Файл: Евдокимов, В. Д. Экзоэлектронная эмиссия при трении.pdf

Измерительный усилитель

Электрод

сравнений

Образец

Рис. 21. Схема для измерения контактной разности потенциалов с по­ мощью независимого динамического конденсатора

Метод контактной разности потенциалов может быть использован для изучения состояния поверхностей трения. Метод КРП применяли

нее предсказать, на каком металле трущейся пары будет происходить окислительная или восстановительная реакции.

Для изучения пограничного слоя на металлических поверхностях трения и раскрытия механизма формирования поверхностных пленок Л.Ф.Колесниченко и В.В.Ковбасенко [192] также использовали метод КРП и создали установку по принципу динамического конденсатора с золотым эталоном сравнения. Установка отличается рядом достоинств,

-180°С.

Висследованиях [118,119], -тесно связанных с экзоэлектронной эмиссией при трении, был применен метод контактной разности потен­ циалов. Вибрирующим электродом служила никелевая пластинка, а не ­ подвижным электродом была металлическая поверхность трения. Обра­ зец в виде кольца (60x 50x15) мм закреплялся в приспособлении, которое изолировалось от массы и находилось на специальном поворот­ ном координатное столике. Наличие микроподач создавало ряд преиму­

Для надежной работы тщательно экранировались усилитель, измеритель­ ная ячейка, соединительные провода, обезжиривались высокоомное с о ­ противление и лампа.

51

4. Стенды для совместного исследования трения и экзоэлек­ тронной эмиссии

Исследование экзоэлектронной эмиссии спустя некоторое время после прекращения трения и снятия образцов с испытательной машины значительно упрощает методику эксперимента. В этом случае образец помешается в специальном приспособлении под сеткой детектора и все дальнейшие операции ничем не отличаются от обычных измерений экзоэмиссии. Если исследования необходимо проводить в динамических условиях трения, то комплекс аппаратуры должен иметь измеритель

скорости счета и самописец, а механическая система - отвечать опре­ деленным конструктивным особенностям. К ним можно отнести необхо­ димость свободного участка свежедеформированной трением поверхно­ сти, не прикрытого контртелом, и защищенного от электрических и магнитных полей, а также от потока летящих частиц износа или абра­ зива, выбрасываемых из зоны контакта. Последнее обстоятельство особенно важно при длительных изнашиваниях на значительных скоро­ стях, так как увеличивается вероятность попадания частиц износа в рабочий объем детектора или оседания их на ускоряющей сетке, что приводит к увеличению фона и возникновению ложных импульсов. Поэтому помимо защитных щитков необходимо еще и выбрать правиль­ ное расположение детектора относительно зоны контакта трения и направления скольжения. Однако в некоторых случаях осевшие на щит­ ках продукты износа можно использовать для оценки их эмиссионной способности.

При трении возникает вибрация стендов, что приводит к колебаниям тонкой нити с шариком в детекторе. Такая вибрация отражается на точности измерения интенсивности экзоэлектронной эмиссии. Поэтому рекомендуется [109] располагать кронштейн детектора не на вибриру­ ющей станине машины, а самостоятельно. Высказанное замечание в меньшей степени относится к детекторам с утолщенной торцовой ніггыр, натянутой нитью, а также к фотоумножителям.

Рассмотрим принципиальные схемы узлов трения разнообразных уста ­ новок с учетом возможности регистрации экзоэлектронной эмиссии в динамических условиях (рис. 22). Приведенные здесь схемы имеют

электронов в рекомендуемом положении (контурная линия) по отноше­

ца. Свободное пространство перед детектором облегчает его монтаж и эксплуатацию, смену заградительных щитков, установку контрольного изотопа, а также позволяет вести визуальное наблюдение и применять

одновременно другие методы исследования. При снятии нагрузки контр­ тело 2 опускается, трение прекращается в нужный момент, а кольцо продолжает вращаться на холостом ходу, не внося дополнительных по­ грешностей в экспериментальные результаты. По этой методике нами

52

[109, 110] были обнаружены некоторые особенности экзоэлектронной эмиссии, связанные с ее природой.

Схемы 16 и 1в по своей идее мало чем отличаются от схемы 1а и могут быть осуществлены на одной и той же установке, но наличие специального приспособления позволяют использовать контртело 2 в виде металлической ленты, проволоки или абразивного полотна.

53

щение трущихся поверхностей или нагружение происходит за счет пере­ движения контртела 2, что не изменяет расстояния между детектором (открытый счетчик или фотоумножитель)и поверхностью трения кольца 1. Вертикальное расположение поверхностей трения, как показано на схеме 26, менее удобно, так как должна быть более жесткой нить с шариком, а подводка высокого напряжения, охлаждающей жидкости, подсветка и экранирующие щитки загромождают зону трения. Пример

большей поверхности трения 1. Если расстояние между детектором 3 и контртелом 2 не позволяет их разместить над поверхностью трения об­ разца 1, то детектор можно укрепить несколько поодаль, как показано пунктиром. В последнем случае возникает ряд неудобств, связанных с обработкой экспериментальных данных. Аналогичные трудности имеют место и для схемы 36. На этой схеме образец 1 неподвижен, но пере­ мещается ползун 2, который при возвратно-поступательном движении перекрывает рабочее пространство под детектором. Так как расстояние между детектором и рабочей поверхностью, как было показано выше, регламентировано, то размеры ползуна и оправки к нему должны быть в пределах нескольких миллиметров, что приводит к потере жесткости системы, малым нагрузкам и к пр. К тому же наличие в рабочем про­ странстве металлической массы может влиять на электростатическое поле. Некоторой разновидностью схемы За является схема Зв, по ко ­ торой шток 1 может совершать поступательные и вращательные пере­ мещения в детали 2, а детектор располагается над свободной поверх­ ностью после выхода ее из зоны трения.

Схемы 4а,б реализуются на машинах трения типа МИ-1М, но с не ­ которой переделкой нагружающей головки. Оба образца вращаются с разными скоростями для осуществления проскальзывания. Схемы могут быть применены для исследования процессов упрочнения шариками, ро ­

экзоэмиссию при трении лент, проволоки о различные неподвижные или вращающиеся контртела, а также в динамике волочения. Схема пригод­ на для исследования процесса растяжения или кручения при замене од ­ ного из барабанов.

54

возбуждающая подсветка направляется через отверстие в торце детек ­ тора. При проектировании такой установки необходимо, с нашей точки зрения, предусмотреть на детали 2 с внутренней стороны окна у по­ верхности трения небольшие фаски или карманы для сбора продуктов износа. Если карманы не сделать, то на кромках отверстия в месте

Представляет интерес и схема 56. В неподвижном диске 2 сделано от ­ верстие, через которое детектором 3 измеряется эмиссионный поток, возникающий с поверхности трения вращающегося образца 1. Эта схема допускает соосное и несоосное вращения обеих трущихся поверхностей

ром должен быть поворотным. Пример измерения экзоэлектронной эмис­ сии с поверхности трения поршневых колец и плунжеров показан на схеме 5в.

Как видно из рассмотренных схем, экзоэлектронную эмиссию мож­ но измерять на различных машинах трения, но преимущественно на наружных поверхностях. Задача усложняется, если экзоэлектронная эмиссия должна быть изучена, например, с внутренней поверхности втул­ ки, в которой вращается вал. В этом случае вал необходим полый и большого размера для установки детектора; или же, наоборот, разме ­ ры втулки и вала должны быть весьма малы (до нескольких миллимет­ ров) и иметь специальные лыски и окна. Приведенные нами схемы не исчерпывают всех решений, возможны и другие варианты, но принцип построения их, как мы полагаем, остается аналогичным (см. рис. 22).

ма нагрузочных приспособлений позволяет испытывать на изнашивание

пульт, который осуществляет следующие циклы работы: одностророннее вращение шпинделя в любую сторону, вращение с частым реверсом и регулируемыми длительностями паузы и рабочего хода, прерывистое одностороннее или реверсивное скольжение с автоматической остановкой через заданное число циклов. Под прерывистым циклом здесь следует понимать рабочее скольжение, выбег до полной остановки шпинделя, затем последующее вращение шпинделя.в том же или противоположном направлении с повторением цикла. Циклы необходимы для создания иден­ тичных условий одностороннего и реверсивного трения.

55

проводов можно не ставить сплошной металлический экран, если отсут­ ствуют мощные электромагнитные излучения и прочие наводки. В не ­ скольких метрах от стенда находится аппаратура (рис. 24,6), а также выносной пульт управления электродвигателей и дополнительный тумб­ лер с реле времени для ввода или вывода световой заслонки между сеткой детектора и образцом. Машина допускает проводить испытания на изнашивание в атмосферных условиях с одновременной регистрацией экзоэлектронной эмиссии при скоростях от 0,1 м/сек (с дополнитель­

ным червячным редуктором) до 7 м/сек и нагрузках порядка 250 кг/см . 2 Широкое развитие получили исследования антифрикционных свойств

материалов при трении в вакууме, для проведения которых созданы различные экспериментальные установки. Необходимые рекомендации по конструированию таких установок можно найти, например, в работе [193], а сведения по вакуумным системам и их элементам имеются в справочной литературе [194, 195]. Если схемы вакуумных откачных

систем могут быть приняты стандартными, то не все стандартные узлы трения подходят для изучения экзоэлектронной эмиссии. При проектиро­ вании узлов трения, предназначенных для исследования экзоэлектрон­ ной эмиссии в атмосферных условиях, в газовых средах или в вакууме, окажутся полезными соображения, изложенные нами применительно к рис. 22. К сожалению, практически отсутствуют публикации по иссле­ дованию экзоэлектронной эмиссии при трении скольжения в высоком и

56

Рис. 25. Установка для изу­ чения экзоэмиссии в а т м о ­ сферных условиях и в в а ­ кууме

рычаг; 5 - подвижная втул­

сверхвысоком вакууме, однако такие работы с соответствующим описа­ нием установок, методик и результатов рано или поздно должны поя­ виться.

1 трется цилиндрический ползун 2, а экзоэлектронная эмиссия измеря­ ется ВЭУ 3. Весь узел смонтирован на стойке 6, по которой скользит

8 и втулке 5 прикреплен специальный упругий элемент с деформируемой константановой проволокой. Нагружение или разобщение поверхностей трения достигается рычагом 4 с тягой в вакуумной трубке и аррети­ ром за пределами колпака. Скорость вращения образца 1 регулируется посредством двигателя постоянного тока с червячным редуктором. Эта установка удобна тем, что пространство над поверхностью трения об­ разца 1 максимально освобождено для установки детектора, датчика КРП и наблюдений.

При выборе методики испытаний и монтаже электрических цепей в

определенную опасность для экспериментатора, но и грозит при непра­ вильно выбранной схеме подключения выходом из строя дорогостоящей аппаратуры. При изучении экзоэлектронной эмиссии в динамике трения [109, 111] применялись следующие схемы (рис. 26). Корпус детектора заземлен, а анодное напряжение подводится одноштекерным высоковольт­ ным разъемом с использованием под минус экранирующей металличе­ ской оплетки проводов. Сетка детектора также заземлена, но находит­ ся под положительным потенциалом самостоятельного источника пита-

58