ГЛАВА 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
И МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для изучения закономерностей процессов, протекающих во фрикционном контакте, исследователями применяются самые разнообразные конструкции экспериментальных установок, в которых используются испытуемые пары с различной геометрией контакта [18, 71]. Кроме того, различные подходы наблюдаются и в отношении выбора методов и способов оценки повреждений.
Так Томлинсон [138], исследуя влияние амплитуды смещения и нормального давления на развитие процесса фреттинг-коррозии, вообще ограничился визуальными наблюдениями.
Бейли и Годфри [96], используя в установке контакт шарика с плоской стеклянной пластиной, производили наблюдения за процессом фреттинга при помощи микроскопа, а также выполняли съемку на кинопленку.
Райт [62] за меру разрушения образцов принимал величину изношенного объема, для чего производил измерения площади поврежденной поверхности и глубины разрушения. Величина глубины разрушения определялась путем последовательного удаления слоев с поверхности металла до достижения слоя, который не был поражен фреттинг-коррозией.
В исследованиях Улига [140] степень разрушения оценивалась по потерям в весе образцов. Образцы до и после испытаний тщательно промывались горячим бензином, после чего помещались на 30 секунд в нагретую до 50 0С серную кислоту для удаления продуктов разрушения. Затем они промывались в проточной воде и горячем ацетоне и, наконец, взвешивались.
Следует отметить, что подобные измерения весьма трудоемки и могут приводить к значительным погрешностям, связанным с локальным характером повреждений, адгезией продуктов разрушения на поверхности образцов, проникновением частиц износа вглубь металла, а также требуют разборки испытуемых пар. К недостаткам указанных выше критериев разрушения можно отнести также то, что они предполагают длительную работу пар для достижения в процессе испытаний условий сильно развитой коррозии, когда решающую роль начинают играть абразивные свойства продуктов разрушения. С этой точки зрения работоспособность большинства реальных пар однозначно не может определяться ни потерями деталей в весе, ни объемом разрушенного материала. Особенно это относится к парам, предназначенным для периодического относительного движения, т. е. к парам скольжения с длительными остановами. В таких случаях решающее значение имеет стабильность сил трения во времени, что особенно важно для нормального функционирования прецизионных кинематических пар, например, приборных опор скольжения и качения, которым приходится работать в условиях вибрационных нагрузок.
Судя по работам [9, 29], для получения информации о состоянии сопряженных поверхностей без разборки пары имеются две возможности: регистрировать либо силу трения в процессе фреттинга, либо электрическое сопротивление контакта.
Обе указанные возможности одновременно были реализованы в ходе исследований, проведенных Халлидеем и Хирстом [107]. В их установке использовался образец в виде цилиндрической втулки, который прижимался к двум пластинам, закрепленным на плоскостях V-образной призмы, и совершал возвратно-вращательное движение. Величина коэффициента трения определялась из соотношения между током виброгенератора и выходным напряжением датчика скорости поворота образца.
Следует отметить, что измерения сопротивления контакта очень чувствительны к воздействию различных посторонних факторов и поэтому, как правило, дают большой разброс результатов. В условиях вибраций сложно осуществить запись этой величины. Кроме этого, прохождение тока через контакт может привнести некоторые изменения в сам процесс фреттинга, как это следует из работы [29].
Методика исследования фреттинга, предусматривающая непрерывную регистрацию силы трения предложена М. С. Островским и В. М. Андреевским [55]. Использование указанного критерия дало возможность изучить начальные стадии фреттинга, проследить кинетику его развития.
Следует отметить, изучение сил трения при фреттинге представляет самостоятельный интерес. Как известно, сила трения или коэффициент трения является функцией состояния трущихся поверхностей, а состояние поверхностей при фреттинге существенно изменяется. Поскольку запись сил трения позволяет отразить процесс взаимодействия сопряженных поверхностей во всей его сложности, от начального контакта до их разрушения, то она широко используется современными исследователями [94, 126, 134, 148, 152].
Согласно Б. И. Костецкому [35] сила трения или коэффициент трения является количественным отражением взаимодействия поверхностей, как сложной совокупности и последовательности ряда процессов, куда входят: упругие деформации, пластические деформации и схватывание; затем на количественные показатели этих процессов накладываются результаты диффузии, изменений структуры и упрочнения поверхности металла. Наконец, сила трения отражает последний этап процессов, происходящих на поверхности трения, а именно, этап разрушения поверхностных слоев с отделением частиц продуктов износа и окисление поверхностей и диспергированных частиц. В последние время для измерения фреттинг-повреждений нашли методы голографической интерферометрии [101] и активации тонкого слоя (Thin Layer Activation) [144].
Исходя из указанных особенностей и недостатков методов исследований, в данной работе состояние сопряженных поверхностей оценивалось двояко: по изменению как логарифмического декремента колебаний в контакте - характеристики его диссипативных свойств, так и коэффициента трения.
2.1. Оценка диссипативных свойств контакта
2.1.1. Установка для исследования диссипативных свойств контакта и фреттинг-процесса
Исследование выполнялось на оригинальной установке, в основу работы которой положен принцип работы крутильного маятника [16].
Известно, что впервые маятник был применен И. Ньютоном для исследования сил сопротивления движению твердого тела в жидкостях и газах. Проблемой затухания механических колебаний под действием вязког
- Київ+380960830922