­ления. Левый верхний и правый нижний датчики составляют одно плечо, а правый и левый нижние — другое плечо. При таком включении датчиков разбаланс мостика зависит лишь от изгиба балочки под действием тангенциальной силы, приклады­ваемой к индентору при скольжении, и не зависит от изгиба балочки под действием нормальной нагрузки на индентор, которая создается грузами 6. Датчики подключаются к шлейфо-вому осциллографу через тензометрический усилитель. Силоизмерительная балочка крепится к концу рычага 7, шарнирно укрепленного па стойке 9.

 

 

 

Рис. 28. Схема прибора «Циклометр»

 

На втором конце рычага 7 устанавливаются балансирные грузы 8. Стойка 9 крепится на основании 10 и может устанав­ливаться так, что индентор имеет возможность взаимодейство­вать с поверхностью образца 1 на различных радиусах (от 0 до 18 мм).

Привод вращающегося предметного столика может осуще­ствляться от одного из двух электродвигателей //, 12 через муфты сцепления 13, 14 и червячный редуктор 15. Двигатель 11 позволяет регулировать скорости вращения предметного столи­ка от 20 до 200 об/мин, а двигатель 12 обеспечивает получение скорости 1—30 об/мин. На валу предметного столика установле­но контактное устройство 16, связанное с электрическим счетчи­ком оборотов. Для получения профилограммыс поверхностей трения установка компонуется с профилографом ВЭИ-Калибр. Испытания проводятся при нормальной нагрузке на индентор, соответствующей заданным условиям. При нескольких первых проходах индентора износ не наблюдается. Качество поверхностиконтролируется по профилограммам поверхности трения образ­ца и контактной поверхности индентора. После определенного числа циклов взаимодействия, зависящего от величины относи­тельного внедрения, наступает интенсивное разрушение, которое регистрируется профилографом. Начало разрушения поверхно­сти косвенно контролируется по изменению силы трения.

По результатам испытаний строитсязависимость величины относительного напряжения от количества циклов. Коэффициент усталости / определяется по углу наклона кривой, значение о_кр определяется путем экстраполяции экспериментальных значе­ний при п = 1.

Усталостные характеристики материалов при упругом кон­такте могут также определяться методами, предусмотренными в ГОСТе 2860—45 (методопределения предела выносливости).

Между фрикционной контактной усталостью и усталостью, оп­ределяемой при одноосном нагружении, имеется тесная корре­ляция.

Усталостно-прочностные характеристики материалов необхо­димо определять также в зависимости от температуры.

Рекомендуемая литература:Основная: 1 [разд.9, с.363-371 ].

Контрольные вопросы

1. Сколько и какие существуют этапы испытания на трение и износ?

2. Какие существуют ГОСТы на испытание работоспособности материалов?

3. Как определяется адгезионные свойства материалов?