RU2672809C1 - Method for determining the coefficients of static and slipping friction - Google Patents

Method for determining the coefficients of static and slipping friction Download PDF

Info

Publication number
RU2672809C1
RU2672809C1 RU2017146148A RU2017146148A RU2672809C1 RU 2672809 C1 RU2672809 C1 RU 2672809C1 RU 2017146148 A RU2017146148 A RU 2017146148A RU 2017146148 A RU2017146148 A RU 2017146148A RU 2672809 C1 RU2672809 C1 RU 2672809C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
movable
working surface
angle
specimen
Prior art date
Application number
RU2017146148A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Иванов
Владимир Николаевич Гостев
Иван Михайлович Крылов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2017146148A priority Critical patent/RU2672809C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2672809C1 publication Critical patent/RU2672809C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials

Abstract

FIELD: testing equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical testing of materials, in particular to the determination of the friction coefficient between specimens. One of the specimens, fixed immovably, is made with a working surface having a rectilinear or concave circular shape. Rectilinear guide element is placed at a certain distance from the fixed specimen. Movable specimen is made with two working edges, oppositely located on its diagonal having the length of d. Possibility of moving the movable specimen along the working surface of the fixed specimen is provided. Movable specimen is set so that one of its working edges is in contact with the fixed specimen, and the second, when touching the guide element, is located with such lagging from the first edge in the direction of travel, that a certain angle ϕ is formed between the diagonal of the movable specimen and the perpendicular to the working surface of the fixed specimen or to the line tangential to the circular working surface at the point of contact of the specimens. Load is placed in the middle part of the movable specimen to prevent its movement, and a shifting external force is applied in the immediate vicinity of the edge in contact with the guide element. Experimentally, the position of the movable specimen is found in which, at a minimum distance l from the edge of the movable specimen, in contact with the guide member, to the working surface of the fixed specimen in a direction perpendicular to it or to a line tangential to the circular working surface at the point of contact of the specimens, jamming of the movable specimen occurs and its movement is absent regardless of the magnitude of the shearing force. Distance l is measured and angle ϕ is calculated according to formula ϕ=arccos(l/d). Coefficient of friction between the fixed and movable specimens is determined by formula ƒ=tgϕ.EFFECT: possibility of determining the coefficients of static and slipping friction by measuring only linear dimensions, without measuring angles and frictional force, at any contact pressures created by a limited external load, to the nature of application of which no stringent requirements are imposed.4 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности, к определению коэффициента трения между образцами.The present invention relates to the field of mechanical testing of materials, in particular, to the determination of the coefficient of friction between samples.

Известен способ определения статического коэффициента внешнего трения между двумя образцами, расположенными один на другом, заключающийся в измерении только одного геометрического параметра - угла наклона ϕ образцов относительно горизонта в момент начала скольжения образца, расположенного сверху [патент США №3020744, кл. 73-9, кл. G01N 19/02, 1962]. После этого коэффициент трения покоя ƒпок рассчитывается по формуле ƒпок=tgϕ.There is a method of determining the static coefficient of external friction between two samples located one on top of the other, which consists in measuring only one geometric parameter - the angle of inclination ϕ of the samples relative to the horizon at the time of sliding of the sample located on top [US patent No. 3020744, class. 73-9, cl. G01N 19/02, 1962]. After that, the rest friction coefficient ƒ pok is calculated by the formula ƒ pok = tgϕ.

Данный способ позволяет избежать трудоемкого измерения сил трения при проведении опытов. Недостатком способа является проведение испытаний при низком удельном давлении между образцами, которое определяется малым весом верхнего образца.This method avoids the time-consuming measurement of friction forces during experiments. The disadvantage of this method is to conduct tests at low specific pressure between the samples, which is determined by the low weight of the upper sample.

Известен способ определения статического и динамического коэффициентов трения, также основанный на измерении углов, характеризующих пространственное положение образцов в момент начала и окончания скольжения по вогнутой криволинейной поверхности [патент РФ №2537745, кл. G01N 19/02, опубл. 10.01.2015]. Для расчета коэффициентов трения используются тригонометрические функции этих углов, а измерение сил трения для определения коэффициентов трения этим способом не требуется. Способ может обеспечить получение данных и при повышенных контактных давлениях, для чего к верхнему образцу прикладывают дополнительную внешнюю силу, однако реализация такой возможности затруднена. Это связано с тем, что дополнительную нагрузку необходимо прикладывать строго вертикально, что можно реализовать только при помощи груза. Для этого предусмотрено использование огибающей образцы приставки, что усложняет устройство, повышает его габариты и массу, затрудняет проведение опыта. Кроме того, точность определения коэффициентов трения данным способом понижается из-за относительно больших погрешностей при измерении малых углов. Данный способ принят в качестве прототипа предполагаемого изобретения.A known method for determining the static and dynamic coefficients of friction, also based on measuring angles characterizing the spatial position of the samples at the beginning and end of sliding on a concave curved surface [RF patent No. 2537745, class. G01N 19/02, publ. 01/10/2015]. To calculate the friction coefficients, the trigonometric functions of these angles are used, and the measurement of friction forces to determine the friction coefficients in this way is not required. The method can provide data at elevated contact pressures, for which an additional external force is applied to the upper sample, however, the realization of this possibility is difficult. This is due to the fact that the additional load must be applied strictly vertically, which can be realized only with the help of cargo. For this, the use of the envelope of prefix samples is provided, which complicates the device, increases its dimensions and mass, and complicates the conduct of the experiment. In addition, the accuracy of determining the friction coefficients in this way is reduced due to the relatively large errors in the measurement of small angles. This method is adopted as a prototype of the alleged invention.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность определения коэффициентов трения покоя и скольжения без измерения силы трения и углов, при любых контактных давлениях, создаваемых ограниченной внешней нагрузкой, к характеру приложения которой не предъявляется жестких требований, с измерением и использованием в расчетах только линейных размеров.The technical result of the proposed method is the ability to determine the coefficients of friction of rest and sliding without measuring the friction force and angles, at any contact pressure created by a limited external load, the nature of the application of which is not imposed stringent requirements, with the measurement and use in calculations only linear dimensions.

Технический результат достигается тем, что для определения коэффициентов трения между двумя образцами один из них, закрепляемый неподвижно, изготавливают с рабочей поверхностью, имеющей прямолинейную или вогнутую круговую форму. На некотором расстоянии от неподвижного образца размещают прямолинейный направляющий элемент. Второй, подвижный образец, изготавливают с двумя рабочими кромками, противоположно расположенными на имеющей длину d диагонали образца. Подвижному образцу обеспечивают возможность перемещения вдоль неподвижного образца и направляющего элемента и устанавливают так, чтобы одна его рабочая кромка соприкасалась с неподвижным образцом, а вторая, прикасаясь к направляющему элементу, располагалась с отставанием от первой кромки в направлении перемещения, при котором между диагональю и перпендикуляром к прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца образуется некоторый угол ϕ. Если рабочая поверхность неподвижного образца имеет круговую форму, угол ϕ наклона диагонали определяют » относительно линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов. В средней части подвижного образца прикладывают нагрузку, препятствующую его перемещению, а в непосредственной близости к кромке, соприкасающейся с направляющим элементом, воздействуют на образец сдвигающей внешней силой. Опытным путем определяют минимальное расстояние l от этой кромки до прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца в перпендикулярном к ней направлении, при котором происходит заклинивание подвижного образца, препятствующее его перемещению независимо от величины сдвигающей внешней силы. Если рабочая поверхность неподвижного образца имеет круговую форму, минимальное расстояние l от кромки, соприкасающейся с направляющим элементом, определяют в направлении, перпендикулярном линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов. По найденной величине l рассчитывают угол наклона диагонали ϕ по формуле ϕ=arcccos(l/d), после чего определяют коэффициент трения между неподвижным и подвижным образцами по формуле ƒ=tgϕ.The technical result is achieved by the fact that to determine the coefficients of friction between two samples, one of them, fixed fixed, is made with a working surface having a rectilinear or concave circular shape. A rectilinear guide element is placed at a distance from the fixed sample. The second movable sample is made with two working edges oppositely located on the diagonal of the sample having length d. The movable sample is allowed to move along the stationary sample and the guide element and is set so that one of its working edges is in contact with the stationary sample, and the second, touching the guide element, is located behind the first edge in the direction of movement, in which between the diagonal and the perpendicular to a rectilinear working surface of a fixed sample, a certain angle ϕ is formed. If the working surface of the stationary sample has a circular shape, the angle ϕ of the diagonal of the diagonal is determined "relative to the line tangent to the circular working surface at the contact point of the samples. In the middle part of the movable sample, a load is applied that impedes its movement, and in the immediate vicinity of the edge in contact with the guide element, a shear external force is applied to the sample. Empirically determine the minimum distance l from this edge to the rectilinear working surface of a stationary sample in the direction perpendicular to it, at which the moving sample is jammed, preventing its movement regardless of the magnitude of the shear external force. If the working surface of the fixed sample has a circular shape, the minimum distance l from the edge in contact with the guide element is determined in the direction perpendicular to the line tangent to the circular working surface at the contact point of the samples. Using the found value of l, the diagonal angle ϕ is calculated by the formula ϕ = arcccos (l / d), after which the coefficient of friction between the stationary and moving samples is determined by the formula ƒ = tgϕ.

В случае, если неподвижный образец имеет прямолинейную рабочую поверхность, направляющий элемент устанавливают под некоторым углом α относительно линии рабочей поверхности неподвижного образца и обеспечивают такое значение этого утла, которое меньше угла трения ϕ между исследуемыми образцами. Если неподвижный образец имеет круговую рабочую поверхность, это условие выполняется автоматически.If the fixed sample has a rectilinear working surface, the guide element is set at a certain angle α relative to the line of the working surface of the fixed sample and provide a value of this angle that is less than the angle of friction ϕ between the test samples. If the stationary sample has a circular work surface, this condition is satisfied automatically.

Коэффициент трения скольжения определяют следующим образом. Подвижный образец устанавливают в положение, при котором исходный угол ϕ между диагональю подвижного образца и перпендикуляром к рабочей поверхности неподвижного образца или к линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов, был больше угла трения между образцами, и с некоторой заданной скоростью перемещают вдоль неподвижного образца в направлении возрастания расстояния l между неподвижным образцом и направляющим элементом и снижения угла ϕ до момента остановки вследствие заклинивания. Для этого положения подвижного образца находят угол ϕск наклона его диагонали, по значению которого определяют коэффициент трения скольжения ƒск=tgϕск.The sliding friction coefficient is determined as follows. The movable specimen is set in a position in which the initial angle ϕ between the diagonal of the movable specimen and the perpendicular to the working surface of the fixed specimen or to the line tangent to the circular working surface at the contact point of the specimens is greater than the angle of friction between the specimens, and move along fixed sample in the direction of increasing distance l between the fixed sample and the guide element and reduce the angle ϕ until it stops due to jamming. For this position of the movable sample are tilt angle φ ck its diagonals, which is determined by the value of friction coefficient ƒ = tgφ ck ck.

Для определения коэффициентов трения покоя подвижный образец последовательно устанавливают в различных точках рабочей поверхности неподвижного образца и опытным путем находят минимальное расстояния l между неподвижным образцом и направляющим элементом, при котором перемещение находящегося в покое подвижного образца изначально невозможно вследствие заклинивания. Для этого положения подвижного образца находят угол ϕпок наклона его диагонали, по величине которого определяют коэффициент трения покоя ƒпок=tgϕпок.To determine the static friction coefficients, the movable sample is successively installed at various points on the working surface of the fixed sample and empirically find the minimum distance l between the fixed sample and the guide element, at which the movement of the stationary moving sample is initially impossible due to jamming. For this position of the movable sample are dormancy angle φ of inclination of its diagonal, the value of which is determined by the coefficient of static friction ƒ = tgφ dormancy dormancy.

На фиг. 1 показана схема взаимного положения образцов и сил. приложенных к подвижному образцу и оказывающих влияние на результаты опыта в случае прямолинейной формы рабочей поверхности неподвижного образца; на фиг. 2 показана схема опыта с использованием подвижного образца, имеющего стержневую форму; на фиг. 3 показана схема опыта в случае, когда рабочая поверхность неподвижного образца имеет круговую вогнутую форму, где:In FIG. 1 shows a diagram of the relative position of the samples and forces. applied to a movable sample and affecting the results of the experiment in the case of a rectilinear shape of the working surface of a stationary sample; in FIG. 2 shows a diagram of an experiment using a movable sample having a rod shape; in FIG. 3 shows a diagram of the experiment in the case when the working surface of a stationary sample has a circular concave shape, where:

1 - неподвижный образец;1 - fixed sample;

2 - направляющий элемент;2 - a directing element;

3 - подвижный образец;3 - moving sample;

4 - сдвигающее устройство.4 - shifting device.

Коэффициенты трения определяют следующим образом. Неподвижный образец 1 изготавливают с рабочей поверхностью, имеющей прямолинейную или вогнутую круговую форму. На некотором расстоянии от неподвижного образца 1 размещают прямолинейный направляющий элемент 2. Другой, подвижный образец 3, изготавливают с двумя рабочими кромками, противоположно расположенными на имеющей длину d диагонали образца. Подвижному образцу 3 обеспечивают возможность перемещения вдоль неподвижного образца 1 и направляющего элемента 2. Затем устанавливают подвижный образец 3 так, чтобы одна его рабочая кромка соприкасалась с неподвижным образцом 1, а вторая кромка, прикасаясь к направляющему элементу 2, располагалась с отставанием от первой кромки в направлении перемещения подвижного образца 3. При этом между диагональю и перпендикуляром к прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца 1 образуется некоторый острый угол ϕ. Если рабочая поверхность неподвижного образца 1 имеет круговую форму, угол ϕ отсчитывают от линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов. К средней части подвижного образца 3 прикладывают нагрузку, препятствующую его перемещению. В качестве этой нагрузки может использоваться сила тяжести G подвижного образца 3 при перемещении его вертикально вверх, она может создаваться силой трения при горизонтальном перемещении подвижного образца 3 по вспомогательной поверхности, прикладываться упругим элементом и т.п. Вблизи кромки подвижного образца 3, соприкасающейся с направляющим элементом 2, прикладывают сдвигающую внешнюю силу Р. Опытным путем, меняя положения подвижного образца 3 относительно неподвижного образца 1, находят такое из этих положений, при котором заклинивание подвижного образца 3, препятствующее его перемещению независимо от величины приложенной силы P, происходит при минимальном расстоянии

Figure 00000001
от этой кромки до прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца 1 или до линии, касательной к круговой рабочей поверхности, проведенной через точку контакта между образцами.The friction coefficients are determined as follows. The fixed sample 1 is made with a working surface having a rectilinear or concave circular shape. A rectilinear guide element 2 is placed at a distance from the fixed sample 1. Another movable sample 3 is made with two working edges oppositely located on the diagonal of the sample having length d. The movable sample 3 is allowed to move along the stationary sample 1 and the guide element 2. Then, the movable sample 3 is installed so that one of its working edges is in contact with the stationary sample 1, and the second edge, touching the guide element 2, is located behind the first edge in the direction of movement of the movable sample 3. In this case, between the diagonal and the perpendicular to the rectilinear working surface of the stationary sample 1, an acute angle ϕ is formed. If the working surface of the stationary sample 1 has a circular shape, the angle ϕ is counted from the line tangent to the circular working surface at the contact point of the samples. A load is applied to the middle part of the movable sample 3, which impedes its movement. As this load, the gravity force G of the moving sample 3 can be used when moving it vertically upward, it can be created by the friction force when the moving sample 3 is horizontally moved along the auxiliary surface, applied by an elastic element, etc. A shear external force R is applied near the edge of the movable sample 3 in contact with the guide element 2. By experimentally changing the positions of the movable sample 3 relative to the stationary sample 1, one can find one of these positions at which the jamming of the movable sample 3 prevents it from moving regardless of the magnitude applied force P occurs at a minimum distance
Figure 00000001
from this edge to the rectilinear working surface of the stationary sample 1 or to the line tangent to the circular working surface drawn through the point of contact between the samples.

Взаимосвязь коэффициентов трения с геометрическими параметрами системы определяется одним из условий равновесия сил, действующих на подвижный образец 3. Оно заключается в равенстве нулю суммарного момента этих сил, рассчитанного относительно точки О, в которой происходит контакт подвижного образца 3 с направляющим элементом 2, и описывается уравнением:The relationship of the friction coefficients with the geometric parameters of the system is determined by one of the conditions for the balance of forces acting on the moving sample 3. It consists in the fact that the total moment of these forces, calculated relative to the point O, at which the moving sample 3 contacts the guiding element 2, is equal to zero and is described by the equation :

Figure 00000002
Figure 00000002

где N - сила реакции от неподвижного образца 1, нормальная к его рабочей поверхности;where N is the reaction force from a stationary sample 1, normal to its working surface;

Fтр - сила трения, препятствующая перемещению подвижного образца 3 относительно неподвижного 1.F Tr - the friction force that prevents the movement of the movable sample 3 relative to the stationary 1.

Сила трения Fтр пропорциональна нормальной силе N и коэффициенту трения между образцами ƒ, что позволяет преобразовать уравнение (1):

Figure 00000003
The friction force F Tr is proportional to the normal force N and the coefficient of friction between the samples ƒ, which allows you to convert equation (1):
Figure 00000003

Из выражения (2) находят нормальную силу N:From the expression (2) find the normal force N:

Figure 00000004
Figure 00000004

Полученное выражение (3) позволяет сформулировать математическое условие заклинивания подвижного образца 3, Оно заключается в равенстве бесконечности нормальной силы N и пропорциональной ей силы трения Fтр. Это достигается при равенстве нулю знаменателя в выражении (3), т.еThe resulting expression (3) allows us to formulate the mathematical condition for jamming the movable sample 3, It consists in the equality of the infinity of the normal force N and the proportional friction force F Tr . This is achieved if the denominator is equal to zero in expression (3), i.e.

tgϕ-ƒ=0,tgϕ-ƒ = 0,

Таким образом, угол ϕ наклона диагонали подвижного образца 3 в положении заклинивания равен углу трения между образцами, что позволяет определить коэффициент тренияThus, the angle ϕ of the diagonal of the movable sample 3 in the jamming position is equal to the angle of friction between the samples, which allows us to determine the coefficient of friction

Figure 00000005
Figure 00000005

При проведении эксперимента значение угла наклона диагонали ϕ длиной d подвижного образца находят после измерения расстояния

Figure 00000006
, достигнутого при заклинивании, используя для расчетов формулу,During the experiment, the diagonal angle ϕ of length d of the moving sample is found after measuring the distance
Figure 00000006
achieved by jamming using the formula for calculations,

Figure 00000007
Figure 00000007

Вытекающие из условия равновесия подвижного образца 2 формулы (4) и (5) остаются справедливыми и в том случае, когда сдвигающая внешняя сила Р прикладывается не строго на кромке подвижного образца 3, а на некотором расстоянии от нее. Расчеты показывают, что эти формулы справедливы и при расположении нагрузки, препятствующей перемещению подвижного образца 3, со смещением от его геометрического центра. В общем случае, область действия формул (4) и (5) распространяется на все случаи, когда сдвигающая внешняя сила Р ближе к кромке, касающейся направляющего элемента 2, а сила G, препятствующая перемещению - ближе к кромке, касающейся неподвижного образца 1. Изменение положения внешних сил оказывает влияние лишь на величину контактных давлений между образцами, не меняя при этом условие для заклинивания подвижного образца 3. Эта особенность позволяет определять коэффициенты трения с использованием длинномерных образцов (фиг. 2), на которых возможность приложения внешней силы непосредственно к рабочей кромке отсутствует.Formulas (4) and (5) resulting from the equilibrium condition of the movable sample 2 remain valid even in the case when a shear external force P is applied not strictly at the edge of the movable sample 3, but at a certain distance from it. Calculations show that these formulas are also valid when the load is located that impedes the movement of the movable sample 3, with an offset from its geometric center. In the general case, the scope of formulas (4) and (5) extends to all cases when the external shear force P is closer to the edge touching the guide element 2, and the force preventing the movement G is closer to the edge touching the stationary sample 1. Change the position of external forces affects only the magnitude of the contact pressures between the samples, without changing the condition for jamming the movable sample 3. This feature allows you to determine the friction coefficients using long samples (Fig. 2), on which it is possible there is no external force applied directly to the working edge.

Рассмотренное условие равновесия подвижного образца 3 не является единственным. Анализ остальных условий показывает, что на практике бесконечно большое значение нормальной силы N недостижимо, так как для этого потребовалась бы бесконечно большая внешняя сила Р. Соответственно, достигаемый в реальном опыте угол наклона диагонали ϕ не равен строго углу трения, а лишь стремится к нему. Однако расчеты показывают, что даже при небольших значениях силы P достигаемый угол наклона диагонали ϕ от угла трения отличается незначительно, на сотые доли градуса, что многократно меньше по сравнению с другими погрешностями опыта, например, с неизбежной погрешностью измерения угла. Погрешность результатов опыта по рассмотренной причине в самых неблагоприятных случаях не превышает 1%, что при исследовании коэффициентов трения пренебрежимо мало в сравнении с другими погрешностями эксперимента. Изменяя силу Р, можно не только снизить погрешность определения коэффициента трения, но и достаточно легко управлять удельными давлениями на поверхности контакта образцов.The considered equilibrium condition for the movable sample 3 is not the only one. An analysis of the remaining conditions shows that in practice an infinitely large value of the normal force N is unattainable, since this would require an infinitely large external force P. Accordingly, the angle of inclination of the diagonal ϕ achieved in real experiment is not exactly equal to the angle of friction, but only tends to it. However, the calculations show that even with small values of the force P, the achieved diagonal angle ϕ from the angle of friction differs insignificantly, by a few hundredths of a degree, which is many times less than other experimental errors, for example, with the inevitable error in measuring the angle. The error of the experimental results for the reason considered in the most adverse cases does not exceed 1%, which is negligible in the study of friction coefficients in comparison with other experimental errors. By changing the force P, it is possible not only to reduce the error in determining the coefficient of friction, but it is also quite easy to control the specific pressures on the contact surface of the samples.

Чтобы упростить управление величиной расстояния

Figure 00000006
в том случае, если рабочая поверхность неподвижного образца 1 прямолинейна, плоская поверхность направляющего элемента устанавливают под некоторым углом α относительно прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца 1. Это позволяет проводить опыты по определению коэффициента трения скольжения, а при определении коэффициента трения покоя дает возможность изменять расстояние
Figure 00000006
простым способом, выбирая исходное положение подвижного образца 3 в разных местах по длине рабочей поверхности неподвижного образца 1. При круговой вогнутой форме рабочей поверхности неподвижного образца 1 (фиг. 3) это условие выполняется автоматически.To simplify distance control
Figure 00000006
in the event that the working surface of the fixed sample 1 is straight, the flat surface of the guide element is set at an angle α relative to the rectilinear working surface of the fixed sample 1. This allows experiments to determine the coefficient of sliding friction, and when determining the coefficient of static friction makes it possible to change the distance
Figure 00000006
in a simple way, choosing the initial position of the movable sample 3 in different places along the length of the working surface of the stationary sample 1. With a circular concave shape of the working surface of the stationary sample 1 (Fig. 3), this condition is satisfied automatically.

В опыте по определению коэффициента трения скольжения подвижный образец 3 устанавливают там, где расстояние

Figure 00000006
минимально, а образующийся в этом положении подвижного образца 3 угол ϕ между его диагональю и перпендикуляром к рабочей поверхности неподвижного образца 1 больше угла трения покоя между образцами. Приложением внешней силы Р приводят подвижный образец 3 в движение с необходимой скоростью в направлении увеличения расстояния между неподвижным образцом 1 и направляющим элементом 2. В процессе перемещения подвижного образца 3, вследствие автоматического увеличения расстояния
Figure 00000006
, угол наклона диагонали ϕ постепенно уменьшается, приближаясь к углу трения скольжения и. в конечном счете, достигает его, что сопровождается заклиниванием подвижного образца 3. В положении, достигнутом в конце процесса скольжения подвижного образца 3, находят угол ϕск наклона его диагонали, по значению которого определяют величину коэффициента трения скольжения ƒск=tgϕск.In the experiment to determine the coefficient of sliding friction, the movable sample 3 is installed where the distance
Figure 00000006
minimum, and the angle ϕ formed in this position of the movable sample 3 between its diagonal and the perpendicular to the working surface of the stationary sample 1 is greater than the angle of rest friction between the samples. By applying an external force P, the movable sample 3 is set in motion with the necessary speed in the direction of increasing the distance between the stationary sample 1 and the guide element 2. In the process of moving the movable sample 3, due to the automatic increase in distance
Figure 00000006
, the angle of inclination of the diagonal ϕ gradually decreases, approaching the angle of sliding friction and. ultimately, it reaches it, which is accompanied by jamming of the movable sample 3. In the position reached at the end of the sliding process of the movable sample 3, the angle ϕ cc of the slope of its diagonal is found, the value of which determines the value of the sliding friction coefficient ƒ ck = tgϕ ck .

В опыте по определению коэффициента трения покоя подвижный образец 3 последовательно устанавливают в различных точках рабочей поверхности неподвижного образца 1 и опытным путем находят минимальное расстояния

Figure 00000006
между неподвижным образцом 1 и направляющим элементом 2, при котором перемещение находящегося в покое подвижного образца 2 изначально невозможно вследствие заклинивания. Для этого положения подвижного образца 3 находят угол ϕпок наклона его диагонали, и по значению угла определяют коэффициент трения покоя ƒпок=tgϕпок.In the experiment to determine the coefficient of rest friction, the movable sample 3 is successively installed at various points on the working surface of the stationary sample 1 and the minimum distances are found experimentally
Figure 00000006
between the stationary sample 1 and the guide element 2, in which the movement of the resting movable sample 2 is initially impossible due to jamming. For this position of the movable sample 3, the angle ϕ of the pok of the inclination of its diagonal is found, and the coefficient of friction of rest ƒ pok = tgϕ pok is determined by the value of the angle.

Claims (4)

1. Способ определения коэффициентов трения скольжения и покоя между двумя образцами, при котором один из образцов, закрепляемый неподвижно, изготавливают с рабочей поверхностью, имеющей прямолинейную или вогнутую круговую форму, на расстоянии от неподвижного образца размещают прямолинейный направляющий элемент, подвижный образец изготавливают с двумя рабочими кромками, противоположно расположенными на его диагонали, имеющей длину d, и устанавливают подвижный образец так, что одна его рабочая кромка соприкасается с неподвижным образцом, вторая - с направляющим элементом, при этом между диагональю подвижного образца и перпендикуляром к рабочей поверхности неподвижного образца или к линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов, образуется угол ϕ, далее прикладывают в средней части подвижного образца нагрузку, препятствующую его перемещению, а в непосредственной близости к кромке, соприкасающейся с направляющим элементом, воздействуют на него сдвигающей внешней силой, находят положение подвижного образца, в котором происходит заклинивание подвижного образца при минимальном расстоянии
Figure 00000008
от кромки подвижного образца, соприкасающейся с направляющим элементом, до рабочей поверхности неподвижного образца в направлении, перпендикулярном к ней или к линии, касательной к круговой рабочей поверхности в точке контакта образцов, измеряют расстояние
Figure 00000009
и рассчитывают угол ϕ по формуле
Figure 00000010
, после чего определяют коэффициент трения между неподвижным и подвижным образцами по формуле ƒ=tgϕ.
1. The method of determining the coefficients of sliding friction and rest between two samples, in which one of the samples, fixed motionless, is made with a working surface having a rectilinear or concave circular shape, a rectilinear guide element is placed at a distance from the stationary sample, a movable sample is made with two workers edges oppositely located on its diagonal having a length d, and set the movable sample so that one of its working edge is in contact with the stationary sample m, the second - with a guiding element, while between the diagonal of the moving sample and the perpendicular to the working surface of the fixed sample or to the line tangent to the circular working surface at the contact point of the samples, an angle ϕ is formed, then a load is applied in the middle part of the moving sample to prevent it moving, and in close proximity to the edge in contact with the guide element, act on it with a shear external force, find the position of the movable sample in which it is jammed a moving sample with a minimum distance
Figure 00000008
from the edge of the movable sample in contact with the guide element to the working surface of the fixed sample in the direction perpendicular to it or to the line tangent to the circular working surface at the contact point of the samples, measure the distance
Figure 00000009
and calculate the angle ϕ by the formula
Figure 00000010
then determine the coefficient of friction between the stationary and moving samples by the formula ƒ = tgϕ.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования прямолинейной рабочей поверхности неподвижного образца направляющий элемент располагают относительно нее под углом α, значение которого меньше угла ϕск трения скольжения между исследуемыми образцами.2. The method of claim. 1, characterized in that in the case of rectilinear fixed specimen working surface a guide member relative thereto at an angle α, whose value is smaller than the angle φ ck sliding friction between the test samples. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения коэффициента трения скольжения подвижный образец и направляющий элемент устанавливают так, что угол ϕ больше угла трения между образцами, перемещают подвижный образец вдоль неподвижного в направлении увеличения расстояния между неподвижным образцом и направляющим элементом и уменьшения угла ϕ до момента остановки подвижного образца вследствие заклинивания, находят угол ϕск наклона диагонали подвижного образца в этом положении и по значению этого угла определяют величину коэффициента трения скольжения ƒск=tgϕск.3. The method according to p. 1, characterized in that to determine the coefficient of sliding friction, the movable sample and the guide element are set so that the angle ϕ is greater than the angle of friction between the samples, move the movable sample along the stationary distance in the direction of increasing distance between the stationary sample and the guide element, and reducing the angle φ to the stopping of the movable wedge of the sample due to find the angle of inclination φ ck diagonally movable specimen in this position and the value of this angle value is determined and s cient of friction ƒ = tgφ ck ck. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения коэффициента трения покоя подвижный образец последовательно устанавливают в различных точках рабочей поверхности неподвижного образца и опытным путем находят минимальное расстояния
Figure 00000011
между неподвижным образцом и направляющим элементом, при котором перемещение находящегося в состоянии покоя подвижного образца невозможно вследствие заклинивания изначально, находят угол ϕпок наклона диагонали образца в этом положении и по его значению определяют коэффициент трения покоя ƒпок=tgϕпок.
4. The method according to p. 1, characterized in that to determine the coefficient of static friction, the movable sample is successively set at various points on the working surface of the stationary sample and empirically find the minimum distance
Figure 00000011
between the stationary sample and the guide member, wherein the movement in a state of rest of the movable sample originally impossible due to jamming, find the angle φ of inclination of the diagonal dormancy specimen in this position, and its value is determined by the coefficient of static friction ƒ = tgφ dormancy dormancy.
RU2017146148A 2017-12-26 2017-12-26 Method for determining the coefficients of static and slipping friction RU2672809C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146148A RU2672809C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Method for determining the coefficients of static and slipping friction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146148A RU2672809C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Method for determining the coefficients of static and slipping friction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672809C1 true RU2672809C1 (en) 2018-11-19

Family

ID=64327944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146148A RU2672809C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Method for determining the coefficients of static and slipping friction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2672809C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1357786A1 (en) * 1985-05-23 1987-12-07 Н.Е.Усольцев Method of determining coefficient of sliding friction of spherical and cylindrical bodies
US5377526A (en) * 1992-09-03 1995-01-03 Racine Flame Spray Inc. Traction analyzer
RU2537745C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
RU2564830C1 (en) * 2014-08-04 2015-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Method of experimental-theoretical determination of ratio between coefficients of friction at rest and sliding friction of friction pair and device for its realisation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1357786A1 (en) * 1985-05-23 1987-12-07 Н.Е.Усольцев Method of determining coefficient of sliding friction of spherical and cylindrical bodies
US5377526A (en) * 1992-09-03 1995-01-03 Racine Flame Spray Inc. Traction analyzer
RU2537745C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
RU2564830C1 (en) * 2014-08-04 2015-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Method of experimental-theoretical determination of ratio between coefficients of friction at rest and sliding friction of friction pair and device for its realisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kuwabara et al. Use of abrupt strain path change for determining subsequent yield surface: experimental study with metal sheets
EP3011308B1 (en) Scratch testing apparatus and methods of using same
Guillonneau et al. Determination of mechanical properties by nanoindentation independently of indentation depth measurement
US11441984B2 (en) System and method for determining characteristics of a crack
RU2458336C1 (en) Method of determining coefficient of external friction
WO2009143528A1 (en) Surface evaluation employing orthogonal force measurement
Kirchner et al. Fracture toughness of snow in shear and tension
RU2672809C1 (en) Method for determining the coefficients of static and slipping friction
US20180306690A1 (en) Method for controlling cracking of a material and associated device for the implementation thereof
CN107101936A (en) A kind of device and method for determining coefficient of friction
US11073456B2 (en) Hardness tester
RU2563904C1 (en) Method of determining dynamic coefficient of external friction with retention of sample on inclined surface by elastic element
Vann et al. Experimental techniques for plate buckling
RU2373515C1 (en) Facility for evaluating hardness of material by method of scratching
RU2537745C1 (en) Method of determining static and dynamic coefficient of external friction
RU2754204C1 (en) Method for determining coefficients of friction
Weiss et al. Measurement of bending properties in strip for roll forming
JP2022189616A (en) Load testing device, load detection unit, and load testing method
Hsu Definition of the yield point in plasticity and its effect on the shape of the yield locus
RU2564830C1 (en) Method of experimental-theoretical determination of ratio between coefficients of friction at rest and sliding friction of friction pair and device for its realisation
JP2008164568A (en) Method and device for analyzing surface physical property
Badem Comparison of Ferritin Measurement Performance Through Immunoturbidimetric and Chemiluminescence Methods in Patients with Critical Ferritin Levels
Swank et al. Experimental errors in modulus of rupture test fixtures
Jarkovsky et al. Testing device for tensile test based on Arduino
RU2706106C1 (en) Method of determining service life of steel articles