Лабораторные работы по дисциплине "Физика трения" (стр. 6 )

Рис.2. Схема измерения температур в подвижном и неподвижном образцах:

1.  термопары в неподвижном образце;

2.  потенциометр;

3.  осциллограф 3SO-101;

4.  усилитель;

5.  переключатель;

6.  гальванометр;

7.  реперный спай;

8.  переключатель;

9.  зонный термостат;

10.  термопары во вращающемся образце.

1)  возможность измерений только в металлических материалах.

Метод искусственной термопары наиболее широко применяется для исследования температурных полей. Преимущество применения термопар с точечными контактами при исследовании температурных полей объясняется тем, что этим методом можно измерить значительные градиенты температур.

На рис.2 показана схема измерения температур во вращающемся и неподвижном образцах при испытании на трение и износ на установке И-47. Такая схема установки термопар позволяет построить температурное поле в образцах и экстраполяцией уточнить температуру на поверхности трения (в данных испытаниях имел место установившийся температурный режим).

При скоростях скольжения 800 м/сек и более для измерения температуры была применена термопара из платино-платинородиевых проволок диаметром 0,02 мм, у которых не был заранее подготовлен спай. В образце, разрезанном на две половинки, были зажаты с изоляцией слюдой термопары, концы которых располагались на уровне поверхности образца, в месте касания его с вращающимся шаром при затормаживании. При соприкосновении шара с образцом происходило пластическое течение металла, и таким образом создавался горячий спай термопары.

Точность измерения температуры искусственными термопарами ограничивается рядом причин: отсутствием однородности проволок термопары; загрязнениями или структурными изменениями проволок со временем; паразитными э. д. с. в проводящих проволочках и клеммах; неодинаковой величиной спая. Эти погрешности можно в какой-то степени учесть. В этом случае определение температуры методом искусственной термопары становится более точным.

Метод скользящей термопары. Этим методом измеряется температура не между интересующими нас поверхностями, а между одной из поверхностей и соответствующим элементом термопары.

В связи с различными условиями теплоотдачи может иметь место соответствующая погрешность измерения.

Метод комбинированной термопары используется для быстро протекающих тепловых процессов при трении, особенно, когда износ контактирующих тел значительный. Комбинированная термопара как бы сочетает в себе искусственную и естественную термопары. Показания ее мало зависят от степени износа деталей машин.

Такая термопара была разработана для исследования фрикционных амортизаторов автосцепки железнодорожного транспорта и . Термопара такого же типа, но несколько другого конструктивного исполнения, разработана для исследования трения и износа металлов и сплавов при нестационарном высокоскоростном режиме.

Для исследования трения фрикционных пар в лабораторных и натурных условиях целесообразно применять различные типы термопар. Результаты исследования различных типов термопар для этих целей приведены в работе, в которой также даны рекомендации по применению того или иного типа термопар в зависимости от физико-механических характеристик трущихся материалов и режима трения.

Радиационный метод. При этом методе сравнивается испускательная способность тела с испускательной способностью идеального излучателя – аболютно черного тела, находящегося при той же температуре. При этом учитываются непрозрачность тела, шероховатость его поверхности.

Различают пирометры для полного излучения, в которых используется полный поток тепловой и световой радиации, и для однородного излучения с определенной длиной волны, т. е. пирометры определенного цвета. Вторые приборы дают более точный результат. Преимуществом пирометров излучения при сравнительно небольшой точности является их малая инерционность.

Martin и Wilson применили пирометр излучения для измерения температуры на поверхности трения тормозного барабана при испытании колодок на тормозном стенде. Как утверждают авторы, этим методом удалось замерить температуры более высокие, чем фиксировали термопары, помещенные на некоторой глубине от поверхности трения.

Другим методом, который можно отнести к той же группе измерений, является использование люминофоров (термография). Для этой цели, в частности, используют ZnCdS, который был активизирован Ag и Ni (порядка 10%), что весьма повышает его чувствительность к температурным явлениям. Выход люминесценции сравнительно мал, так что термография с помощью люминофоров требует весьма мощных источников, ультрафиолетовых лучей. Разработаны два метода термографии: контактный и проекционный.

Первый способ едва ли применим для наших целей, так как в этом случае люминофор наносится в виде порошка на исследуемую поверхность. При проекционном методе люминесцирующий экран помещается на некотором расстоянии от исследуемого тела и подвергается действию теплового излучения последнего. По интенсивности потемнения экрана определяют возникающую температуру. По сравнению с термоэлектрическими методами измерения, термографический метод менее чувствителен и из-за толщины и материала экрана связан с большей инерцией.

Результат работы:

Построить тарировочный график термопары T°C=f(mV) и определить температуру в контакте пары трения.

Для практического измерения температуры используют разные физические свойства тела. Например, объем, изменение давления, сопротивление электрическому току, изменение окраски тела в процессе нагревания.

Термометры сопротивления, термоэлектрические термометры (термопары) - закон Вольта - при соединении двух проводников, изготовленных из разных материалов, между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит от их химического состава и температуры. Разность потенциалов цепи состоящей из последовательно соединенных проводников, находящихся при одинаковой температуре не зависит от химического состава промежуточных проводников, она равна контактной разности потенциалов.

Рис.3. Схема измерений температуры трибосопряжения «диск-колодка»

1-измеряющий слой;

2- холодный спай или соединение;

3- различные металлы (термопары);

4- милливольтметр;

5- гибкий проводник;

6- колодка;

7- диск.

Хромель «+» потенциалом.

Алюмель «-» потенциалом.

Измеряют температуру до 1100°С.

Таблица 1

Изменение напряжения от температуры

Т°С	20	40	60	80	100	120	140	160
mV

Таблица 2

Зависимость температуры от скорости и нагрузки

№ п/п	N, Н нагрузка	n, об/мин	mV	Т°С
1	1000	500
2	1000
3	1500
4	2000	1000
5	3000
6	4000

Порядок выполнения работы

1.  Ознакомиться с основными методами измерения температуры при трении.

2.  Произвести измерения температуры.

3.  Оформить отчет по лабораторной работе.

Содержание отчета

В отчете должны быть: название и цель работы, сведения из теории, схемы измерений температур, таблицы испытаний, графики зависимости Т°С=f(P), T°C=f(n) и выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1.  В чем причина тепловыделения при трении и как температура влияет на величину силы трения и интенсивность изнашивания?

2.  Что такое градиент температуры и какие виды градиента температур вы знаете?

3.  Какие способы измерения температур наиболее распространены при исследовании процессов трения и изнашивания?

Лабораторная работа № 4

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ. ЕГО ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Цель работы: Изучение физического смысла силы трения, коэффициента трения и методов определения коэффициента трения.

Сведения из теории.

ЭВОЛЮЦИЯ ВЗГЛЯДОВ НА ПРИРОДУ ТРЕНИЯ

Представления о природе трения изменяются по мере углубления наших взглядов о природе твердых тел. Различные теории трения можно разделить на следующие группы, которые условно назовем:

1)  геометрическими;

2)  молекулярными (адгезионными);

3)  деформационными;

4)  комбинированными.

Первая группа – трение объясняется за счет подъема по микронеровностям, что соответствует эпохе развития механики абсолютно твердых тел. В этот период (конец XVII – начало XVIII вв.) объясняли трение, исходя из чисто геометрических соображений, и не имели оснований искать объяснение этого явления, исходя из других соображений, поскольку тела принимались абсолютно жесткими. При этом полагали, что коэффициент трения есть тангенс угла наклона единичной неровности (Паран, 1704 г.; Эйлер 1748 г.).

Вторая группа – трение объясняется как результат преодоления сил молекулярного взаимодействия между двумя твердыми телами. Впервые молекулярная теория была предложена английским физиком И. Дезагюлье (1704 г.). В дальнейшем это направление нашло отражение в работах английского физика-химика В. Гарди (1919 г.), английского ученого Г. Томилинсона (1929 г.), советского ученого (1934 г.). Сюда можно отнести также и теорию Ф. Боудена (1939 г.), полагающего, что трение обусловлено мостиками сварки, образующимися между твердыми телами вследствие их молекулярного взаимодействия. Ling и Saibel предложили кинетическую теорию трения, в которой учитывается скорость образования и разрушения мостиков сварки. (1926 г.) была сформулирована молекулярная теория трения, согласно которой трение обусловлено работой, затрачиваемой на образование новой поверхности. (1954 г.) сформулирована теория трения (применительно к полимерам), основанная на молекулярно-кинетических представлениях.