СПОСОБ ОЦЕНКИ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ПАРАМЕТРОВ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ В СТЕНДОВЫХ УСЛОВИЯХ

Способ оценки внешних и внутренних параметров узлов трения при испытании в стендовых условиях, при которой механические системы объектной и модельной структуры, состоящие из подсистем, при их контактно-импульсном электротермомеханическом фрикционном взаимодействии, находящихся во взаимодействии с конструктивными особенностями, линейным или полиноминальным законами изменения тахограмм металлического фрикционного элемента пары трения, а также со скоростной, силовой, электрической, тепловой и химическими характеристиками узла трения, составляющими его единое поле энергетического взаимодействия, при условии, что между внешними и внутренними параметрами «объекта» и «модели» обеспечиваются следующие соотношения:
- отношения масс объекта (М) и модели (m) равно ;
Г
- отношение линейных размеров объекта (L) и модели (l) равно геометрическому масштабному подобию L/l=С;
п
п
- отношение полированных площадей объекта (S) и модели (s) равно ;
м
м
- отношение матовых площадей объекта (S) и модели (s) равно ;
ф
- отношение физико-механических параметров материалов коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, температур и их градиентов, коэффициентов теплоотдачи; твердость, модуль упругости, предел прочности, сопротивление срезу и т.д. объекта (Ф) и модели (ф) равно Ф/ф=С=1,0;
- отношение внешних сил, действующих на элементы пары трения, объекта (F) и модели (f) равно
τ
- отношение времени протекания исследуемых процессов, явлений и эффектов в объекте (ζ) и модели (τ) равно ζ/τ=С=1,0, которые соблюдаются при следующих допустимых внешних параметрах:
H
C
H
C
- отношение натяжения набегающей ветви (S) и натяжения сбегающей ветви (S) тормозной ленты составляет S/S≤[n];
- удельные нагрузки (р) не превышают допустимой величины для материалов фрикционной накладки;
- изменение динамического коэффициента трения (f) колеблется от 0,2 до 0,5;
- поверхностные температуры фрикционной накладки не превышают допустимой для ее материалов;
- обод шкива не попадает в зону термостабилизационного состояния, отличающийся тем, что закономерности изменения линии токов силового, электрического, теплового и химического полей, характеризующиеся внутренними и внешними параметрами, во взаимодействии с линиями токов скоростного поля омывающих сред подчиняется волновой природе со сдвигом по фазе и описываются отвечающими ей симплексами при соблюдении следующих отношений:
H
- отношение высоты микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Н) и модели (h) равно H/h=C=1,0;
м
м
M
M
Lм
- отношение длины микровыступов фрикционных поверхностей объекта (L) и модели (l) равно L/l=C=1,0;
о
м
o
м
Ао
- отношение площадей пятен контактов микровыступов фрикционных поверхностей объекта (А) и модели (А) равно A/A=С=1,0;
N
- отношение импульсных нормальных усилий объекта (N) и модели (n) равно N/n=C=1,0;
CK
ск
CK
ск
V
- отношение линейных скоростей скольжения объекта (V) и модели (v) равно V/v=C=1,0;
т
т
т
т
Fт
- отношение импульсных сил трения объекта (F) и модели (f) равно F/f=С=1,0;
o
м
o
м
fo
- отношение импульсных динамических коэффициентов трения объекта (f) и модели (f) равно f/f=C=1,0;
о
м
о
м
Ро
- отношение импульсных удельных нагрузок объекта (р) и модели (р) равно р/р=С=1,0;
о
м
о
м
Мо
- отношение импульсных тормозных моментов объекта (М) и модели (М) равно М/М=С=1,0;
о1
о2
ο1
о2
Пo1
- отношение податливости стыков подсистемы "тормозная лента - нерабочие поверхности накладок" объекта (Π) и модели (П) равно Π/П=C=1,0;
о3
о4
о3
о4
По3
- отношение податливости стыков подсистемы «рабочая поверхность накладки - поверхность обода шкива» объекта (П) и модели (П) равно П/П=С=1,0;
А
- отношение амплитуд колебаний связей механических подсистем и деформаций микронеровностей объекта (А) и модели (а) равно А/а=С=1,0;
Ω
- отношение частот колебаний объекта (Ω) и модели (ω) равно Ω/ω=C=1,0;
о
м
о
м
Э
о
- отношение энергетических уровней подповерхностных слоев объекта (Э′) и модели (Э′) равно Э′/Э′=С′=1,0;
в
в
в
в
Vт
- отношение токов скоростей омывающего воздуха объекта (V) и модели (v) равно V/v=C=1,0;
c
c
c
c
Vc
- отношение токов скоростей компонентов омывающих сред объекта (V) и модели (v) равно V/v=C=1,0 и при этом соблюдается в открытой термодинамической системе трибосопряжения равенств не только поверхностных температур, но и равенств химических потенциалов при вынужденном конвективном теплообмене его подсистем:
- «наружная поверхность обода шкива - скоростные токи охлаждающего воздуха»;
- «внутренняя поверхность обода шкива - скоростные токи компонентов омывающей среды»;
ф
н
ф
н
н
ф
- «поверхностный и подповерхностный слой полимерной накладки - скоростные токи компонентов омывающей среды», а взаимодействие подсистемы «обод тормозного шкива - крепежный выступ - фланец барабана лебедки» осуществляется кондуктивным теплообменом за счет температурных градиентов по их толщине, после чего производятся измерение и определение параметров трибосопряжения с одновременным контролем и фиксацией площадей пятен контактов микровыступов в реальном масштабе времени поскольку электротермическое сопротивление дискретных контактов с различной энергетической активностью микроконденсаторов и - термобатарей с мгновенным их переключением при изменении площадей пятен контакта микровыступов при соблюдении условий на первой стадии фрикционного взаимодействя (А<А), что фактическая площадь контактирования (А) мала по сравнению с номинальной (А), производится суммирование составляющих генерируемых токов, а при А-А фиксируется трибоЭДС в сопряжении с переменным градиентов механических свойств его материалов и при этом темп проникновения взаимодействующих между собой импульсов электрического и теплового токов влияет на интенсивность износа микровыступов при переполяризации, а величины тепловых токов на поверхностях пятен контактов микровыступов определяются с помощью гипотезы суммирования температур на поверхности с учетом генерируемых электрических токов
П
П1
всп
где ϑ - поверхностная температура от трения и контактного сопротивления, вызванная генерируемыми токами на пятнах контактов микровыступов, а также фрикционной составляющей; Δϑ - прирост поверхностной температуры от температуры вспышки, вызванной разрядными токами между микровыступами; ϑ - температура вспышки, вызванная разрядными токами между микровыступами;
υ1
при этом в теле металлического фрикционного элемента формируется объемная температура (ϑ), вызванная действием первых двух
составляющих, определяется из условия действия двух источников теплоты (электрического и фрикционного) в зоне трения
2
2
2
2
ф
CK
ТП1
cp
всп
где  - тепловой поток на контактной поверхности с учетом электрической и фрикционной составляющей, Вт/м; А - фактическая площадь касания, мм; I - генерируемый ток в парах трения, А; ρ - удельное сопротивление контактных материалов, (Ом·мм)/м; НВ - твердость по Бринеллю контактных материалов, МПа; N - импульсное нормальное усилие, действующее в зоне контакта материалов, Н; ρ′ - удельное сопротивление пленок на контакте, (Ом·мм)/м;  - динамический коэффициент трения; V - скорость скольжения, м/с; α - коэффициент распределения тепловых потоков; λ - приведенный коэффициент теплопроводности материалов пар трения, Вт/(м·°С); d - средний диаметр пятна контакта, определяемый с учетом реальной его шероховатости, мм; температуру вспышки ϑ определяют по зависимости вида:
CK
cp
v1
а
а
2
где Ре=(Vd)/ - критерий Пекле;  - приведенный коэффициент температуропроводимости материалов пар трения, м/с, а объемная температура металлического фрикционного элемента (ϑ) определяется из условия равенства тепловых потоков на контактной поверхности с учетом фрикционной и электрической составляющей и которая отводится от его полированной поверхности к скоростным токам омывающей среды:
в дальнейшем по приведенным выше температурам и оцениваются энергетические уровни поверхностных и подповерхностных слоев элементов
1max
трибосопряжения, после чего аналитическим путем оценивают максимальные сжимающие напряжения σ в ободе шкива
к
1
2
в
об
об
в
где σ, σ, σ - напряжение в ободе шкива от действия: удельных нагрузок в парах трения; температурных градиентов на его рабочей поверхности; объемной температуры: крепежного выступа (ϑ) и обода шкива (ϑ) при условии (ϑ>ϑ).
вз
ш
ш
где К - коэффициент взаимного перекрытия пар трения; b, δ - ширина и толщина обода шкива.
1
где  - коэффициент линейного расширения; Е - модуль упругости; ϑ,  - температуры: рабочей и внутренней поверхности обода шкива; µ - коэффициент Пуассона.
в
ф
в
ф
1
2
1
1
1
1
1
2
ср
где ϑ, ϑ - объемная температура крепежного выступа и фланца барабана; А, А - площади поперечных сечений крепежных выступов обода и фланца барабана; но при этом для более точного определения составляющих σ и σ в зависимость вместо  подставляем слагаемое  (где τ - время торможения; τ, τ′- время достижения температур ϑ и ϑ′), которое характеризует темп нагревания обода шкива, а в зависимость вместо  (где δ, δ, δ - толщины: крепежного выступа; фланца барабана; их средняя величина), которая характеризует температурные градиенты по толщине рассматриваемых элементов, а зарождение и развитие
трещин на рабочей поверхности ободов тормозных шкивов оценивается коэффициентом сопротивления тепловому удару
0
где σ, σ′ - напряжения: сопротивления трещинообразованию; максимальное тепловое.