Занимательная физика ножика, линейный замок

Продолжу общеобразовательный тренд, начатый в теме про прочность лезвия.
Планирую собрать и зафиксировать известные мне факты о физических характеристиках ножиков, относящиеся к прочности, геометрии и принципам работы.
Начну с рассмотрения принципов и особенностей работы линейных замков.

Итак, лайнерлок и фреймлок.

Работа большинства ножевых замков, выбирающих люфты, основана на эффекте подпорок, или расклинивания, когда между фиксируемым объектом и основанием, к которому он присоединён и относительно которого он должен быть зафиксирован, вставляется подпорка.
Самый простой пример - временная подпорка к калитке, которую (калитку) необходимо зафиксировать в закрытом состоянии, прижатой к косяку. Подпорка упирается в ограничитель на калитке и в землю.
Принцип действия подпорки основан на использовании силы трения, возникающей при движении тела по наклонной плоскости:

Тело начнёт двигаться, если тангенс угла наклона плоскости будет больше, чем коэффициент трения пары поверхностей тело-наклонная плоскость. Угол, тангенс которого равен коэффициенту трения пары, называется критическим.

http://www.fxyz.ru/%D1%84%D0%B...BD%D0%B8%D1%8F/

Вообще говоря, коэффициент трения покоя несколько больше, нежели коэффициент трения при движении, но для данного исследования опустим эти различия.

В случае с подпоркой для калитки, наклонной плоскостью становится земля, а давление тела на плоскость моделируется упругими силами, возникающими в подпорке. Если угол между землёй и подпоркой мал, калитку легко открыть - подпорка будет скользить по земле даже под собственным весом, в противном случае, калитку можно будет открыть, только сломав конструкцию.

В случае с линейным замком, роль подпорки играет пружина, роль наклонной плоскости - скошенная пятка клинка.
Таким образом, линейный замок будет работать, если угол A=(угол скоса пятки - угол наклона пружины) меньше критического угла.
Из этого, в частности, следует, что надёжность линейного замка не определяется мощностью пружины - если угол A больше критического, то всегда можно найти нагрузку на обух, которая сдвинет пружину и наоборот, если угол A меньше критического, при любой нагрузке пружина не соскользнёт вплоть до деформирования.
Для того, чтобы угол A оставался постоянным по мере износа пружины, пятку клинка логично профилировать радиусом, равным длине пружины (точно не считал, но похоже на правду). Особенно актуально для коротких лайнеров.

Общие выводы, которые можно сделать таковы:
- наиболее стабильным и лёгким в обращении будет линейный замок с длинной пружиной и выборкой под рабочую область в основании пружины, т.к. при этом можно обеспечить максимальный ход торца пружины при минимальном усилии на разблокирование, кроме того, можно не профилировать пятку клинка, угол пружины относительно пятки не сильно меняется при износе торца;
- необходимо точно рассчитывать угол A, он должен быть рассчитан с некоторым запасом, с учётом особенности работы трущихся пар пружина-пятка.

Вот ссылка на табличку с коэффициентами трения для различных трущихся пар:

http://blog.mechguru.com/machi...mmon-materials/

Особенности титановых лайнеров и фреймов.

Особенности трущейся пары титан - сталь, состоит в том, что коэффициент трения этой пары равен коэффициенту трения пары титан - титан.
Происходит это по причине переноса (налипания) частиц титана на сталь. Таким образом, после определённого числа итераций взаимодействия поверхностей титан - сталь, мы получим две трущиеся титановые поверхности.
Как видно из приведённой выше таблицы, коэффициент трения титан-титан(сталь) достаточно высок, что даёт возможность задавать достаточно большие углы на пятке клинка, нивелируя таким образом, высокий износ титана.
Однако, как я покажу далее, использовать рассчитанный угол без учёта условий применения складного ножика настоятельно не рекомендуется.

Для уменьшения износа торца титановой пружины могут применятся различные виды обработки, из того, что мне известно:
- закалка титана (на Себе);
- электро-искровое легирование (карбидизация);
- нанесение покрытий вакуумным методом.

Закалка повышает твёрдость торца лайнера и увеличивает коэффициент трения пары титан-сталь.
Сохраняется ли перенос титана на сталь мне не известно, но, судя по графикам поведения трущихся пар, серьёзного изменения коэффициента трения в процессе взаимодействия пар не происходит.

Ну а теперь разберём практический пример .)))

- Страйдер, к доске!
- А почему Страйдер?! Как что, так сразу Страйдер, Страйдер... (c)

😀

http://www.youtube.com/watch?v=claUC2M7qvA

- класс замер, начинаем разбираться.

Впервые этот эффект был обнаружен мною на SNG, восстановленном Миком после моего первого эксперимента. Соответствующая запись есть в теме для любителей Страйдеров, позже вставлю ссылку.

Вот ссылка, пост #2578 :
http://guns.allzip.org/topic/64/425384.html

Тогда я всё списал на рыжую плёнку (пост #2595 в той-же теме), которая обнаружилась на пятке нового клинка, потом на ножике опять возник люфт и я его забросил.
По весне, вот, решил перебросить лезвия между двумя sng, один сейчас на излечении, второй, который получился без люфтов, исследую.

Короче, на безлюфтовом ножике через пару дней тоже обнаружилась возможность складывания без разблокирования фрейма.

Конечно, угол на пятке нового лезвия сразу вызвал у меня некоторые опасения, однако, думал я, ну не может же так ошибаться производитель.
И решил я его измерить:

Получилось 14 и 2.5 градусов, итого, угол A = 11.5.
Критический угол для титана посчитаем с запасом для коэффициента 0.3: atan(0.3)= 16.7.

Тупик, угол на Страйдере получился допустимый, пришлось проводить повторный эксперимент - я зачистил и обезжирил торец фрейма и пятку клинка, ножик перестал складываться и я опять повесил его на карман.
Каждый вечер проверял на складывание, показанным выше способом. На третий день он опять стал непринуждённо складываться...

Пришлось опять перепахивать инет и вот, что я обнаружил:

Нас интересует красная линия - зависимость от времени коэффициента трения пары незакалённый титана - сталь.

Т.е. получается, что коэффициент трения 0.36 рассчитан для установившегося режима взаимодействия поверхностей, а в начеле он ниже 0.2, что в нашем случае даёт критический угол 11.3 градуса.
Таким образом, в быту выйти на стабильный коэффициент трения 0.3 принципиально невозможно, если только специально не нащёлкать 1000 раз обезжиренным ножиком и в перчатках.

PS: данные расчёты верны для моего ножика с профилем пятки, показанном на фото, так что результаты совершенно точно не относятся к старым вогнутым профилям пятки SNG.

Прафизику...

NT2009

в какой то из тем Вы анонсировали подробное описание износа фрейма на ваших страйдерах, это будет в этой теме? Желательно фотки или видео.

Теперь про износ.

Думаю, что мне удалось установить основную причину быстрого износа торцов фреймов Страйдеров: это грубая обработка пятки клинка - глубокие борозды, перпендикулярные плоскости лезвия.
И всё было бы ничего, если бы торец фрейма заходил на них как на рельсы и фиксировал клин, но он заходит по небольшой дуге и пятка работает как напильник по отношению к фрейму.
Мне неизвестна причина, по которой Мик оставляет такую поверхность, возможно, он стремиться быстро выйти на хороший коэффициент трения, быстро перенося титан с фрейма на пятку.

Вот как изнашивается торец фрейма на старом вогнутом профиле пятки:

Ещё одна причина быстрого износа - смазка, вот выдержка из статьи:
"Трение титанового сплава марки ВТ 14 по закаленной {HRC 45-50) стали ЗОХГСА как без смазки, так и со смазкой минеральным маслом протекает аналогично описанному выше для пары титан-титан. Интенсивность износа титана в этом случае обычно пропорциональна давлению, коэффициент трения достигает значений, близких к его значениям при трении титана по титану. Износ в масле в несколько раз выше, чем на воздухе; соответственно и микротвердость поверхности титана оказывается выше при трении на воздухе, чем в масле."

Т.е. попадание минерального масла на титановый фрейм не приведёт к уменьшению трения, но приведёт к быстрому его стиранию. Думаю, все замечали, что после прощёлкивания фрейма после смазки, приводит к образованию "серой" каши, которую приходится удалять вплоть до полного "высыхания".

послежу

И я.

Правильно ли я понимаю, что на торец фрейма Umnumzaan запрессовали керамический шарик для решения проблемы износа фрейма и торца лезвия?
Тогда мне интересна оценка надежности замка Umnumzaan, запирающего лезвие, упирающие шпеньками в торец рукояти, в сравнении с Сабензой того же Рива.

Думаю, что мне удалось установить основную причину быстрого износа торцов фреймов Страйдеров: это грубая обработка пятки клинка - глубокие борозды, перпендикулярные плоскости лезвия.

Т.е. попадание минерального масла на титановый фрейм не приведёт к уменьшению трения, но приведёт к быстрому его стиранию.

Может я скажу глупость, но по моему титановые сплавы, которые применяются сейчас для изготовления ножей с фрейм-локом и лайнер-локом, будучи даже закалены в месте контакта с пятой клинка, остаются всё же мягче закалённой стали клинка и поэтому изнашиваются достаточно быстро при интенсивном открывании-закрывании ножа ( как любят говорить на Ганзе: "сижу в офисе, клацаю туда-сюда").

grishab

Может я скажу глупость, но по моему титановые сплавы, которые применяются сейчас для изготовления ножей с фрейм-локом и лайнер-локом, будучи даже закалены в месте контакта с пятой клинка, остаются всё же мягче закалённой стали клинка

Почему вдруг "глупость"? Так и есть...

NT2009
Считается ли титановый фрейм с сухариком титановым или же пляшем от трущейся пары?

Правильно ли я понимаю, что на торец фрейма Umnumzaan запрессовали керамический шарик для решения проблемы износа фрейма и торца лезвия?
Тогда мне интересна оценка надежности замка Umnumzaan, запирающего лезвие, упирающие шпеньками в торец рукояти, в сравнении с Сабензой того же Рива.

Если исходить из общих соображений - чем больше площадь пятна контакта фрейма с пяткой, тем меньшее влияние на совокупный (средний по пятну) коэффициент трения будут давать мелкие грязевые включения между трущимися парами. (Как я помню, у новых ножиков Umnumzaan контакта титан-пятка - нет, фрейм опирается на шарик, получается, что пятно контакта минимально.)
Т.е., например, если если под шарик попадёт, мелкий кусок колбасы, то он может резко снизить коэффициент трения. Для Себы, кусок колбасы, ухудшающий характеристики трущейся пары, должен быть больше 😊

Кстати, на приведённом графике есть данные по коэффициенту трения для керамического покрытия (правда, не знаю какого, иногда керамическим называют различные напыления), видно, что для полированного покрытия коэфиициент трения наиболее стабилен. В общем, копать статистику нужно.

PS: как всегда, общие соображения без подробного изучения приводят к упущению важных деталей, вот, только что вспомнил (где-то читал), что коэффициент трения на начальных итерациях взаимодействия трущихся пар зависит от удельного давления, поскольку для шарика оно значительно выше, он быстро доберётся до чистой стали просто выдавив колбасу 😊))

Может я скажу глупость, но по моему титановые сплавы, которые применяются сейчас для изготовления ножей с фрейм-локом и лайнер-локом, будучи даже закалены в месте контакта с пятой клинка, остаются всё же мягче закалённой стали клинка и поэтому изнашиваются достаточно быстро при интенсивном открывании-закрывании ножа ( как любят говорить на Ганзе: "сижу в офисе, клацаю туда-сюда").

Да, изнашиваются, но не быстро. Пример - Себа.
Есть темы, в которых народ сообщает об отсутствии изменений в глубине захода фрейма Себы после использования её для продолжительного медитативного клацанья.
В целях подтверждения своей теории о причинах износа фрейма, я зашлифовал нулёвкой пятку Страйдера и полирнул её пастой ГОИ. Налипание титана сохранилось, но явно уменьшилось количество переносимого титана и, соответственно, срабатывание фрейма. По ощущениям - уменьшилось сильно, на сколько точно, сказать не могу.
У Себы, кстати, слоя налипшего титана (сплава Ti6Al4V) я вообще не наблюдал, только небольшой серый налёт, а на Страйдере - ноготь цепляет.

Считается ли титановый фрейм с сухариком титановым или же пляшем от трущейся пары?

ОП, ты прекрасен.

Продолжу общеобразовательный тренд

Да, изнашиваются, но не быстро. Пример - Себа.Есть темы, в которых народ сообщает об отсутствии изменений в глубине захода фрейма Себы после использования её для продолжительного медитативного клацанья.В целях подтверждения своей теории о причинах износа фрейма, я зашлифовал нулёвкой пятку Страйдера и полирнул её пастой ГОИ. Налипание титана сохранилось, но явно уменьшилось количество переносимого титана и, соответственно, срабатывание фрейма. По ощущениям - уменьшилось сильно, на сколько точно, сказать не могу.У Себы, кстати, слоя налипшего титана (сплава Ti6Al4V) я вообще не наблюдал, только небольшой серый налёт, а на Страйдере - ноготь цепляет.

Таким образом, когда производитель изготавливает титановый фреймлок без сменного сухарика мы получаем нож с запраграмированным ресурсом износа замка, без возможности восстановления до рабочего состояния бытовых условиях.
Дополнительная полировка снижает трение и замедляет износ, но не позволяет полностью его избежать.
Выход мне видится пока только в применеии съёмных сухариков на рабочей части титанового фреймлока, которые будут выступать в качестве расходного материала.

когда производитель изготавливает титановый фреймлок без сменного сухарика мы получаем нож с запраграмированным ресурсом износа замка, без возможности восстановления до рабочего состояния бытовых условиях

Ну не знаю, многие ножи при активном клацании клацают без изменений годами. И каленая пята фрейма без видимых изменений. Хотя аксис в этом плане поинтересней, дабы вообще не думать

Кстати, может, кто из знающих прояснит ситуацию:
- в известном фильме про изготовление Себы видно, что на торец фрейма нанесена какая-то синяя (цвет точно не помню) краска в форме треугольника, только непонятно - наносится она после обработки горелкой, или до. Может, Крис хитрит и насыщает карбидами торец, типа, они образуются в поверхностном слое при взаимодействии краски и титана при закалке?
Или это просто защита от пескоструйки?
По крайней мере, на торце моей Себы виден именно треугольник закалённого титана, который в фильме был покрыт краской.

в известном фильме про изготовление Себы

попробуйте поиском, я в своё время выкачал по ссылке с Ганзы, ссылку не сохранял

Таким образом, когда производитель изготавливает титановый фреймлок без сменного сухарика мы получаем нож с запраграмированным ресурсом износа замка, без возможности восстановления до рабочего состояния бытовых условиях.

В корне НЕ верно. Фрейм и лайнер "лечатся" обстукиванием пластины замка. Читайте классику Боба Терцуолы 😛

Подводя итог : Страйдер - говно, Себа рулит 😀

Фрейм и лайнер "лечатся" обстукиванием пластины замка.

вы имеете ввиду побить молотком, создать наклёп? Ну если лайнер лок скрыт под накладками, то уж фрейм - на виду и какой после этой процедуры будет вид дорогого ножа? Ф топку такое лечение.

grishab

Во первых эта процедура и на фрейме делается изнутри, т.к. работает именно внутренняя часть пластины. Вид эта процедура не портит вообще.
Это ж какие руки и откуда они должны расти, чтобы сделать такое лечение видимым?!

Я писал уже - почитайте статью Боба Терцуолы о ремонте лайнер локов. Стив Раян такое лечение практикует уже не первый год. С ценами на его ножи знакомы?

Дык а сухарь ведь можно прилепить к фрейму, на котором его изначально не планировалось, так ведь? Это наверное даже проще, чем долбить.

Кстати по поводу износа, вот фрейм менее именитого, чем себа или страйдер, ножа - ZT0300. Легкое потемнение в контактной поверхности, если посмотреть в горизонт - поверхность на ребре фрема идеально ровна, ни запилов, ничего. Нож давно эксплуатируется и щелкает.

Знатоки, разъясните мне один момент.
На страйдере, очень маленькой пятно контакта фрейма с клинком. Это хорошо или плохо? В чем плюсы и минусы?

piter pen
Легкое потемнение в контактной поверхности, если посмотреть в горизонт - поверхность на ребре фрема идеально ровна, ни запилов, ничего.

ЗТ300 вообще образец подгонки. Контакт локбара с пяткой полный, клин не люфтит ни в одной плоскости, как фиксед вообще. Жаль сталь неправильно подобрана. Д2 туда надо было, а не кухонную тридцатку.

piter pen, а фрейм далеко заходит при таком износе?

До середины пяты клинка, на 3/4 пяты фрейма. Ход клина мягок и легок, люфтов нет при ручном закручивании осевого (я его не сажаю ни на что, закручиваю пальцами, не раскручивается). Несмотря на пожелания Черил, когда она присылала мне пружинку, посадить на синий локтайт, так и кручу ручками.

"Знатоки, разъясните мне один момент.
На страйдере, очень маленькой пятно контакта фрейма с клинком. Это хорошо или плохо? В чем плюсы и минусы?"

Присоединюсь к вопрошающему. И ещё в сравнении с себой если можно.
О всезнающие шаманы-карбидизаторы 80-го левела, поясните нерадивому
ножеману, что к чему будьте милостивы.

------------------
Ганза! Что ты делаешь! Ахахаха! Прекрати!

АцкийВоин
На страйдере, очень маленькой пятно контакта фрейма с клинком. Это хорошо или плохо?

Я не знаток, но ничего хорошего в этом не вижу. Меньше контакт - быстрее стирается, слабее блокирует клин.

Про маленькие и большие пятна 😊
Если пятно контакта мало, то, при одинаковых пружинах, давление на единицу площади этого пятна будет больше, в сравнении с большим пятном => износ выше. Аналогия - остроотточенный и тупой грифели.
При ударных нагрузках по этой же причине вероятность деформации области контакта на фрейме выше для малого пятна.
Теперь про надёжность фиксации (мои собственные рассуждения, не подтверждённые материалом).
Небольшие грязевые включения для широкого пятна будут компенсироваться оставшейся площадью чистого контакта.
Для малого пятна аналогичные по площади грязевые включения могут привести к значительному снижению коэффициента трения и, как следствие - разблокированию.
Однако, по причине более высокого удельного давления, малое пятно может быстрее выдавить грязь.
Похоже, для одних видов загрязнений будет лучше большое пятно, для других - малое.
С бытовой точки зрения понятно, что вероятность навернуться на банановой кожуре выше у того, кто прыгает на одной ноге, нежели у того, кто идёт, или прыгает, на двух.