Приложение B (справочное). Методы определения коэффициента или силы трения

Приложение B
(справочное)

Методы определения коэффициента или силы трения

В.1 Общие положения

Настоящее приложение содержит рекомендуемые для изготовителей и потребителей (заказчиков) обмоточных проводов методы определения коэффициента или силы трения проводов. Другие методы могут использоваться по согласованию между потребителем (заказчиком) и изготовителем.

В.2 Испытание А. Метод определения статического коэффициента трения

В.2.1 Метод испытания (для круглых эмалированных проводов с жилой номинальным диаметром от 0,050 до 1,600 мм включительно)

Статический коэффициент трения определяют по углу наклона пластины в момент начала скольжения блока по образцу провода. Образец провода сматывают с поставочной катушки через одну из щек. Перед испытанием верхние слои провода на катушке удаляют, если поверхность провода грязная или пыльная. Одну часть образца провода выпрямляют и размещают на наклоняющейся пластине, изогнув его вокруг стоек и закрепив двумя зажимами. Эта часть образца образует дорожку скольжения. Другую часть образца крепят на скользящем блоке аналогично.

Блок с образцом помещают на дорожку скольжения так, чтобы провода на блоке и на пластине пересекались в месте соприкосновения под прямым углом.

Затем пластину медленно наклоняют (со скоростью около 1°/с) до тех пор, пока блок не начнет скользить вниз. В этот момент по шкале фиксируют значение угла наклона .

Статический коэффициент трения определяют по формуле

.

(В.1)

В.2.2 Испытательное устройство

Схема испытательного устройства приведена на рисунке В.1.

Устройство имеет пластину 1, которая может быть наклонена на угол вращением вокруг оси 8. На основании 9 укреплена шкала 7 для определения угла наклона или коэффициента трения tg .

На пластине имеются устройства для крепления образца провода 3, например, две стойки 5 и два зажима 6. Параллельные части провода должны находиться на расстоянии 110 мм друг от друга. Они образуют дорожку скольжения от шкалы до оси пластины.

Для крепления второй части образца 4 на блоке 2 имеются зажимы и стойки. Параллельные части образца должны находиться на расстоянии 60 мм друг от друга. Во избежание дополнительного трения размер блока должен быть таким, чтобы зажимы и стойки находились на расстоянии от пластины 1. Масса блока должна быть:

- около 50 г для провода с жилой номинальным диаметром до 0,150 мм включительно;

- около 500 г для провода с жилой номинальным диаметром свыше 0,150 мм.

Масса блока при испытании непостоянна, поскольку она зависит от массы второй части образца провода.

Угол наклона медленно изменяют с помощью электрического или механического привода.

В.3 Испытание В. Первый метод определения динамического коэффициента трения

В.3.1 Принцип

Коэффициент трения определяют по силе трения С, действующей на движущийся провод при давлении на него груза определенной массы Е, по следующей формуле

.

(В.2)

В.3.2 Метод испытания

Схема испытательного устройства приведена на рисунке В.2.

Эмалированный провод проходит через направляющий ролик и притормаживающее устройство D поверх металлической плиты В. С помощью поворотных роликов провод протягивают под плитой В и возвращают назад параллельно первому проходу снова поверх плиты, как показано на рисунке В.2. С помощью привода А провод протягивают со скоростью 0,25 м/с. Груз Е помещают на проходящий поверх плиты В провод и соединяют с датчиком измерителя силы трения С.

Датчик измерителя силы трения может иметь линейный самописец (диапазон измерения 1-250 мВ), который фиксирует изменение и общий уровень степени гладкости провода на достаточно большой длине.

В.4 Испытание С. Второй метод определения динамического коэффициента трения (для круглых эмалированных проводов с жилой номинальным диаметром от 0,050 до 1,600 мм включительно)

В.4.1 Испытательное устройство

Схема типового испытательного устройства приведена на рисунке В.3. На рисунке В.4 приведены подробные изображения синтетических сапфиров. Рисунок В.5 является фотографией блока нагрузки. Испытательное оборудование оснащено направляющей системой провода и тяговым устройством, которое протягивает провод над плитой со скоростью 15 м/мин, как показано на рисунке В.6. Блок нагрузки выравнивают параллельно плите и располагают испытательные грузы перпендикулярно образцу провода.

При протягивании провода под блоком нагрузки (синтетическими сапфирами) трение между поверхностью провода и поверхностью сапфиров приводит к возникновению продольной силы, которая передается на измерительную систему при помощи вала, поддерживаемого двумя наборами линейных шарикоподшипников, находящихся в контакте с измерительной системой. Для получения динамического коэффициента трения показания измерительного устройства делят на значение нагрузки, действующей на испытуемую поверхность.

Измерительная система на рисунке В.3 представлена испытательным устройством для определения динамического коэффициента трения с датчиком нагрузки для измерения силы. Для измерения силы вместо датчика нагрузки также может использоваться линейный датчик скорости перемещения (LVDT). Электрический сигнал с выхода устройства, измеряющего силу трения, поступает в компьютер или микропроцессор, где собираются данные измерений, обычно 1000 значений. Для соответствующей интерпретации результатов этот набор данных может подвергнуться статистической обработке.

Примечания

1 Значения динамического коэффициента трения определяются типом смазки или поверхностью образца обмоточного провода. Обычно значения динамического коэффициента трения не зависят от размера провода.

2 Провод, смазанный минеральным маслом, обычно имеет среднее значение динамического коэффициента трения в диапазоне 0,09-0,16. Провод, смазанный твердым парафином, обычно имеет среднее значение динамического коэффициента трения в диапазоне 0,03-0,06, которое является более согласованным, что подтверждается более низким среднеквадратическим отклонением. Среднее значение, максимальное значение и значение среднеквадратического отклонения могут использоваться для оценки применения смазывающего вещества к проводу и гладкости поверхности провода.

Методика проведения испытания позволяет определить количество наносимой на провод смазки и степень гладкости поверхности провода как комбинированное значение. Предполагается, что провод будет удален с поставочной катушки с минимально возможным контактом с поверхностями провода, за исключением поверхностей, касающихся испытательного устройства и поставочной катушки.

Если есть подозрение, что присутствие пыли или грязи может повлиять на коэффициент трения, то один или два слоя провода удаляют с поставочной катушки и образец подвергают повторному испытанию. Поверхности испытательного оборудования, находящиеся в контакте с проводом, должны быть чистыми и сухими в начале каждого отдельного испытания. Растворитель, используемый для очистки поверхности блока нагрузки, должен удалять разные типы используемой смазки и высыхать без оставления пленки.

В.4.2 Испытуемый образец

Поверхность провода проверяют на наличие повреждений, сплетений либо чрезмерного количества пыли или грязи. В случае наличия хотя бы одного из этих факторов верхний слой провода перед проведением испытания удаляют. Образец провода сматывают с поставочной катушки через одну из щек, или из контейнера, или с барабана.

В.4.3 Подготовка образца

Образец провода протягивают над плитой при приложении испытательной нагрузки L. Сила трения F_d создается между поверхностями провода и регистрируется соответствующим измерительным устройством. Значение F_d, выраженное в грамм-сила, делят на значение испытательной нагрузки L в грамм-сила для получения динамического коэффициента трения .

.

(B.3)

Тяговое устройство, приводимое в действие двигателем, должно протягивать образец провода по гладкой поверхности плиты со скоростью (15  1,5) м/мин.

Набор грузов обеспечивает приложение усилия в диапазоне 100-1000 грамм-сила.

На блоке нагрузки установлены два синтетических сапфира, шероховатость поверхности которых не более 2,4 мкм. Сапфиры изображены на рисунке В.4, а их крепление показано на рисунке В.5.

Испытательное устройство имеет устройства, направляющие движение провода и обеспечивающие при необходимости его требуемое натяжение.

Электронный измеритель или датчик измеряет силу, возникающую вследствие трения. В качестве испытательного оборудования должны использоваться датчик измерителя силы трения, имеющий диапазон измерения усилия от 0 до 500 грамм-сила, устройство хранения данных, микропроцессор или компьютер для статистического анализа набора данных.

Может использоваться механическая амортизирующая система, состоящая из амортизирующей лопатки и контейнера, наполненного маслом. Электрические сигналы с выхода датчика нагрузки или LVDT могут также демпфироваться с помощью электроники.

Для удаления смазки при испытании применяют соответствующий растворитель, которым очищают контактирующие с проводом поверхности сапфиров и металлические поверхности.

В.4.4 Проведение испытания

Устройство, измеряющее коэффициент трения, настраивают таким образом, чтобы датчик давления измерял только силу, направленную перпендикулярно приложенной нагрузке, и не учитывал силу тяжести (гравитацию).

Калибруют датчик давления путем выставления нуля без приложения нагрузки, затем устанавливают диапазон чувствительности путем подвешивания груза весом 100 или 200 г. После этого удаляют груз, и на дисплее снова должен отображаться ноль.

Вводят параметры испытания в микропроцессор или персональный компьютер.

Провод сматывают с катушки через щеку катушки, пропускают через устройство натяжения, через направляющие и наматывают на приемный шпиндель.

Регулируют направляющие ролики таким образом, чтобы провод двигался параллельно испытательной плите. Очищают поверхность плиты, все направляющие ролики и поверхности сапфиров соответствующим растворителем.

Размещают соответствующий груз по таблице В.1 на блоке нагрузки.

Таблица В.1 - Испытательные грузы блока нагрузки для определения динамического коэффициента трения

Диаметр провода, мм	Вес, г
0,050-0,071	100
0,071-0,125	200
0,125-0,450	600
0,045-1,600	1 000

Регулируют плиту таким образом, чтобы испытательный груз был установлен параллельно испытательной поверхности. Включают натяжное устройство и начинают сбор данных после прекращения колебания провода, продолжают сбор до момента сохранения требуемого числа данных.

Анализируют данные для нахождения минимального значения, максимального значения, среднего значения и среднеквадратического отклонения.

Значение динамического коэффициента трения определяют по формуле

,

(В.4)

где - значение усилия, грамм-сила;

L - испытательный груз, грамм-сила.

В.5 Испытание D. Определение усилия трения методом скрученной пары

B.5.1 Круглые эмалированные провода с жилой номинальным диаметром от 0,100 до 1,500 мм включительно

Образец эмалированного провода скручивают, как при испытании 13 (пробивное напряжение) по 4.3 IEC 60851-5. Конец одного отрезка проволоки скрутки закрепляют в неподвижном зажиме, к противоположному концу другого отрезка через, например динамометр, прикладывают усилие, под действием которого этот отрезок начинает скользить, не вращаясь. Усилие, необходимое для разделения двух отрезков, принимают за силу трения скольжения.

B.5.2 Проведения испытания

Образец провода длиной около 400 мм складывают пополам и скручивают на отрезке длиной 125 мм, как показано на рисунке В.7. Усилие (нагрузка), прикладываемое к паре при скручивании, и число кручений указаны в таблице В.2.

Петлю на конце скрученного участка разрезают в двух местах, чтобы обеспечить максимальное расстояние между разрезанными концами. При разделении отрезков провода следует избегать резких изгибов или повреждения изоляции на скрученном участке и нескрученных концах.

Конец одного отрезка надежно закрепляют в зажиме, а к противоположному концу другого отрезка прикладывают усилие, обеспечивая скольжение отрезка без вращения. Испытание проводят на трех образцах.

Таблица В.2 - Параметры скрученной пары

Номинальный диаметр жилы, мм	Усилие, прикладываемое к паре провода, Н	Число кручений на отрезке длиной 125 мм
Св. 0,100 до 0,250 включ.	0,85	17
Св. 0,250 до 0,315 включ.	1,40	15
Св. 0,315 до 0,400 включ.	2,40	13
Св. 0,400 до 0,500 включ.	3,40	12
Св. 0,500 до 0,710 включ.	6,00	11
Св. 0,710 до 0,800 включ.	8,50	10
Св. 0,800 до 0,900 включ.	10,00	9
Св. 0,900 до 1,000 включ.	12,50	8
Св. 1,000 до 1,120 включ.	15,00	7
Св. 1,120 до 1,250 включ.	20,00	6
Св. 1,250 до 1,500 включ.	27,00	5

1 - пластина, 2 - блок; 3, 4 - образец провода; 5 - стойки; 6 - зажимы; 7 - шкала; 8 - ось; 9 - основание; 10 - образец обмоточного провода

Рисунок В.1 - Испытательное устройство для определения статического коэффициента трения

А - привод; В - плита; С - измеритель силы трения; D - притормаживающее устройство; Е - груз

Рисунок В.2 - Испытательное устройство для определения динамического коэффициента трения

1 - натяжное устройство; 2 - датчик нагрузки; 3 - блок с сапфирами и блок поддержки провода; 4 - оправка тягового устройства

Рисунок В.3 - Типовое испытательное устройство для определения динамического коэффициента трения

Рисунок В.4 - Материал - сапфир (синтетический)

Рисунок В.5 - Синтетические сапфиры, расположенные на блоке нагрузки

Рисунок В.6 - Нагрузка, приложенная перпендикулярно проволоке

Рисунок В.7 - Скрученный образец