СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ НА ТРЕНИЕ, ИЗНОС И ЗАЕДАНИЕ
METHOD OF TEST OF MATERIALS AND COATINGS FOR FRICTION, WEAR AND JAMMING

Изобретение относится к области триботехнических испытаний материалов и может быть использовано при создании новых сталей и сплавов с особыми свойствами для тяжелых условий эксплуатации, а также при оценке работоспособности модифицированных поверхностей и покрытий.
Известен аналогичный заявляемому способ испытания образцов (Гаркунов Д.И. Повышение износостойкости деталей машин. М.: Машин., 1960, с. 33). Описываемое устройство содержит длинный цилиндрический образец, к которому оппозитно с двух сторон прижаты пружиной два установленных перпендикулярно и неподвижно закрепленных коротких цилиндрических образца. С помощью привода длинный цилиндрический образец перемешают относительно коротких образцов. Момент схватывания образцов фиксируют по скачку силы трения и, соответственно, по усилию перемещения образцов относительно друг друга.
К недостаткам такого испытания можно отнести следующее. Смена зоны фрикционного контакта происходит только у длинного образца. Трущиеся поверхности коротких образцов не меняются. Поэтому они имеют вид и свойства уже приработанных поверхностей с характерными микрогеометрией, поверхностным упрочнением, вторичными структурами поверхностного слоя и т.д.
Все это не характерно для режима приработки реальной пары трения, и, соответственно, результаты испытания не будут в полной мере характеризовать режим приработки пары трения.
Кроме того, устройство позволяет вести испытание при какой-то одной фиксированной нагрузке, а значит, для определения критической нагрузки необходимо будет проводить ряд испытаний, что может существенно увеличить трудоемкость испытаний и потребное число образцов.
Конструкция устройства-аналога позволяет проводить испытания только в режиме трения скольжения и не позволяет моделировать трение с проскальзыванием, которое характерно для работы многих узлов трения.
Наиболее близким по технической сущности является способ испытания по а.с. №1084657, заключающийся в перемещении с помощью привода относительно друг друга взаимно прижатых и расположенных под некоторым углом цилиндрических образцов в условиях непрерывно увеличивающегося усилия прижатия. При этом, поскольку короткие ролики свободно вращаются на осях и установлены под углом к оси длинного образца, то происходит их вращение вокруг оси и смена зоны фрикционного контакта. Использование в конструкции специальной накладки переменного сечения позволяем вести испытание с постоянно увеличивающимся усилием прижатия образцов.
К недостаткам устройства-прототипа можно отнести то обстоятельство, что оно по своим конструктивным особенностям может реализовать только трение с проскальзыванием. Трение скольжения в чистом виде оно реализовать не может. Кроме того, площадь поверхности трения поворачивающихся роликов при условии одноразового фрикционного взаимодействия невелика и значительно уступает площади трения образцов в заявленном способе. Поэтому испытания на устройстве-прототипе можно проводить в достаточно узком диапазоне нагрузок. А значит, для получения полной картины взаимодействия трущихся поверхностей потребуется определенное число испытаний, что, несомненно, увеличит их стоимость.
Задача изобретения - устранение отмеченных недостатков.
Положительный эффект от предлагаемого способа достигается за счет повышения достоверности результатов при исследовании работы пары трения в режиме приработки и за счет расширения технологических возможностей при испытании. При этом во фрикционное взаимодействие зоны трения вступают только один раз, а испытания можно проводить в режиме чистого трения скольжения, в режиме трения с проскальзыванием и в широком диапазоне нагрузок.
Предметом изобретения является способ испытания образцов на трение, износ и заедание, заключающийся в перемещении с помощью привода относительно друг друга взаимно прижатых и расположенных под углом цилиндрических образцов, отличающийся тем, что при испытании в режиме приработки и трения с проскальзыванием и без каждый из двух образцов принудительно вращают вокруг своей оси, при этом один из образцов перемещают одновременно вдоль своей оси и оси второго образца.
Преимуществом предлагаемого способа является возможность проводить испытания процесса приработки трущихся поверхностей в широком диапазоне нагрузок. При этом в контакт вступают участки поверхности трения, не участвовавшие в процессе прежде и несущие в себе свойства, заложенные исключительно финишными операциями технологии изготовления деталей. Именно эти свойства определяют результаты приработки пары трения - длительность процесса приработки, величину приработочного износа, качество трущихся поверхностей, допустимые нагрузки и т.д.
Сущность предложенного способа поясняется фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показано положение образцов 1 и 2:
а) в начале испытания:
б) в конце испытания.
На фиг. 2 изображена принципиальная схема реализации предложенного способа испытаний.
Предложенный способ легко реализовать на обычном токарном станке. Образец 1 крепят одним концом в патроне токарного станка, другой конец образца поджимают вращающимся центром, установленным в задней бабке станка. Образец 1 получает вращение от шпинделя станка.
Для вращения образца 2 на поперечный суппорт 3 станка устанавливают дополнительный привод вращения 4 с peгулируемой частотой вращения. Привод устанавливают с помощью шарнира 5, что обеспечивает его свободное перемещение относительно образца 1 и, соответственно, обеспечивает его прижатие к образцу 1 под действием нагрузки. Усилие прижатия образца 2 к образцу 1 можно обеспечить, например, подвесив, набор грузиков 6 через подшипник качения 7 на конце образца 2.
После установки образцов и грузиков включают вращение шпинделя станка и вращение привода образца 2, включают также поперечную и продольную подачи станка. Образец 1 вращается, при этом оставаясь на месте, а образец 2 вращается и одновременно перемещается вдоль своей оси и оси образца 1.
По мере перемещения образна 2 относительно образца 1 будет увеличиваться плечо воздействия силы тяжести грузиков, вследствие чего давление в контакте будет плавно возрастать вплоть до наступления момента схватывания образцов. Схватывание образцов характеризуется резким увеличением силы трения в контакте и фиксируется с помощью резкого отклонения привода 2 от установившегося положения. Резкое отклонение привода происходит из-за того, что привод устанавливают в опорах качения 8 с фиксацией пружинами 9 от поворота в корпусе 10.
Меняя соотношение скоростей вращения образцов и скоростей подачи образца 2, можно моделировать не только процесс чистого трения скольжения, но и моделировать трение с разной степенью проскальзывания, которое характерно для условий работы целого ряда узлов, механизмов, передач (подшипники качения, передаточные механизмы и т.д.).