Способ определения фактической площади контакта двух образцов

ИЗОБР К АВТ ю по б опГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(46) 15:07.92, Бюл, 3 Ф 26(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектный институт тугоплавких металлови твердых сплавов(56) Авторское свидетельство СССРйг 1019293, кл, О 01 й 19/02, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 1401263, кл, 0 01 В 7/32, 1986,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТАДВУХОБРАЗЦОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике, к определению фактической Изобретение относится, к измерительной технике и может быть использовано в обработке металлов давлением, в частности для определения граничных условий трения: и теплопередачи на контактной поверхности.Известен способ определения фактической площади контакта твердых тел, заключающийся в том, что исследуемые тела сопрягаются друг с другом, нагружаются усилиями, в зону контакта параллельно кон- тактной поверхности направляют световой пучок заданной интенсивности и регистрируют интенсивность светового пучка после его взаимодействия с зонами контакта и по соотношению интенсивностей этих световых пучков судят о величине фактической площади контакта.Этот способ довольно прост и экономичен, однако позволяет определять фактиче ЯО 1747 площади контакта двух контактирующих об-, разцов, Цель изобретения - повышение точности. Выбирают пару образцов с реальным контактом и пару образцов с идеальным контактом, каждую пару образцов помещают в калориметр и пропускают церез них одинаковый ток в течение одинакового времени и измеряют количество тепла, выделившееся в каждой паре, Пару образцов с идеальным контактом выполняют электро- полировкой с последующим сжатием до появления пластических деформаций.Фактическую площадь Я контактов определяют иэ выражения Яг=(04/Ор) 54, где Ои,ор - количество тепла, выделившееся в паре образцов с идеальным и реальным контак- ф тами.Ж скую площадь касания для ограниченной группы материалов ввиду использования их ф оптических свойств. Также данный способ характеризуется невысокой достоверно-,ф стью измерений. 4Наиболее близким к изобретени ОО технической сущности является спасоЧ ределения фактической площади контакта двух образцов, заключающийся в том, что через пару образцов с идеальным контактом и пару образцов с реальным контактом пропускают электрический ток и с учетом а силы тока определяют фактическую площадь контакта.При подготовке пары образцов с реальным контактом на контактирующие поверх- насти наносят регулярный рельеф. а подготовку пары образцов с идеальным контактом осуществляют-наплавкой слоя из более легкоплавкого металла на подложку изболее тугоплавкого материала с регулярным рельефом на контактной поверхности,Пары образцов в известном способе подключают к источнику тока параллельно и измеряют величину токов, протекающих через каждую пару образцов.Фактическую площадь контакта (3) опрределяют по выражению Я = - - зи, где р,ии- ток, протекающий через образцы с реальным и идеальным контактом соответственно; Яи - площадь контактирующих поверхностей с идеальным контактом.Недостатком известного способа является низкая точность. Это обусловлено следующим; точность известного способа определяется точностью измерения токов, а добиться при этих измерениях погрешности ниже + 0,1, достаточно сложно; достоверность полученных результатов определяется адекватностью используемой модели и реальных объектов, однако, нанесение регулярного рельефа нэ контактирующие поверхности уменьшает адекватность модели, Это снижает точность известного способа,Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения точности измерений и адекватности используемых модельных образцов реальным объектам.Поставленная цель достигается тем, что в способе определения фактической площади контакта двух образцов, заключающемся в том, что через пару образцов с идеальным контактом и пару образцов с реальным контактом пропускают электрический ток и с учетом силы тока определяют фактическую площадь контакта, предлагается пару образцов с идеальным контактом выполнять сжатием полированных контактирующих поверхностей с усилием, обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей, при пропускании тока через пары образцов измерять количество тепла, выделяемое в каждой паре эа одинаковое время, э фактическую площадь контакта наОиходить из соотношения 5 = Яи, где Ор,рОи - количество тепла, выделяемое в паре образцов с реальным и идеальным контактом, Ож, 3 и - площадь контактирующих поверхностей в идеальной паре образцов, мм,Повышение точности предложенного способа по сравнению с известным обусловлено, во-первых, использованием модели, соответствующей идеальному контакту, более адекватной реальной паре образцов, а во-вторых, использованием в качестве информативного параметра количества тепла,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выделившегося при прохождении тока через пару образцов, Последнее объясняется тем, что количество тепла, выделяющееся при прохождении тока есть функция квадрата тока и времени, Квадратичная зависимость количества тепла от протекающего тока обуславливает большую чувствительность этого параметра, чем собственно величина тока. Кроме того, подбором времени измерения можно установить разницу между количеством тепла, выделившегося в парах с идеальным и реальным контактом, заведомо больше ошибки измерений.Поиск по научно-технической и патентной литературе не выявил известных технических решений с признаками, сходными с отличительными признаками предложенного способа, Это свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями,Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,Изготавливают две пары аналогичных образцов, При этом образцы первой пары контактируют в соответствии с реальными условиями, т,е. образцы имеют чистоту поверхности, соответствующую чистоте поверхности реальных объектов и контактируют без нагрузки.Контактирующие поверхности образцов другой пары подвергают электрополировке, обезжиривают и сжимают между собой с усилием, обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей, Каждую пару образцов помещают в термастат и пропускают через них одинаковый ток в течение одинакового времени.При прохождении тока через пары образцов согласно закону Джоуля-Ленца выделяется тепло, количество которого опре 2 деляется выражением О =В т,2где- ток протекающий через образцы, А;В - суммарное сопротивление пары образцов, Ом;1 - время, с,В,= В+ В 1+ В 2,где В - контактное сопротивление;В 1 и В 2 - сопротивление 1-го и 2-го образцов соответственно.Отношение количеотва тепла, выделившихся в разных парах образцов Ои/Ор, характеризует отношение контактных сопротивлений(В этих пар, так как величины Я 1 и В 2 пренебрежимо малы по сравнению с В. Величина контактного сопротивления обратно пропорциональна истинной площади контакта образцов (В ==- р), поэтому реальная площадь контакта может быть определена иэ выражения= 2378,5 ммОр4или 47,32 от геометрической поверхностиконтакта образцов. По прототипу с цельюколичественного определения повышенияточности предлагаемого способа изготовили эталонный образец иэ молибдена диаметром 80 мм и длиной 160 мм и иэ Ст 3диаметром 100 мм, высотой 50 мм путемсоединения торцевых поверхностей контактной сваркой в вакууме. Эталонный и исследуемый образцы подключают к сетипеременного тока с напряжением 30 В,Отношение токов в цепи эталонного иисследуемого образцов составило 0,4929,поэтому1 и . д 80 2Як(прот.) = - Яи = 0,4929 х1 р 4 4=2377,5 ммили 49,29 от геометрической поверхностиконтакта образцов,50 Составитель В.НегодаТехред М,Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор М,Бокарева Заказ 2492 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 ОиЯк = - Яи,аП р и м е р. Образец из молибдена диаметром 80 мм и длиной 160 мм устанавливали на подставку из Ст 3 диаметром 100 мм и высотой 50 мм. (Шероховатость поверхности для обоих образцов йг = 4 - 3,5 мкм),Аналогичные образцы соединяли с идеальным контактом путем электрополировки (раствор концентрированной серной кислоты, напряжение 20 - 30 В, ток 12 А, время 30-60 с) с последующим обезжириванием и сжатием с усилием 0,6 кг/мм, обеспечивающим пластическую деформацию микроне- ровностей на поверхности Ст 3,Каждую пару образцов помещали в калориметр марки ВНИИМ, имеющий погрешность +(0,02-0,03)%. Температуру измеряли ртутным термометром с пределами измерений 18,0-27,2 С и ценой деления 0,0066 С. Отчеты температуры вели с помощью, оптической системы,Через каждую пару образцов пропускали ток силой 5 А в течение 30 мин. Отношение Ои/Ор составило 0,4732, поэтому По базовому способу, заключающемусяв оценке площади касания по величинесближения поверхностей в зависимости отнормальной нагрузки сближения и контакт 5 ного смещения, фактическая площадь касаниЯ Як СоСтавила Як/баэ,1 = 2421,6 мм,Измерения проведены для аналогичных образцов из Мо и Ст 3 на электромеханическомприборе с приводом электродвигателя мощ 10 ностью 12. Вт и напряжением 24 В,Относительная .ошибка предлагаемогоспособа по отношению к базовому составибаз Як /лаф - . -х 100% =1,78%, а15Як (баэ )ПО ПрОтОтИПу ф,- баэ пр хЯк ( бэз )х 100 =2,308 = 2,31, Точность по сравнению с прототипом повысилась нэЛф - - - х 100 т, - .29,тт ЗООДФормула изобретенияСпособ определения фактической площади контакта двух образцов, заключающийся в том, что через пару образцов сидеальным контактом и пару образцов с реальным контактом пропускают электрический ток и с учетом силы тока определяютфактическую площадь контакта,о т л и ч а ю-щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности; пару образцов с идеальным контактом выполняют сжатием полированныхконтактирующих поверхностей с усилием,обеспечивающим пластическую деформацию микронеровностей, при пропусканиитока через пары образцов измеряют количество тепла, выделяемое в каждой паре заодинаковое время, а фактическую площадьЯк контакта находят из соотношения Я, =0 ОияОгде Ор, Ои - количество тепла, выделяемоев паре образцов с реальным и идеальнымконтактами, Ож;5 Яи - площадь контактирующих поверхностей в идеальной паре образцов,