Способ определения области контакта

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Хиженок Вячеслав Федорович Семенова Татьяна Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ определения области контакта, согласно которому в зазор между телами сопряжения вводят пластичную прокладку, осуществляют нагружение сопряженных тел, а о области контакта судят по отпечатку на извлеченной из контакта деформированной прокладке, осуществляя планиметрирование полученного отпечатка, отличающийся тем, что прокладку выполняют в виде пленки с регулярным микрорельефом поверхности, при этом тела сопряжения выполнены в виде узла трения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокладку выполняют в виде волнистой алюминиевой фольги. 8052 1 2006.04.30 Изобретение относится к трибологии и может быть использовано для определения параметров контактного взаимодействия в узлах трения. Среди способов определения области контакта имеются решения, основанные на регистрации необратимых изменений физико-механических свойств прокладки, вводимой в узел трения и испытывающей воздействие сопряженных тел 1-7. Ограничения данных способов обусловлены невозможностью получения в большинстве случаев индикаторной пленки в виде окиси материала образца 2 дефицитностью фоторезистов 3 или термоиндикаторов на полимерной пленке 4 низкая точность измерения контактных давлений и области контакта в сопряжении тел из низкомодульных материалов путем просвечивания бумажных прокладок до и после нагружения 5, 6, что обусловлено слабой зависимостью оптической прозрачности от давления и нерегулярностью строения бумаги. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения области контакта между поверхностями тел, заключающийся в том,что между этими поверхностями помещают прозрачную полимерную пленку, прикладывают к телам давление и осуществляют планиметрирование отпечатка 7. Достоинством прототипа является низкомодульность, однородность структуры и доступность полимерной пленки, как прокладочного материала. Его недостатками являются ограничения по точности и области использования, поскольку заметные изменения оптической прозрачности полимерной пленки происходит лишь в определенном диапазоне контактных давлений. Свойственные полимерам ползучесть и релаксация, а также зависимость механических свойств от температуры приводит к погрешности определения области контакта, особенно в условиях кратковременного приложения нагрузки. Задачами изобретения являются увеличение чувствительности к контактному давлению и расширение диапазона рабочих нагрузок и температур повышение точности определения области контакта, в особенности при динамическом нагружении узла трения. Решение указанных задач достигается тем, что в зазор между телами сопряжения вводят пластичную прокладку, осуществляют нагружение узла трения, а об области контакта судят по отпечатку на извлеченной из контакта деформированной прокладке, осуществляя планиметрирование полученного отпечатка, причем прокладку выполняют в виде пленки с регулярным микрорельефом поверхности, при этом тела сопряжения выполнены в виде узла трения. Решение указанных задач достигается также тем, что прокладку выполняют в виде волнистой алюминиевой фольги. На фиг. 1 показано размещение прокладки в контакте на фиг. 2 показано локальное уплотнение прокладки при контактном деформировании на фиг. 3 приведены диаграммы вдавливания цилиндрического индентора в контртело из резины (модуль упругости Е 34 МПа) без прокладки (штриховая линия) и с прокладкой из гофрированной алюминиевой фольги (сплошная линия) на фиг. 4 приведены диаграммы вдавливания сферического индентора в контртело из резины без прокладки (штриховая линия) и с прокладкой (сплошная линия) на фиг. 5 приведены диаграммы вдавливания сферического индентора в контртело из термоэластопласта (Е 141 МПа) без прокладки (штриховая линия) и с прокладкой (сплошная линия). Определение зоны контакта производится следующим образом. В соответствии с фиг. 1, в зазоре между телами сопряжения 1 и 2 размещают пластичную прокладку с регулярным микрорельефом 3 и осуществляют нагружение узла трения. Под действием контактного давления происходит пластическое смятие прокладки, приводящее к локальному выглаживанию ее поверхности в области контакта 4, как показано на фиг. 2. Затем деформированную прокладку извлекают из сопряжения и регистрируют изменение микрорельефа посредством профилометрии. В качестве прокладочного материала может быть использована фольга пластичных металлов (алюминия, меди и т.п.), профилированная путем прокатки или штамповки. В указанных материалах текучесть достигается при малых относительных деформациях, а волнистость фольги обусловливает ее низкую контактную 2 8052 1 2006.04.30 жесткость. Это позволяет регистрировать область контакта при малых нагрузках и в сопряжениях тел из низкомодульных материалов. Использование металлических прокладок позволяет регистрировать область контакта при существенно более высоких температурах по сравнению с прототипом, в котором используется полимерная пленка. Заявляемый способ был реализован при определении контактной области при индентировании стальным шаром диаметром 25,4 мм плоских пластин из резины и термоэластопласта, имеющих модули упругости Е 34 МПа и 141 МПа соответственно. Прокладочным материалом служила гофрированная алюминиевая фольга толщиной 5 мкм с двухсторонним микрорельефом в виде дискретных волн высотой 2,5 мкм. В качестве средства нагружения использовали испытательный стенд 5567. Планиметрирование пластического отпечатка производилось на микроскопе с точностью 10 мкм. После индентирования на прокладочном материале в виде фольги с микрорельефом были получены отчетливые отпечатки, слабо заметные при использовании прокладки из аналогичной фольги с гладкой поверхностью. Сопоставление диаграмм деформирования при наличии и отсутствии прокладки (фиг. 3, 4, 5) свидетельствует о том, что регистрация области контакта не приводит к существенным изменениям контактной жесткости сопряжения тел из вышеуказанных низкомодульных материалов. Следовательно, предлагаемый способ позволяет с приемлемой точностью определить область контакта в сопряжениях тел, одно из которых изготовлено из низкомодульного материала, например, в металлополимерных сопряжениях. Источники информации 1. Белый В.А., Свириденок А.И., Петроковец М.И., Савкин В.Г. Трение и износ материалов на основе полимеров. - Мн. Наука и техника, 1976. - С. 88-92. 2. А.с. СССР 911215, МПК 01 3/56, 1982. 3. А.с. СССР 1262342, МПК 01 3/56, 1986. 4. Патент России 2036411, МПК 01 В 5/20, 1995. 5. А.с. СССР 311155, МПК 01 1/24, 1971. 6. Марченко В.Л., Шамарин Ю.Е. Экспериментальные исследования контактных давлений в многослойных осесимметричных конструкциях // Вестник машиностроения. 1999. -3. - С. 59-60. 7. А.с. СССР 657234, МПК 01 В 5/26, 1979 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.