Sem kjarnavísir til að stjórnaboltiklemmakraftur, raunveruleikinn er sá að megnið af hertu toginu tapast við núning, þar sem aðeins lítill hluti er í raun breytt í klemmakraft. Svo, hvaða þættir ákvarða að lokum snúningsdreifingu bolta og stærð núningsstuðulsins? Í dag mun ritstjórinn frá Jiangsu Jinrui deila reynslurannsókn sem byggir á smásjárgreiningu, sem leiðir í ljós lykilþættina sem hafa áhrif á snúningsdreifingu bolta og núningsstuðul, sem gefur sterkan grunn til að ná há-áreiðanlegri festingu.
1. Núningsstuðull og togdreifing
Þegar bolti er hertur er inntaksvægið ekki alveg notað til að teygja boltann og mynda klemmukraft. Í raun er togið dreift á þrjár neysluleiðir:
Þráður núningur: Núningur á sér stað í snertisvæði þráðar milli bolta og hneta, sem eyðir miklu togi;
Bearyfirborðsnúningur: Núningur er einnig á milli boltahaussins og þvottavélarinnar eða yfirborðs tengda íhlutans og togið sem notað er í þessum hluta er stærra hlutfall;
Áhrif snúningshorns (þ.e. áhrifaríkur forhleðsluhluti): Aðeins þessi hluti togsins er raunverulega notaður til að teygja boltann og mynda þannig klemmukraft.
Rannsóknir hafa sýnt að um það bil 85% til 90% af toginu er notað til að vinna bug á núningi og aðeins um 10% er breytt í togkraft bolta.
Þetta þýðir að þegar núningsstuðullinn breytist mun skilvirkni togumbreytingarinnar breytast í samræmi við það, sem leiðir til mögulegs meira en tvöfalds munar á klemmukraftinum sem myndast við sama tog. Þess vegna er óáreiðanlegt að læsa klemmukraftinum eingöngu með tog.
2. Scheme Design
Til að kanna djúpt kjarnaþættina sem ákvarða togdreifingu bolta og núningsstuðul, hannaði Tribology Laboratory í École Centrale de Lyon í Frakklandi kerfisbundið tilraunakerfi. Kjarnamarkmið þessa kerfis er að sameina vélrænni prófun með yfirborðsgreiningu á yfirborði til að koma á orsakasambandi milli núningshegðunar og örbyggingar.
Tilraunin var gerð í samræmi við ISO 16047 staðalinn fyrir tog-þvingunarkraftprófun. Boltarnir sem notaðir voru voru af forskrift M10×60, úr 30MnB4 stáli, sem voru kald-hausuð, þráð-valsuð og síðan rafgalvaniseruð. Sérstök gildi heildartogs voru skráð í smáatriðum, en snúningsvægi og togyfirborðs legu voru aðskilin til að reikna út núningsstuðulinn nákvæmlega og greina dreifingarlögmálið. Þrívídd landslagsskönnunartækni var notuð til að draga út grófleika-tengdar færibreytur og breytubreytingarnar fyrir og eftir aðhald voru bornar saman til að kanna innri fylgni milli núningshegðunar og smásjár. Þessi hönnun tekur ekki aðeins tillit til vélrænni frammistöðu heldur kafar einnig í örstigið og sýnir grundvallarástæður breytinga á boltadreifingu og núningsstuðli.
3. Próf staðfestingaraðferð
Byggt á ofangreindu kerfi var smíðaður prófunarbúnaður í samræmi við ISO 16047 staðalinn, sem getur mælt tog og klemmukraft nákvæmlega. Prófunarferlið inniheldur eftirfarandi tengla:
Boltafesting og hleðsla: Settu boltann á staðlaðan prófunarbekk, beittu stilltu togi og skráðu í rauntíma-gildi heildarsnúningstogs, þráðarsnúnings, togyfirborðs legunnar og klemmakrafts;
Núningsaðskilnaðarmæling: Aðskilið þráðnúning frá núningi á yfirborði burðarins í gegnum sérstaka uppbyggingu tækisins og skynjara til að tryggja nákvæmni útreiknings núningsstuðla;
Fyrirkomulag staðfræðiskönnunar: Fyrir og eftir hverja herðaaðgerð skaltu framkvæma þrívíddarskönnun á burðarfleti boltahaussins og yfirborði skífunnar til að fanga upplýsingar um míkron-stig eiginleika;
Útdráttur og greining á færibreytum: Dragðu út grófleika-tengdar færibreytur og sameinaðu þær núningsgögnum til að greina samsvarandi samband milli breytinga á yfirborði yfirborðs og núningshegðunar.
Myndin hér að neðan sýnir uppbyggingu prófunarbekksins og sérstakar stöður mælipunktanna.
4. Greining á staðfræðiniðurstöðum
Prófunargögnin leiddu í ljós nokkur lykilfyrirbæri sem hjálpa til við að skilja djúpt grundvallarþættina sem ákvarða togdreifingu og núningsstuðul:
4.1 Dýnamískar breytingar á núningsstuðli
Meðan á aðhaldsferlinu stendur er núningsstuðullinn ekki stöðugur en breytist stöðugt með snertiástandinu. Almennt er núningsstuðull burðaryfirborðs um 44% hærri en núningsstuðull þráðar, sem gefur til kynna að megnið af toginu sé notað á leguyfirborðinu frekar en þráðyfirborðinu.
4.2 Verulegur togdreifanleiki
Jafnvel þegar sama klemmakraftsmarkmiðið er stillt getur munurinn á nauðsynlegu togi verið næstum tvöfaldur. Sumir boltar þurfa til dæmis 96,7 Nm tog en aðrir aðeins 54,5 Nm. Þessi dreifileiki toggilda stafar beint af óstöðugleika núningsstuðulsins.
4.3 Veruleg þróun yfirborðs landslags
Niðurstöður þrívíddar skönnunar sýna að grófleikabreytur leguyfirborðsins hafa tekið umtalsverðum breytingum:
Sq (root mean square roughness) minnkaði úr um það bil 5,3 μm í 1,04 μm og yfirborðið varð sléttara;
Ssk (skekkjan) varð neikvæð, sem gefur til kynna breytta dreifingu yfirborðstoppa og dala, þar sem meira efni safnaðist í lægstu punktum (dölum) yfirborðsins, og holaeiginleikarnir urðu augljósari;
Verðmæti Sku (kurtosis) jókst, sem þýðir að yfirborðsburðargeta var aukið.
Þessar breytingar benda til þess að við aðhaldsferlið verði yfirborðið plastísk aflögun, raunverulegt snertiflötur eykst og núningshegðun breytist í samræmi við það. Myndin hér að neðan sýnir þrívíða-landslag burðaryfirborðs boltahaussins fyrir og eftir herðingu: fyrir herðingu sýnir yfirborðið augljósa grófa topp-dalbyggingu; eftir að hafa verið hert, eru grófir toppar klipptir, yfirborðið hefur tilhneigingu til að vera flatt og stefnumótunin er augljósari. Þetta sýnir að núningur eyðir ekki aðeins orku heldur endurmótar einnig yfirborðsbygginguna á örstigi.
Myndin hér að neðan sýnir greinilega núningsmerkin og plastaflögunarsvæðin á burðarflötinum með smásjárskoðun: það eru verulegar rispur á sumum svæðum og framlengingarstefna rispanna er í samræmi við snúningsstefnu boltans, sem gefur til kynna að núning hafi valdið efnisflæði og yfirborðsskemmdum.
Myndin hér að neðan sýnir ójafna eiginleika snertingar yfirborðs legu: Raunverulegt snertiflötur er miklu minna en nafnflatarmálið og álagið er einbeitt í nokkur ör svæði, sem leiðir til staðbundins mikils-álagsástands og plastrar aflögunar. Þessi ójafna snerting er lykilatriðið sem veldur sveiflum í núningsstuðlinum.
