способ измерения износа материалов

Формула изобретения

Способ измерения износа материалов, заключающийся в том, что испытуемый образец устанавливают на машину, к контробразцу прикладывают нагрузку, включают привод, в результате чего происходит износ образцов, отличающийся тем, что определяют распределение давления по формуле Герца и строят график зависимости давления по ширине канавки износа, по показаниям профилографа строят график зависимости износа по ширине канавки износа, далее сопоставляют график давления по ширине канавки износа и график износа по ширине канавки износа и строят график зависимости износа от давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трибологии и может быть использовано при измерении износа материалов.

Известен способ измерения износа микрометрированием, заключающийся в том, что испытуемый образец устанавливают на машину, к контробразцу прикладывают нагрузку, включают привод и после определенного времени работы пары трения происходит износ образцов, причем размеры образцов в определенных направлениях до и после трения измеряют микрометром и по разности линейных величин оценивают износ ("Методы испытания на трение и износ", Л.И.Куксенова, В.Г.Лаптева, А.Г.Колмаков, Л.М. Рыбакова - М.: "Интермет Инжиниринг", 2001, стр.63).

Недостатком данного способа является большое количество испытаний в связи с тем, что для получения зависимости износа от давления следует провести испытание и замерить износ при каждой нагрузке.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ измерения износа материалов, заключающийся в том, что испытуемый образец устанавливают на машину, к контробразцу прикладывают нагрузку, включают привод и после определенного времени работы пары трения происходит износ образцов, который измеряют при различных давлениях, в результате чего получают зависимость износа от давления. (Сачек Б.Я., Эфрос Д.Г. К оценке температурных зависимостей параметров фрикционной усталости по результатам испытаний на изнашивание твердосмазочных покрытий // Трение и износ. - 1986. - Т.7, №1. - с.75-84).

Недостатком данного способа является большое количество испытаний в связи с тем, что для получения зависимости износа от давления следует провести испытание и замерить износ при каждой нагрузке.

Задача изобретения - сокращение времени испытаний за счет уменьшения их количества при различных нагрузках.

Поставленная задача достигается тем, что известный способ измерения износа материалов заключается в том, что испытуемый образец устанавливают на машину, к контробразцу прикладывают нагрузку, включают привод, в результате чего происходит износ образцов, причем определяют распределение давления по формуле Герца и строят график зависимости давления по ширине канавки износа, по показаниям профилографа строят график износа по ширине канавки износа, далее сопоставляют график давления по ширине канавки износа и график износа по ширине канавки износа и строят график зависимости износа от давления.

Способ измерения износа может применяться при испытаниях узлов трения, работающих при различных нагрузках. Способ измерения износа направлен на сокращение количества испытаний для получения износа при различных нагрузках.

Способ измерения износа поясняется на примере проведения испытаний на машине трения, работающей по схеме сфера-плоскость при возвратно-поступательном перемещении контробразца.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид машины трения, фиг.2 - профиль канавки износа, фиг.3 - график зависимости давления по ширине канавки износа, фиг.4 - график зависимости износа по ширине канавки износа, фиг.5 - график зависимости износа от давления.

На машину трения устанавливают испытуемый образец 1, а контробразец 2 может быть выполнен из шарика, имеющего износостойкость больше, чем в 10 раз превышающую износостойкость образца 1.

К контробразцу 2 прикладывают требуемую по условиям испытаний нормальную нагрузку N=50 кг и, придавая через привод возвратно-поступательное движение V контробразцу 2, производят испытания образца в течение времени, предусмотренного конкретной методикой испытаний, например 1 час. В зависимости от времени, режимов и сред испытаний на поверхности образца после испытаний будет образовываться канавка износа радиуса R'=11,8 мм, глубиной h=4 мкм, шириной а=0,6 мм и длиной l=10 мм.

Расчетная величина давления на пятне контакта рассчитывается по формуле Герца:

где q₀ - максимальное давление, кг/мм² ;

- радиус пятна контакта, мм;

х - координата, изменяющаяся на участке от 0 до , мм;

q(x) - давление на координате х, кг/мм².

Максимальное давление рассчитывается по формуле:

где N - нормальная нагрузка на индентор, кг.

Радиус пятна контакта рассчитывается по формуле:

,

где I - универсальная упругая постоянная, кг/мм² ;

R - радиус индентора, мм.

Универсальная упругая постоянная рассчитывается по формуле:

где ₁ - коэффициент Пуассона индентора (0,3);

₂ - коэффициент Пуассона образца (0,3);

E ₁ - модуль упругости индентора (20000 кг/мм² );

Е₂ - модуль упругости образца (20000 кг/мм ²);

Рассчитываем радиус пятна контакта:

Рассчитываем максимальное давление:

Рассчитываем давление на пятне контакта радиусом =0,3 мм с шагом 0,1 мм и строим график зависимости давления по ширине канавки износа q(x):

№ п/п	x, мм	кг/мм2
1	0	265
2	0,1	249
3	0,2	197

Профилографом находим геометрию канавки износа и строим график зависимости износа по ширине канавки износа S(x), где S - износ в мкм:

№ п/п	х, мм	S, мкм
1	0	4
2	0,1	3
3	0,2	2

По результатам двух графиков S(x) и q(x) строим график зависимости износа от давления S(q), по которому можно определить износ при различных нагрузках 0...N.

Данный способ определения износа материалов при различных давлениях имеет следующие ограничения:

- ограничение по нагрузке - среднее давление на индентор должно быть меньше твердости по Бринелю q<HB;

- ограничение по износу - радиус профиля канавки износа должен быть в 2,36 раза больше радиуса индентора (из условия того, что радиус пятна контакта при трении по лунки износа не должен превышать на 20% радиуса пятна контакта при приложении начальной нагрузки).

По полученному графику зависимости износа от давления определяют износ при различных нагрузках, например в вышеуказанном примере при нагрузки 223 кг/мм² износ составляет 2 мкм.