Дослідження впливу тертя на стійкість деталей машин проти спрацювання

Лабораторна робота № 1

Дослідження впливу тертя на стійкість деталей машин проти спрацювання

Мета роботи:
вивчити обладнання та методики визначення характеристик механічного спрацювання при терті матеріалів і виробів; розрахунковим шляхом визначити вагову інтенсивність спрацювання заданого матеріалу.

1.1 Стислі теоретичні відомості

Спрацювання деталей, вузлів і з'єднань - одне з основних причин вироблення ресурсу і зменшення довговічності. Спрацювання поверхонь, які труться, являє собою складний процес і суміщає як механічні (пластичне різання і т.п.), так і фізико-хімічні явища (окислення відкритих поверхонь і т.п.). На процес спрацювання, крім фізико-хімічних властивостей матеріалу, великий вплив мають стан поверхонь, тиск, відносні швидкості тіл, які труться, інші фактори. Механізми спрацювання залежать від наявності в області контакту інших додаткових складових, від температури і властивостей навколишнього середовища.

Техніка спрацювання звичайно характеризується однією з наступних характеристик: лінійною інтенсивністю спрацювання, ваговою інтенсивністю і енергетичною інтенсивністю.

Лінійна характеристика
спрацювання являє собою товщину спрацьованого шару, що припадає на одиницю шляху тертя:

бо

де L
= NÄLk = NÄpÄd =10 000 Ä 3,14 Ä40 = 1 256 000 (мм)
(див. рис.4) - шлях тертя;

V
- швидкість відносного переміщення поверхонь;

t
- час роботи.

Вагова характеристика
спрацювання являє собою вагу речовини, що знімається з одиниці номінальної площі за одиницю шляху тертя:

де g
- вага спрацьованої речовини;

Аа
- = а2 = 10*10 = 100 (мм2)
(див. рис. 3) - номінальна площа контакту.

Енергетична характеристика
спрацювання визначає об'єм спрацьованої речовини, яка припадає на одиницю роботи сили тертя і виражається співвідношенням:

де: - робота сили тертя;

F - сила тертя.

Для оцінки зносостійкості гальмових пристроїв, муфт зчеплення та подібних механізмів доцільно користуватися енергетичною інтенсивністю спрацювання; для вузлів тертя, де важлива наявність мінімального тертя - лінійною інтенсивністю.

В загальному випадку інтенсивність спрацювання є функцією фізико-механічних властивостей матеріалів, мастила, швидкості відносного переміщення і тиску, хоча, як видно, наведені формули не зв'язують спрацювання зі всіма цими факторами. Розрахунки ресурсу виробів звичайно базуються на емпіричних залежностях, отриманих шляхом ретельного вивчення різноманітних процесів спрацювання.

тертя спрацювання деталь бронза

1.2 Метод оцінки зносостійкості матеріалів

В лабораторній роботі визначається вагова інтенсивність спрацювання І8 пари тертя. Суть методу полягає в тому, що нерухомий зразок з матеріалу, що досліджується увігнутою поверхнею прикладається до циліндричної поверхні зразка, що обертається (контрзразка) з заданим зусиллям. В процесі спрацювання нерухомого зразка при обертанні контрзразка відбувається припрацювання пари тертя, при якому зрівнюються контактні поверхні, та досягається режим тертя, що характеризується мінімальною і практично постійною швидкістю спрацювання. Вагова інтенсивність спрацювання визначається вагою спрацьованого матеріалу нерухомого зразка в процесі випробування за певний проміжок часу при постійній частоті обертання контрзразка.

1.3 Обладнання і оснащення

Робота проводиться на установці М-22П, конструкція якої показана на рис. 1. Основними складовими її є вал 1, на якому закріплюється контрзразок 2 з допустимим биттям циліндричної робочої поверхні не більше 0,02 мм, притискач 3, де знаходиться нерухомий зразок 4 з матеріалу, що досліджується і прилад, який забезпечує навантаження в діапазоні 25...200 Н в радіальному напрямку по відношенню до циліндричної поверхні контрзразка. Вимір сумарного лінійного спрацювання виконується з допомогою датчика переміщень 5, закріпленого на корпусі 6 та взаємодіючого зі зразком 4 через стрижень 7, виконаний з матеріалу з коефіцієнтом термічного розширення не більше 5 х 10-6 (наприклад, з кварцового скла). Величина сумарного лінійного зносу фіксується приладом зі шкалою, градуйованою в мкм; водночас ведеться запис процесу спрацювання на папері самописного приладу Н338-1П.

Вимір ваги спрацьованого матеріалу виконується за допомогою лабораторних ваг ВЛР-200.

Навантажувальний прилад (рис. 2) має рівноплечий важіль 1, центральна частина якого взаємодіє з притискачем 2 нерухомого зразка. Один з кінців важеля зв'язаний з шарніром З, а на другому є тяга 4, що утримує вантаж, який створює радіальне зусилля на зразок.

Привід установки здійснюється електродвигуном постійного струму, що забезпечує плавне регулювання частоти обертання вала з контрзразком в межах 50...3000 об/хв. Обертання на вал передається за допомогою клинопасової передачі. З метою визначення шляху тертя під час випробувань фіксується напрацювання зразка. Це виконується за допомогою лічильника циклів Ф5007 або тахометра 7ТЗ.

Зразки для досліджень випробувань виготовляють у відповідності з рис. З (нерухомий) і рис. 4 - контрзразок (що обертається). Нерухомий зразок виготовляють з матеріалу, що досліджується, контрзразок - з загартованої сталі 45 згідно ГОСТ 1050-74 твердістю 45...50 НКС (ГОСТ 22975-78). Робочу поверхню нерухомого зразка обробляють циліндричною фрезою з окружним кроком не більше 3 мм або шліфувальним алмазним кругом на металевій основі, діаметр якого відповідає діаметру контрзразка з допуском не більш 0,01 мм.

Для знежирювання і промивання зразків використовують бензин або ацетон.