Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Устройство и методика измерения моментов сил сопротивления качению на пятне контакта

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-4-308-321

Полный текст:

Аннотация

В настоящее время изучение трения качения является одним из основных направлений в исследовании закономерностей контактного взаимодействия твёрдых тел. О сложности решения проблем, существующих в этой области, свидетельствует практически необозримое количество публикаций, список которых постоянно растёт.

В данной работе внимание уделяется исследованиям моментов сопротивления качению при смещениях из положения равновесия тела в форме шарика, существенно меньших размеров пятна контакта. Цель представленной работы состояла в описании конструкции разработанного авторами одноконтактного маятникового прибора, в котором физический маятник, опираясь на плоскую поверхность исследуемого тела только одним шариком, совершает свободные малые качания со стабильной вертикальной плоскостью качаний, а также в описании специальной методики измерений с высокой чувствительностью и точностью сил сопротивления качению, в том числе, сил адгезии и упругих сил частотно-независимого внутреннего трения.

Оригинальность методики измерения сопротивления качению в данной работе состоит в использовании метода нелинейной аппроксимации зависимости амплитуды и периода качаний маятника от времени. Аппроксимация проводится на основании предложенных законов затухания амплитуды и изменения периода, которые отличаются от обычного экспоненциального закона. Предполагается, что данный подход позволяет провести оценку поверхностного натяжения твёрдого тела и оценку давления сил адгезии между поверхностями контактирующих тел, а также установить аналитический вид момента сопротивления качению. Проведены эксперименты для следующих пар контактирующих тел: сталь-сталь, сталь-стекло, сталь-кремний. Построены кривые зависимости момента сопротивления качению от амплитуды качаний маятника.

Разработанный одношариковый маятниковый прибор и предложенная методика измерений открывают новые широкие возможности для исследований механизмов и закономерностей сопротивления качению в условиях микрои мезоперемещений катящегося тела из состояния покоя.

Об авторах

И. З. Джилавдари
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
пр. Независимости, 65, г. Минск 220013


С. Мекид
Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фадха
Саудовская Аравия
Дахран 31261, Саудовская Аравия


Н. Н. Ризноокая
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки: Н.Н.Ризноокая – Белорусский национальный технический университет, пр. Независимости, 65, г. Минск 220013, Беларусь    e-mail: Riznookaya@bntu.by



Список литературы

1. Cross, R. Coulomb’s Law for rolling friction / R. Cross // Amer. J. Phys. – 2016. – Vol. 84, no. 3. – P. 221–230. DOI: 10.1119/1.4938149

2. Cherepanov, G.P. The laws of rolling / G.P. Cherepanov // Physical Mesomechanics. – 2019. – Vol. 22, no. 3. – P. 242–254. DOI: 10.1134/S1029959919030093

3. Popov, V.L. Contact mechanics and friction: Physical Principles and Applications / V.L. Popov // Berlin: Springer, Berlin, Heidelberg, 2017. – P. 231–253. DOI: 10.1007/978-3-662-53081-8

4. Popov, V.L. What does friction really depend on? Robust governing parameters in contact mechanics and friction / V.L. Popov // Physical Mesomechanics. – 2016. – Vol. 19, no. 2. – P. 115–122. DOI: 10.1134/S1029959916020016

5. Bowden, F.P. The friction and lubrication of solids / F.P. Bowden, D. Tabor // New York: Oxford University Press, 1950. – 372 p.

6. Johnson, K.L. Contactmechanics/ K.L. Johnson // Cambridge university press, 1987. – 452 p. DOI: 10.1017/CBO9781139171731

7. Mekid, S. A non-linear model for pre-rolling friction force in precision positioning / S. Mekid // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journalof Engineering Tribology.– 2004.– Vol. 218, no. 4. – P. 305–312. DOI: 10.1243/1350650041762686

8. Tan, X. Measurement and modeling of dynamic rolling friction in linear microball bearings / X. Tan, A. Modafe, R. Ghodssi // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. – 2006. – Vol. 128. – P. 891– 898. DOI: 10.1115/1.2362786

9. Amthor, A. High precision position control using and adaptive friction compensation approach / A. Amthor, S. Zschaeck, C. Ament // IEEE Transactions on automatic control. – 2010. – Vol. 55, no. 1. – P. 274–278. DOI: 10.1109/TAC.2009.2036307

10. Benditkis, R. Comment on rolling resistance / R.Benditkis, D.S. Necsulescu // Technical briefs in J. Tribology. – 1994. – Vol. 116, no. 3. – P. 658–659. DOI: 10.1115/1.2928898

11. Van Spengen, W. Merlijn. MEMS reliability from a failure mechanisms perspective / W. Merlijn van Spengen // Microelectronics Reliability. – Vol. 43, no. 7. – 2003. – P. 1049–1060. DOI: 10.1016/S0026-2714(03)00119-7

12. Mekid, S. Dedicated instruments for nanoengineering education: Integrated nano-manipulation and micro-nanomachining / S. Mekid // International Journal of Mechanical Engineering Education. – 2019. – P. 0306419019846591. DOI: 10.1177/0306419019846591

13. Mekid, S. Engineering manipulation at nanoscale: further functional specifications / S. Mekid, S. Bashmal // Journal of Engineering, Design and Technology. – 2019. – Vol. 17, no. 3. – P. 572–590. DOI: 10.1108/JEDT-09-2018-0165)

14. Szoszkiewicz, R. Adhesion hysteresis and friction at nanometer and micrometer length / R. Szoszkiewicz [et al.] // Journal of applied physics. – 2006. – Vol. 99, iss. 1 – P. 1–7. DOI: 10.1063/1.2159081

15. Белый, В.А. Адгезия полимеров к металлам // В.А. Белый [и др.]. − Минск: Наука и техника. – 1971. – 228 с.

16. Менделеев, Д.И. Опытное исследование колебания весов и возобновление прототипа или основной образцовой русской меры массы в 1893-1898 гг. / Д.И. Менделеев. С предисл. М.А. Шателена. – Л. Гос. науч.-техн. изд-во, Ленхимсектор, 1931. – 302 с.

17. Herbert, E.G. Some Recent developments in hardness testing / E.G. Herbert // The Engineer. – 1923. – Vol. 135. – P. 686–687.

18. Halama, R. Mechanics of Herbert Pendulum Hardness Tester and its Application / R. Halama [et al.] // Key Engineering Materials. – Trans Tech Publications Ltd, 2017. – Vol. 741. – P. 122–127. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.741.122

19. Matsubara, M. Improved Herbert hardness tester / M. Matsubara, K. Sakamoto // Experimental Techniques. – 2012. – Vol. 36, no. 3. – P. 73–76. DOI: 10.1111/j.1747-1567.2011.00736.x

20. Suzuki, R. Hardness Measurement for Metals Using Lightweight Herbert Pendulum Hardness Tester With Cylindrical Indenter / R. Suzuki [et al.] // Experimental Techniques. – 2016. – Vol. 40, no. 2. – P. 795–802. DOI: 10.1111/ext.12121

21. Кузнецов, В.Д. Физика твердого тела: в 5 т / В.Д. Кузнецов. – Томск : Красное знамя, 1937– 1949. – Т. 1 / Сост. при участии В.А. Жданова, Н.Ф. Кунина, Д.Д. Саратовкина. – 1937. – C. 448–480.

22. Tomlinson, G.A. CVI. A molecular theory of friction / G.A. Tomlinson // The London, Edinburgh, and Dublin philosophical magazine and journal of science. – 1929. – Vol. 7, no. 46. – P. 905–939. DOI: 10.1080/14786440608564819

23. Gilavdary, I. Micro-slippage effects in pre-rolling induced by a disturbed and undisturbed pendulum with spherical supports / I. Gilavdary [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2014. – Vol. 228, no. 1. – P. 46–52. DOI: 10.1177/1350650113498230

24. Gilavdary, I. A new theory on pure pre-rolling resistance through pendulum oscillations / I. Gilavdary [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. – 2013. – Vol. 227, no. 6. – P. 618–628. DOI: 10.1177/1350650112465516

25. Ковалев, А.В. Феноменологическая модель адгезионного контакта / А.В. Ковалев, И.Н. Ковалева, Н.К. Мышкин // Трение и износ. – 2005. – T. 26, № 6. – С. 575–585.

26. Григорьев, А.Я. Измерение контактной адгезии и аттракционного взаимодействия технических поверхностей / А.Я. Григорьев [и др.] // Трение и износ. – 2003. – T. 24, № 4. – С. 405–412.


Для цитирования:


Джилавдари И.З., Мекид С., Ризноокая Н.Н. Устройство и методика измерения моментов сил сопротивления качению на пятне контакта. Приборы и методы измерений. 2019;10(4):308-321. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-4-308-321

For citation:


Gilavdary I.Z., Mekid S., Riznookaya N.N. Device and Measuring Method the Moments of Rolling Resistance Forces on the Contact Spot. Devices and Methods of Measurements. 2019;10(4):308-321. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2019-10-4-308-321

Просмотров: 181


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)