Визначення фактичної площі контакту і контактних деформацій

Експериментальне визначення фактичної площі контакту представляє собою значні труднощі. Ознайомимося з двома найбільш використовуваними методами.

Метод порушення повного внутрішнього відбивання світла полягає в наступному. Шорстка поверхня контактує з скляною призмою. На призму падає пучок світла, який притерпіває на грані аб (рисунок 3.13) повне внутрішнє відбивання. У місцях контакту виступу з поверхнею призми відбивання порушується, і спостерігач бачить на дзеркальному фоні темні плями фактичного контакту.

За допомогою фотоелементу по зміні світлового потоку можна оцінити значення фактичної площі контакту.

Недолік методу полягає в тому, що контакт здійснюється із скляною призмою, що відрізняється по своїх механічних властивостях від металу.

Для вивчення площі контакту двох шорстких непрозорих поверхонь Н. Б. Дьомкіним і А. А. Ланковим розроблений метод тонких вугільних плівок. На одну з поверхонь, що контактують у вакуумі напилюють вугільну плівку. Потім на напилену поверхню накладають другу деталь пари і стискують їх прикладаючи нормальне навантаження. Напилені плівки дуже однорідні, мають малу товщину (0,03 - 0,5 мкм), легко руйнуються в місцях контакту, і світлі плями дотику чітко помітні на чорному фоні. Їхню площу легко виміряти планіметруванням.

Існують і інші методи визначення фактичної площі контакту, наприклад, метод фарб, метод радіоактивних ізотопів, низка методів пов’язаних із вимірюванням фактичної площі контакту по електро- і теплопровідності контакту, ультразвуковий та оптичний методи.

При експериментальному визначенні деформації контакту шорстких поверхонь необхідна велика точність через мале значення вимірюваних величин. Тому необхідно усунути вплив сторонніх факторів на результати вимірювань. До них відносяться деформації контактуючих тіл, деформації у вимірювальній системі, перекоси, термічні деформації і т. д.

На рисунку 3.14 показана принципова схема приладу, розробленого російськими вченими М. Б. Дьомкіним і П. Д. Нетяговим, в якому різного роду похибки зведені до мінімуму завдяки використанню інтерференційного методу. Контактуючі зразки мають базові площини, оброблені до високої якості А₁ і А₂, які розміщені на одному рівні. В результаті контактних деформацій базові площини А₁ і А₂ зміщуються одна відносно другої. Спостерігаючи поверхні А₁ і А₂ за допомогою мікроінтерферометра Лінника (М), по зсуву інтерференційних ліній можна вимірювати контактні деформації з точністю до 0,03 мкм.

На рисунку 3.15 показана залежність контактних деформацій – зближення від тиску у контакті двох стальних поверхонь (R_z =20 мкм). ОВ – перше прикладання навантаження до контакту, ВС – розвантаження. При повторному прикладенні навантаження деформація описується кривою СВ.

Рисунок 3.15 – Залежність зближення від тиску