Способ определения контактных давлений

(51)01 3/08 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ДАВЛЕНИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Шилько Сергей Викторович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(56) Марченко В.Л., Шамарин Ю.Е. Экспериментальные исследования контактных давлений в многослойных осесимметричных конструкциях // Вестник машиностроения. - 1999. -3. - С. 5960.а 20000783, 2002.2170919 1, 2001.311154, 1971.1682843 А 1, 1991.2001330523 , 2001.63236937 , 1988.(57) 1. Способ определения контактных давлений, согласно которому в зазоре между контактирующими телами размещают прокладку, производят нагружение контактирующих тел и регистрируют поперечные деформации прокладки, по которым судят о контактных давлениях в сопряжении, отличающийся тем, что прокладку выполняют из полимерного материала с эффектом памяти формы, нагружение осуществляют при температуре высокоэластического состояния материала прокладки, извлечение прокладки из контакта производят при температуре ниже точки перехода в высокоэластическое состояние, а контактные давления определяют по зависимости,где р(х) - распределение контактных давлений К - калибровочный коэффициент- толщина прокладки 7724 1 2006.02.28 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после регистрации деформации прокладки производят ее нагрев до температуры, превышающей точку перехода в высокоэластическое состояние. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала прокладки используют частично кристаллизующийся полимер, например полиэтилен с объемной сшивкой макромолекул аморфной фазы. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что о поперечных деформациях прокладки судят по профилограмме поверхности прокладки, а контактные давления определяют по зависимости,где р(х) - распределение контактных давлений К - калибровочный коэффициент- отклонение профиля поверхности деформированной прокладки от исходного профиля поверхности. Изобретение относится к механике и трибологии и может быть использовано в диагностике нагруженности контактных сопряжений. Среди известных способов определения контактных давлений в качестве аналогов можно указать способы, основанные на введении в зону контакта промежуточного тела в виде прокладки из листового материала 1-4. Регистрация изменений физико-механических характеристик промежуточного тела, обусловленных контактной деформацией,позволяет судить о распределении контактных давлений в сопряжении. С этой целью используют одно- и многослойные прокладки 1-4, в т.ч. из бумаги 3 и слоистых композиционных материалов типа- пленок 4, обладающих тензочувствительностью. Деформации прокладки носят необратимый характер и регистрируются после разгрузки сопряжения и извлечения прокладки из контакта, как правило, с применением оптических методов, например путем сквозного просвечивания. Общим недостатком указанных способов является нелинейная связь деформаций прокладки и контактных давлений. Это обусловлено тем, что контактным давлениям соответствуют упруго-пластические деформации материала прокладки, а регистрируется лишь их остаточная, пластическая компонента. Данный фактор приводит к систематической погрешности и затрудняет калибровку измерений. Необратимость пластических деформаций 1-3 или разрушения тензочувствительных структурных элементов- пленок 4 делает невозможным повторное использование прокладок. Кроме того, композиционные тензочувствительные прокладки 4 отличаются значительной стоимостью, а их подбор для определенного диапазона давлений предполагает наличие ассортимента указанных материалов. Использование прокладочных тензочувствительных материалов вносит определенное искажение определяемого распределения давлений. Эта погрешность заметна, если жесткость прокладки мала, но ее толщина сопоставима с контактными перемещениями тел сопряжения, либо жесткость прокладки значительно превышает контактную жесткость тел сопряжения 5-6. Это сужает область применения известных способов. Кроме того, требование фиксации деформаций посредством развитого пластического течения 1-3 или локального разрушения 4 прокладочных материалов обусловливает достаточно высокий порог чувствительности известных способов. Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ определения контактных давлений, согласно которому в контакт вводят прокладку из бумаги, осуществляют нагружение, а о распределении контактных давлений судят по прохождению света через прокладку, извлеченную после снятия нагрузки 3. 2 7724 1 2006.02.28 Недостатками прототипа являются необходимость получения необратимой деформации прокладки для ее последующего анализа вне зоны контакта, а также наличие порога тензочувствительности, что снижает точность измерений вследствие нелинейной связи контактных давлений и регистрируемых деформаций невозможность повторного использования прокладки ограниченная точность оптической регистрации деформаций прокладки, обусловленная структурной неоднородностью бумаги. Задачами изобретения являются повышение точности определения контактных давлений повторное использование тензочувствительной прокладки. Решение указанных задач достигается тем, что, согласно заявляемому способу, в зазоре между контактирующими телами размещают прокладку, производят нагружение контактирующих тел и регистрируют поперечные деформации прокладки, по которым судят о контактных давлениях в сопряжении, причем прокладку выполняют из полимерного материала с эффектом памяти формы, нагружение осуществляют при температуре высокоэластического состояния материала прокладки, извлечение прокладки из контакта производят при температуре ниже точки перехода в высокоэластическое состояние, а контактные давления определяют по зависимости,где р(х) - распределение контактных давлений К - калибровочный коэффициент- толщина прокладки(х) - поперечная деформация прокладки. Решение указанных задач достигается также тем, что после регистрации деформаций прокладки производят ее нагрев до температуры, превышающей точку перехода в высокоэластическое состояние. Решение указанных задач достигается также тем, что в качестве материала прокладки используют частично кристаллизующийся полимер, например полиэтилен с объемной сшивкой макромолекул аморфной фазы. Решение указанных задач достигается также тем, что о поперечных деформациях прокладки судят по профилограмме поверхности прокладки, а контактные давления определяют по зависимости(х) - отклонение профиля поверхности прокладки от исходного профиля поверхности. На фигуре показана схема размещения прокладки в контакте. Определение контактных давлений производят в следующей последовательности. В зазоре между телами сопряжения 1 и 2 размещают прокладку 3 из полимерного материала с эффектом памяти формы. Производят нагружение контакта при температуре высокоэластической деформации полимера. Для фиксации деформированного состояния прокладки устанавливают температуру прокладки ниже точки перехода в высокоэластическое состояние. После извлечения прокладки из контакта определяют ее поперечные деформации известными методами, например путем регистрации профилограммы поверхности. В этом случае для определения контактных давлений используется экспериментально подтвержденная линейная зависимость р(х) и перемещений поверхности (х) тонкого упругого слоя 5. Для повторного использования прокладки производят ее нагрев до температуры, превышающей точку перехода полимера в высокоэластическое состояние, что способствует возврату молекулярной структуры в исходное равновесное состояние. Достижение высокоэластического состояния обеспечивает обратимость деформаций и снижение модуля 3 7724 1 2006.02.28 упругости материала прокладки. Применение прозрачных полимерных материалов позволяет повысить оптическую однородность тензочувствительной прокладки. Заявляемый способ был реализован в лабораторных условиях при определении контактных давлений в сопряжении по схеме жесткая сфера - линейно-упругое основание с известным распределением давления. В качестве сферического тела сопряжения использовали шар из стали ШХ-15 диаметром 25,4 мм со шлифованной поверхностью, контртелом служила прямоугольная пластина из эластомера (технической резины) толщиной 20 мм. В качестве материала прокладки использовали радиационно-модифицированный полиэтилен в виде пленки толщиной 100 мкм. Нагружение производили на испытательном стенде 5567 7 путем сжатия указанного выше сопряжения между жесткими стальными плитами. Регистрация остаточных перемещений поверхности прокладки производилась профилометром, поддержание температур фазовых переходов осуществляли термоконтроллером. Калибровка измерений путем определения коэффициента пропорциональности в расчетных зависимостях (1, 2) выполнялась также на стенде 5567 путем сжатия диска из материала прокладки между жесткими плитами. Результаты испытаний позволяют заключить, что применение предлагаемого способа обеспечивает определение контактных давлений при возможности повторного использования тензочувствительной прокладки. Источники информации 1. Атопов В.И., Сердобинцев Ю.П., Славин Моделирование контактных напряжений. - М. Машиностроение, 1988. - С. 20-23. 2. А.с. СССР 928177, МПК 01 1/124, 1982. 3. Марченко В.Л., Шамарин Ю.Е. Экспериментальные исследования контактных давлений в многослойных осесимметричных конструкциях // Вестник машиностроения. - 1999.3. - С. 59-60 (прототип). 4.,,-//. - 1987. -3. - . 99-107. 5. Александров В.М., Мхитарян СМ. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. - М. Наука, 1983. - С. 487. 6. Шилько С.В. Экспериментальные и расчетно-экспериментальные методы определения контактных напряжений. Ч.2 // Трение и износ. - 1996. - Т. 16. -3. - С. 1-10. 7.5567 (, 2001). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.