Образец для испытаний на трение

(51)01 3/56, 19/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕНИЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Бодрунов Николай Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Образец для испытаний на трение, выполненный в виде составного цилиндрического ролика, включающего арматуру и покрытие из полимерного испытуемого материала,отличающийся тем, что покрытие выполняют в виде слоев одинаковой толщины, полученных путем непрерывной намотки на арматуру калиброванного волокна из испытуемого материала до получения заданного размера образца с закреплением концов волокна в фиксаторах. Фиг. 1 Изобретение относится к трибологии и может быть использовано для определения коэффициентов трения скольжения и качения материалов. Для определения фрикционных характеристик материалов проводят испытания с использованием образцов различной формы и размеров. Известны конструкции образцов 1-4, позволяющие определять фрикционные характеристики материалов в условиях скольжения и качения, что повышает эффективность испытаний. Ограниченная область применения образцов в виде шаров и конусов обуслов 8063 1 2006.04.30 лена неадекватностью их лабораторных испытаний условиям эксплуатации распространенных узлов трения в виде подшипников скольжения и качения с начальным контактом по линии, зубчатых передач, роликовых направляющих, сопряжений колесо-рельс и т. д. При использовании роликовых образцов имеет место значительная материалоемкость испытаний, в особенности при использовании образцов большого диаметра и толщины. Имеются трудности при сопоставлении фрикционных характеристик материалов, полученных на различных образцах, размеры которых варьируются в зависимости от используемого оборудования. Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является образец для испытаний на трение 4 в виде составного цилиндрического ролика,включающего арматуру и покрытие из испытуемого материала, формируемое методом литья под давлением. Применение прототипа позволяет снизить материалоемкость испытаний образцов благодаря использованию арматуры, составляющей основной объем образца. Однако прототип имеет следующие недостатки трудоемкость изготовления оснастки для формирования покрытия методом литья под давлением невысокое качество поверхности трения образца, обусловленное короблением покрытия вследствие усадки материала при затвердевании отливки значительные энергозатраты при проведении трибоиспытаний на испытательных машинах большой мощности, обусловленные необходимостью получения высоких удельных давлений на значительной контактной поверхности образца неравномерность распределения нагрузки по длине образца, связанная с краевой концентрацией контактных давлений невозможность регулирования уровня остаточных напряжений в поверхностном слое испытуемого материала. Задачами изобретения являются уменьшение затрат на изготовление образцов повышение качества поверхности трения образцов снижение энергозатрат при проведении трибоиспытаний получение равномерного распределения контактных давлений по длине образца определение фрикционных характеристик при различном уровне остаточных напряжений в поверхностном слое материала образца, оказывающих влияние на его фрикционные характеристики. Решение указанных задач достигается тем, что образец для испытаний на трение выполняют в виде составного цилиндрического ролика, включающего арматуру и покрытие из полимерного испытуемого материала, причем покрытие выполняют в виде слоев одинаковой толщины, полученных путем непрерывной намотки на арматуру калиброванного волокна из испытуемого материала до получения заданного размера образца с закреплением концов волокна в фиксаторах. На фиг. 1 показана конструкция образца для испытаний на трение на фиг. 2 показана схема предварительного нагружения образца. Как показано на фиг. 1, образец состоит из арматуры 1 в виде цилиндрического ролика и покрытия 2, образованного путем намотки волокна из испытуемого материала. Данное выполнение образца позволяет варьировать его рабочую длину и диаметр при неизменной арматуре посредством изменения длины и числа слоев намотки (в частности, минимальный диаметр образца равен сумме диаметра оправки и поперечного размера волокна). Устраняется необходимость применения технологии литья под давлением, что снижает затраты, связанные с изготовлением специальных литьевых форм. Для изготовления образцов могут быть использованы промышленно выпускаемые волокна без дополнительной переработки, а их намотка может производиться на серийном оборудовании (токарных и др. станках). В сравнении с прототипом, изготавливаемым методом литья под давлением, отсутствует коробление рабочей поверхности образца, поскольку технология изготовления волокна методом экструдирования обеспечивает высокую стабильность (калибровку) формы поперечного сечения. Выполнение слоев покрытия из большого (статистически значимого) числа витков тонкого волокна способствует стабильности результатов испытаний. Отсутствие жесткой связи соседних витков тонкого однослойного покрытия способствует равномерному распределению контактных давлений по длине образца. После проведения 2 8063 1 2006.04.30 трибоиспытаний намоточные слои удаляются с арматуры и могут быть дополнительно исследованы другими методами. Взятие проб материала из поверхностного слоя образца упрощается по сравнению с монолитным покрытием прототипа. При намотке покрытия волокном круглого поперечного сечения площадь контакта образца с контртелом уменьшается, и задаваемый уровень контактных давлений реализуется при существенно меньших нагрузках на образец, позволяя снизить мощность испытательного оборудования и энергозатраты. В ряде случаев упрощается нагружение образца благодаря возможности проведения испытаний под действием собственного веса образца. Уменьшается краевая концентрация контактных давлений, так как круговая форма крайних витков равноценна скруглению кромок рабочей части образца. При намотке волокном с прямоугольным поперечным сечением отсутствуют периодические изменения толщины покрытия по длине образца. Таким образом, условия контактирования с контртелом заявляемого образца оказываются близкими к условиям контактирования прототипа, имеющего монолитное покрытие. Образец изготавливается следующим образом. Калиброванное волокно из испытуемого материала наматывается на арматуру 1, образуя покрытие 2. Витки удерживаются благодаря закреплению концов волокна в фиксаторах 3 и трению между волокном и оправкой. Для улучшения фиксации могут быть использованы адгезивы, наносимые на поверхность арматуры перед намоткой. При намотке может быть получено предварительное напряженное состояние покрытия посредством заданного усилия натяжения волокна, как показано на фиг. 2. Далее образец испытывается на трение известными способами, описанными, например, в 1-4. В частности, предлагаемый образец был изготовлен в лабораторных условиях намоткой полиамидного волокна круглого поперечного сечения диаметром 0,2 мм на стальную цилиндрическую арматуру диаметром 30,5 мм с длиной намотки 32 мм. Для дополнительной фиксации намотки применяли циакриновый клей. Предложенное техническое решение позволяет определить фрикционные характеристики материалов при качении и скольжении с возможностью регулирования напряженного состояния поверхностных слоев, снизить трудоемкость и материалоемкость изготовления образцов, а также энергозатраты при проведении трибоиспытаний. Источники информации 1. Гриб В.В., Лазарев Г.Е. Лабораторные испытания материалов на трение и износ. М. Наука, 1968. - 141 с, С. 60. 2. Пинегин С.В. Трение качения в машинах и приборах. - М. Машиностроение, 1976. 264 с, С. 129-132. 3. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принципы и приложения. - Гомель ИММС НАНБ, 2002. - 320 с, С. 155-156. 4. Белый В.А., Старжинский В.Е., Щербаков С.В. Металлополимерные зубчатые передачи. - Минск Наука и техника, 1981. - 352 с, С. 58-60 - прототип. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3