Способ определения распределения контактных давлений

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Шилько Сергей Викторович Хиженок Вячеслав Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси (ВУ)1. Способ определения распределения контактных давлений, согласно которому в контакте тел сопряжения размещают пластичную прокладку, прикладывают нагрузку к телам сопряжения, извлекают деформированную прокладку из контакта, производят ее просвечивание и о распределении контактных давлений в сопряжении судят по оптическим свойствам деформированной прокладки, отличающийся тем, что прокладку выполняют в виде слоя, образованного чередованием существенно различающихся по толщине, жесткости и прозрачности участков полимерного материала.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокладку выполняют в виде слоя, образованного связанными равноудаленнь 1 ми одинаковыми частицами наполнителя и связующего, выполненного в виде прозрачной пленки, толщина и жесткость которой существенно меньше размера по высоте и жесткости частиц наполнителя.3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокладку выполняют в виде регулярной сетки из непрозрачного материала.4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе нагружения тел сопряжения производят их нагрев.Изобретение относится к механике и трибологии и может быть использовано для диагностики нагруженности поверхностей трения.Среди известных способов определения контактных давлений можно выделить технические решения 1-4, основанные на введении в зону контакта тензочувствительных прокладок, в которых при сжатии происходят необратимые изменения, регистрируемые после извлечения прокладки.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 4. Недостатками известного способа являются искажение распределения контактного давления при внесении прокладки наличие порога тензочувствительности и нелинейной связи контактных давлений и регистрируемых пластических деформаций, что затрудняет калибровку ограниченная точность оптической регистрации деформаций прокладки, обусловленная структурной неоднородностью бумаги значительная адгезия прокладки к поверхности тел сопряжения, затрудняющая извлечение прокладки из контакта.Задачами изобретения являются повышение точности определения контактных давлений снижение порога тензочувствительности уменьшение вероятности повреждения прокладки при отделении от поверхности тел сопряжения.Решение указанных задач достигается тем, что в контакте тел сопряжения размещают пластичную прокладку, прикладывают нагрузку к телам сопряжения, извлекают деформированную прокладку из контакта, производят ее просвечивание и о распределении контактных давлений в сопряжении судят по оптическим свойствам деформированной прокладки, причем прокладку выполняют в виде слоя, образованного чередованием существенно различающихся по толщине, жесткости и прозрачности участков материала.Решение указанных задач достигается также тем, что прокладку выполняют в виде слоя, образованного связанными равноудаленными одинаковыми частицами наполнителя и связующего, выполненного в виде прозрачной пленки, толщина и жесткость которой существенно меньше размера по высоте и жесткости частиц наполнителя. Решение указанных задач достигается также тем, что прокладку выполняют в виде регулярной сетки из непрозрачного материала. Решение указанных задач достигается также тем, что в процессе нагружения тел сопряжения производят их нагрев.На фиг. 1 показано сопряжение с размещенной в контакте прокладкой на фиг. 2 показана исходная структура прокладки в виде слоя, образованного чередованием существенно различающихся по толщине участков одного материала на фиг. 3 показана исходная структура прокладки в виде слоя, состоящего из связанных равноудаленных одинаковых частиц наполнителя и связующего в виде пленки на фиг. 4 показана исходная структура прокладки в виде регулярной сетки на фиг. 5 показано сопряжение с размещенной в контакте деформированной прокладкой на фиг. 6 показана схема прямого просвечивания прокладки.Определение контактных давлений производится в следующей последовательности. Как показано на фиг. 1, в контакте тел сопряжения 1 и 2 размещают прокладку 3, варианты которой показаны на фиг. 2-4, включающую участки 4 и 5, существенно различающиеся по толщине и жесткости. К телам сопряжения прикладывают рабочую нагрузку. Возникающие контактные давления вызывают необратимую пластическую деформацию прокладки. Контактную нагрузку воспринимают участки 4 с больщей толщиной и жесткостью. В отсутствие упрочнения материала приложение контактного давления вызывает пропорциональное уменьщение толщины, а вследствие несжимаемости материалов в условиях пластического течения при этом имеет место пропорциональное увеличение площади указанных участков. Сплощность прокладки сохраняется благодаря участкам 5 с меньщей толщиной и жесткостью, испытывающих преимущественно деформации изгиба.Чередование существенно различающихся по толщине и жесткости участков прокладки приводит к концентрации давления на контактных участках 4 и, тем самым, снижению нагрузки на сопряжение, вызывающей начало текучести. Следовательно, чувствительность способа по сравнению с прототипом повыщается обратно пропорционально отнощению площади контактных участков 4 к номинальной площади контакта.При выполнении прокладки в виде композиционного материала (фиг. 3) участки тонкопленочного связующего 5 не препятствуют развитию пластической деформации контактных участков наполнителя 4. При использовании прокладки в виде сетки (фиг. 4) стеснение деформации участков твердой фазы 4 также незначительно и имеет место лищь в относительно жестких узлах сетки.Повыщение температуры испытаний вызывает уменьщение предела текучести термопластичного материала прокладки, что способствует повыщению чувствительности заявляемого способа для всех указанных выще вариантов выполнения монослоя. С этой целью в процессе приложения рабочей нагрузки производят нагрев сопряжения с установленной прокладкой.После извлечения деформированной прокладки из контакта производят ее прямое просвечивание, как показано на фиг. 6. Для этого деформированная прокладка 1 устанавливается на предметном стекле 2. Проходящий через прокладку свет, создаваемый источником света 3 и формируемый в плоскопараллельный пучок конденсором 4, далее поступает на светоприемник 5 для измерения интенсивности или объектив 6 для визуального контроля.При использовании прокладки в виде монослоя, образованного чередованием существенно различающихся по толщине участков одного материала, частично прозрачным участкам малой толщины соответствуют светлые элементы изображения. Зоны затемнения соответствуют проекциям участков больщей толщины. Аналогичная картина имеет место при просвечивании прокладки, состоящей из непрозрачного наполнителя и прозрачного пленочного связующего, и прокладки, выполненной в виде сетки из непрозрачного материала.При сжатии прокладки площадь непрозрачных участков растет пропорционально контактному давлению. Следовательно, степень затемнения изображения соответствует уровню контактных давлений.Заявляемый способ был реализован при определении контактных давлений в сопряжении жесткий индентор - линейно-упругое основание с известным эллиптическим распределением давления 5. Индентором служил стальной щар диаметром 25,4 мм контртелом - диск диаметром 40 мм и толщиной 10 мм из стеклонаполненного полиамида. В качестве материала прокладки использовали сетку из полиамида толщиной 200 мкм с ячейками квадратной формы, имеющими просвет размером 350 мкм. Нагружение производили на испытательном стенде ПЧЗТКОЫ 5567 путем сжатия сопряжения.Визуальная регистрация остаточных деформаций прокладки производилась на измерительном микроскопе БИ-1, работающем в режиме просвечивания. Количественный ана 3лиз результатов просвечивания выполнялся при помощи видеокамеры с последующей Цифровой обработкой изображения в полутонах серого. Калибровка измерений путем определения коэффициента пропорциональности между контактным давлением и степенью затемнения деформированных участков прокладки выполнялась на стенде ПЧЗТКОЫ 5567 в условиях равномерного распределения давлений. С этой Целью производилось сжатие прокладки известного размера между плоскопараллельными жесткими плитами под действием ступенчато возрастающей нагрузки.Проведенные испытания показали, что в результате снижения порога текучести и уменьшения изгибной жесткости прокладки достигается уменьшение влияния прокладки на распределение контактных давлений. Использование полимерного материала обеспечивает высокую оптическую однородность прокладки и ее низкую адгезию к поверхности контактирующих тел. Таким образом, применение заявляемого способа способствует повь 1 щению эффективности и точности определения распределения контактных давлений.4. А.с. СССР Не 311155. МПК С О 1 Ь 1/24. Способ измерения контактных давлений. Опубл. 1971 (прототип).