СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING COEFFICIENT OF EXTERNAL FRICTION

Предлагаемое изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента внешнего трения при взаимном перемещении образцов. Кроме того, устройство для осуществления предложенного способа можно использовать для определения статического коэффициента внешнего трения образцов.
Известны способы определения динамического коэффициента внешнего трения, состоящие в измерении силы трения при заданной нормальной силе между исследуемыми образцами. Недостатком таких способов является наличие силоизмерительных механизмов, усложняющих применяемые для реализации способа устройства. Кроме того, при измерении сила трения варьирует, для ее усреднения требуются вычисления, также снижающие точность определения коэффициента трения.
Существуют способы и устройства, позволяющие исключить измерение силы трения и определять коэффициент внешнего трения косвенно, измерением геометрических параметров определенным образом организованной механической системы.
Известен способ определения статического коэффициента внешнего трения сыпучих материалов (а.с. СССР №1573397, кл. G01N 3/56, 1990), заключающийся в том, что на плоском горизонтальном контробразце размещают сыпучий материал. Вращением контробразца вокруг вертикальной оси к сыпучему материалу, также участвующему во вращении, прикладывают тангенциальную нагрузку, создаваемую центробежной силой. Измерять такую нагрузку нет необходимости, так как она однозначно определяется известными физическими закономерностями. Коэффициент трения при известной частоте вращения находят расчетным путем по радиусу оставшегося на контробразце материала, определяя предельную удерживающую материал силу трения из условия равенства ее центробежной силе на данном радиусе. Основным недостатком способа является невозможность использования его для определения динамического коэффициента внешнего трения (трения движения). Кроме того, область его применения ограничена случаями, когда один из испытуемых материалов является сыпучим.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения статического коэффициента внешнего трения путем измерения угла наклона φ относительно горизонтальной плоскости двух образцов, расположенных один на другом, в момент начала скольжения одного образца относительно другого, с расчетом коэффициента m внешнего трения по формуле m=tgφ (п. США №3020744, кл. 73-9, кл. G01N 19/02, 1962). Недостатком способа также является его непригодность для определения динамического коэффициента внешнего трения скольжения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность определения динамического коэффициента внешнего трения с измерением только геометрических параметров системы, без измерения силы трения.
Технический результат достигается тем, что для определения коэффициента внешнего трения между двумя образцами с плоскими рабочими поверхностями, расположенными друг на друге и имеющими возможность наклона с изменяющимся углом φ, связанным с коэффициентом внешнего трения зависимостью m=tgφ, нижний из которых имеет возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной рабочей поверхности, нижний образец приводят во вращение, центр рабочей поверхности верхнего образца размещают на радиусной линии нижнего образца, а линейная скорость совпадающих с ней точек нижнего образца направлена вверх по уклону, лишают верхний образец возможности смещения в направлении вращения и увеличивают наклон рабочих поверхностей до начала соскальзывания верхнего образца в направлении, противоположном вращению нижнего, в этот момент измеряют угол наклона φ и определяют коэффициент внешнего трения.
На фиг.1 показана схема возможного варианта реализации способа экспериментального определения динамического коэффициента внешнего трения, на фиг.2 показана схема размещения верхнего образца на рабочей поверхности нижнего образца, где 1 - нижний образец; 2 - верхний образец; 3 - упор.
Определение динамического коэффициента внешнего трения по предлагаемому способу заключается в следующем. Нижний образец 1, имеющий возможность вращения вокруг оси О, перпендикулярной его рабочей поверхности, и одновременного изменения угла наклона φ рабочей поверхности относительно горизонтальной плоскости, приводят в исходное горизонтальное положение. На нижний образец устанавливают верхний образец 2 таким образом, чтобы центр О его рабочей поверхности находился непосредственно на радиусной линии R нижнего образца, а линейная скорость совпадающих с радиусной линией точек образца 1 при его вращении направлена вверх по уклону. Для определения динамического коэффициента внешнего трения нижний образец 1 приводят во вращение, в которое он стремится увлечь и лежащий на его поверхности верхний образец 2. Неизменное положение образца 2 обеспечивают, удерживая его при помощи упора 3. Между вращающимся образцом 1 и неподвижным образцом 2 возникает относительное движение, а в результате и сила трения. Сила трения численно равна произведению динамического коэффициента внешнего трения на величину нормальной к рабочим поверхностям силы давления, зависящей от силы тяжести верхнего образца и угла наклона φ образцов. При увеличении угла наклона φ нормальная сила давления между образцами, а соответственно сила трения, удерживающая верхний образец от соскальзывания, уменьшаются, одновременно с этим происходит рост составляющей силы тяжести, которая стремится сдвинуть образец 2 вниз по уклону. В некоторый момент наступает равенство скатывающей и удерживающей сил. Дальнейшее увеличение угла наклона φ нарушает это равновесие и сопровождается соскальзыванием образца 2 вниз по уклону, чему упор 3 не препятствует. В момент соскальзывания образца 3 измеряют угол наклона φ, с использованием которого находят динамический коэффициент внешнего трения по формуле m=tgφ.
Определение статического коэффициента внешнего трения производят в таком же порядке, но при отсутствии вращательного движения нижнего образца. Таким образом, предлагаемый способ является универсальным и позволяет определять как динамический, так и статический коэффициенты внешнего трения.