WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИ И НОВОМОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ РОССИЙСКОГО ХИМИКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА им. Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА Б.П. Сафонов, А.Я. Лысюк, Л.В. Лукиенко Лабораторные работы по курсу «Основы трения и изнашивания элементов трибомеханических систем оборудования» Новомосковск 2000 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТРИБОМЕТРА СМЦ-2 Цель работы: изучение конструкции трибометра СМЦ-2 и реализуемых на нём модельных трибосистем; знакомство с работой измерительной и регистрирующей аппаратуры трибометра.

Общие сведения Трибометрия - раздел трибологии, изучающий методы определения трибологических (фрикционных) параметров материалов. Для определения трибологических свойств материалов в лабораторных условиях используют трибометры или машины трения.

На трибометре объектом исследования является модельная трибосистема, в которой взаимодействуют образец и контртело. Образец - переменный элемент модельной трибосистемы, для материала которого определяют трибологические свойства. Контртело - постоянный элемент модельной трибосистемы.

Основным достоинством применения испытаний на трибометрах является то, что появляется возможность ускорить проведение эксперимента и упростить его постановку за счёт использования теории моделирования и подобия.

Важной характеристикой условий контактного взаимодействия в модельной трибосистеме является коэффициент взаимного перекрытия Квз, представляющий собой отношение площади поверхности трения образца Аобр и – контртела Акт Квз=Аобр/Акт Величина коэффициента взаимного перекрытия определяет развитие тепловых процессов в элементах трибомеханической системы.

Поскольку в технических устройствах встречаются трибомеханические системы различной структуры, для их моделирования в лабораторных условиях используются трибометры различной конструкции.

Трибометры классифицируют по характеру относительного движения образца (классы: установки однонаправленного относительного перемещения; установки знакопеременного относительного перемещения), внутри каждого класса выделяют две группы машин, которые отличаются по характеру контактирования образца и контртела (машины торцового трения; машины трения с контактом по образующей), внутри каждой группы выделяют две подгруппы, отличающиеся значением коэффициента взаимного перекрытия: Квз 1, Квз 0.

Такое деление машин трения необходимо для моделирования различных видов разрушения поверхностей трения и для выявления влияния на характер разрушения отдельных факторов (например физикохимических процессов).

Рис.1. Модельные трибосистемы, реализуемые на трибометре СМЦ-2:

1- образец, 2 – контртело (а – диск-диск; б – диск-колодка; в – вал-втулка) Рис.2. Кинематическая схема трибометра СМЦ-(1 – электродвигатель, 2 – клиноременная передача со сменными шкивами, 3 – шестерни привода образца и контртела, 4 – промежуточный вал, 5 – каретка, 6 – сменные шестерни привода образца, 7 – нагружающее устройство, 8 – образец, 9 – контртело, 10 – индукционный датчик момента трения, 11- торсион) При однонаправленном и знакопеременном движениях характеры разрушения резко отличаются. Проведённые к настоящему времени исследования показали, что изменение коэффициента взаимного перекрытия изменяет износ образца на несколько порядков. Торцовое трение и трение по образующей дают различный эффект в условиях граничной смазки, т.к. меняются условия образования и разрушения плёнок смазки.

Трибометр СМЦ-2, являясь модификацией машины трения Амслера, предназначен для испытания материалов на износ и определение их фрикционных свойств в условиях трения скольжения и трения качения при нормальных температурах для модельных трибосистем, схема которых представлена на рис. 1, диск-диск (а), диск-колодка (б), втулкавал (в).

Пару трения диск-диск используют для моделирования работы трибосопряжений с линейным контактом элементов, таких как колесорельс (например крановые ходовые колёса, перемещающиеся по рельсу) или зубчатое зацепление. При взаимном обкатывании взаимодействующих дисков с некоторым проскальзыванием в зоне их контакта возникают условия нагружения материала, соответствующие нагружению материала зубчатого колеса в какой-либо точке линии контакта (зацепления).

Пара трения диск-колодка используется для моделирования работы трибосопряжений сухого и граничного трения (тормозные колодки и др.). При использовании модельной трибосистемы втулка-вал возможно исследование гидродинамической опоры трения.

Трибометр укомплектован приспособлениями для тарировки его силовых систем, а также для проведения испытаний элементов модельных трибосистем диск – диск и диск – колодка в жидких средах предусмотрено использование специальных камер.

Технические данные трибометра СМЦ-1. Частота вращения вала контртела, об/мин 300, 500, 2. Коэффициент проскальзывания круглых образцов с одинаковыми диаметрами, % 0,10,15,3. Максимальный момент трения, Нм 4. Диапазон изменения момента трения, Нм 1,5...5. Диапазон измерения нагрузки, Н - диск-диск; диск-колодка - 200- - вал-втулка 500-6. Потребляемая мощность, кВА 2,7. Предел допускаемой погрешности коэффициента проскальзывания % ±8. Предел допускаемой погрешности числа оборотов контртела от измеряемой величины % ±Кинематическая схема трибометра представлена на рис.2. Привод вращения образца 8 и контртела 9 осуществляется от электродвигателя посредством клиноременной передачи 2 и шестерен 3. Клиноременная передача со сменными шкивами, позволяет проводить испытания при малых нагрузках на образец.

В каретке 5, поворачивающейся вокруг оси вала 4, расположены сменные шестерни 6, работающие в масляной ванне, для привода образца 8. Передаточное отношение этих шестерен определяет степень проскальзывания образца и контртела при испытаниях на трение качения с проскальзыванием.



Для проведения исследований работоспособности трибосистемы в жидких средах трибометр оснащен специальной камерой.

Момент трения измеряется бесконтактным индуктивным датчиком 10 по скручиванию торсионного вала 11, на котором закреплено контртело 9. Регистрацию момента трения производят самопишущим потенциометром типа КСП-2.

Каретка консольно крепится в бабе нижнего образца. Каретка может быть снята с машины для установки и работы с камерой для образцов "вал-втулка".

Чтобы исключить нагрузку на образцы от неуравновешенных масс консольно закреплённой каретки на машине имеется противовес, который размещается внутри станины машины.

Для измерения крутящего момента на машине используют бесконтактный индуктивный датчик, состоящий из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Основной частью ротора является торсион. Во время испытания возникает момент трения, который скручивает вал нижнего образца. Второй конец вала соединён с торсионом датчика, который воспринимает этот же момент. Под его действием торсион скручивается, а крайние кольца ротора смещаются относительно среднего кольца в разные стороны на равные углы. При этом меняется магнитный поток, следовательно происходит изменение ЭДС. Электрические сигналы подаются на потенциометр.

Подготовка машины к работе. Установить образцы на валу таким образом, чтобы радиальное биение их при проворачивании от руки не превышало 0,1 мм.

Порядок выполнения работы 1. Изучить конструкцию трибометра.

2. Рассмотреть реализацию на трибометре испытания в условиях трения качения и скольжения.

3. Рассмотреть систему нагружения образца 4. Рассмотреть систему измерения и регистрации момента трения 5. Оформить протокол лабораторной работы, содержащий кинематическую схему трибометра, эскизы образцов и контртела.

Контрольные вопросы 1. Трибометрия. Определяемые параметры.

2. Образец и контртело.

3. Классификация трибометров по направленности движения.

Примеры.

4. Классификация трибометров по характеру контактирования образца и контртела. Примеры.

5. Классификация трибометров по коэффициенту взаимного перекрытия. Примеры.

6. Модельные трибосистемы, реализуемые на трибометре СМЦ-7. Кинематические и силовые характеристики модельных трибо систем, реализуемых на трибометре СМЦ-2.

8. Порядок работы на трибометре.

9. Методика измерения момента трения.

10. Измерение износа образцов.

11. Порядок работы с аналитическими весами.

12. Техника безопасности при работе с трибометрами.

13. Какие виды защиты от перегрузок предусмотрены в конструкции трибометра СМЦ-2.

14. Требования, предъявляемые к точности установки образцов.

15. Достоинства применения испытаний на трибометрах.

16. Порядок подготовки трибометра для проведения испытаний при трении скольжения.

Литература 1. Крагельский И.В., Добычин Н.Н., Комбалов В.С. Основы расчётов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, 526 с.

2. Испытательная техника: Справочник в 2-х кн. - М.: Машиностроение, Лабораторная работа №Исследование трибологических свойств материалов на трибометре СМЦ-Цель работы: изучение работы трибометра СМЦ-2 с различными модельными трибосистемами; освоение методик определения износа образцов и силы трения, расчёта характеристик изнашивания Общие сведения Трибологические свойства - свойства материала, определяемые при нагружении в условиях модельной трибосистемы. Важнейшими определяемыми трибологическими характеристиками материала являются:

износ и сила трения. В соответствии с требованиями ГОСТ 27674 - "Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения" можно дать следующие определения:

Износ - результат изнашивания, определяемый в установленных единицах. Значение износа может быть выражено в единицах длины (линейный износ h = h0 - h1), объёма (объёмный износ v = v0 - v1), массы (износ по массе m = m0 - m1) и др.

Сила трения - сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами.

Износ характеризует потерю металла при работе трибосопряжения и определяет долговечность узла трения. Энергетические потери от трения (работа силы трения) весьма существенны. При этом выделяющаяся энергия рассеивается в окружающую среду, величина её оказывает влияние на коэффициент полезного действия механизма. Кроме того фрикционный разогрев контактирующих поверхностей деталей сопряжения может привести к смене вида нарушения фрикционной связи и также повлиять на долговечность узла трения в сторону его снижения.

В трибологических испытаниях приняты следующие количественные характеристики процесса изнашивания: износ (линейный, объёмный, массовый), скорость изнашивания, интенсивность изнашивания, износостойкость.

Износ - экспериментально определяемая величина. Скорость и интенсивность изнашивания - расчётные величины.

Скорость изнашивания - отношение величины износа к интервалу времени, в течение которого он имел место (1) h мм мг, = m, = V мм = hmv t с t с t с Интенсивность изнашивания - отношение величины износа к обусловленному пути, на котором он имел место, или к объёму выполненной работы (2) h m мг, V Ih = [ ] m, I = м Iv = м l l l Величины, обратные приведённым (2) называются износостойкостью.





Износостойкость - свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.

Для сравнительной оценки износостойкости группы материалов принято использовать относительную износостойкость.

Относительная износостойкость - отношение износа (или интенсивности изнашивания) материала образца и эталона в одинаковых условиях трибологических испытаний.

=hобр/hэт или =Ihобр/Ihэт (3) Интенсивность линейного изнашивания или износостойкость сопряжения и его деталей (при испытаниях в регламентированном для каждого типа изделий режиме) является наиболее универсальным и комплексным показателем для объективного контроля и прогнозирования состояния узлов трения при эксплуатации.

Срок службы элемента трибосопряжения (при допущении, что за этот период Ih=const) в общем случае можно определить по зависимости (4) [ ] t = Ih Vск где [] - допустимый износ элемента; Vск - скорость скольжения на поверхности трения.

Для выполнения расчёта по зависимости (4) необходимо задаться тремя параметрами, из которых интенсивность изнашивания можно определить экспериментальным путём или принять с использованием метода прецедентов, т.е. принять по аналогии из справочных данных. При этом условия нагружения материала в реальной и модельной трибосистемах должны быть максимально близки. Значения интенсивности изнашивания для некоторых трибосистем различного функционального назначения представлены в приложениях П1-П3.

Для определения интенсивности изнашивания материала необходимо иметь две исходные величины - износ и путь трения. Износ в лабораторной работе определяют взвешиванием образца на аналитических весах во время испытаний. Путь трения определяют расчётом.

Модельная трибосистема "диск-колодка" Исходные данные: а - длина колодки; d2 - диаметр контртела, n2 - частота вращения контртела; t - время испытаний; N2 - суммарное количество оборотов контртела за время испытаний.

Из курса геометрии имеем следующие соотношения для сектора окружности a=d2sin(/2) - хорда (длина колодки);

l=8.710-3d2 - длина дуги ( - центральный угол, рад, см.

рис.1а).

Путь трения образца - L1тр=d2n2t (5) Путь трения контртела - L2тр=ln2t (6) а а б d ddРис.1. Модельные трибосистемы (а – «диск-колодка», б – «диск-диск») Модельная трибосистема "диск-диск" Исходные данные: d1, d2 - диаметры образца и контртела; n1, n2 - частоты вращения образца и контртела; N1, N2 - суммарное количество оборотов образца и контртела за время испытаний t.

Lтр =L1-L2, где L1=d1N1=d1n1t - путь, пройденный точкой на поверхности трения образца;

L2=d2N2=d2n2t - тоже для контртела Lтр=t(d1n1 - d2n2), (7) Для получения действительного числа оборотов образца показания счётчика необходимо умножить на 100, т.к. он (счётчик) получает вращение от червячной пары с передаточным отношением 100.

Вторым фиксируемым параметром, определяющим процессы, протекающие в материалах в зоне фрикционного контакта, является момент трения Мтр, который регистрируется самопишущим прибором. Для определения коэффициента трения для модельной трибосистемы "диск - колодка" необходимо знать нагрузку на трибосопряжение F 2 Mт р (8) f = d2 F На результат трибологических испытаний оказывает влияние большое число факторов, поэтому для данного вида испытаний особенно важно обоснованное назначение объёма требуемой выборки экспериментальных данных x - x x + Величина, характеризующая точность полученного результата, может быть определена по зависимости = tk, (9) n где - среднеквадратическое отклонение случайной величины; n - количество измерений; tk, - коэффициент Стьюдента, зависящий от уровня значимости и степени свободы выборки k =1-P; k=n-1.

В технических расчётах наиболее часто принимают Р=0.или =0.05.

Увеличивая количество измерений (параллельных опытов) n, даже при неизменной их точности, можно увеличить надёжность доверительных оценок или сузить доверительный интервал (9). При требуемой доверительной вероятности Р необходимое количество измерений n для достижения требуемой точности можно определить по зависимости t,k (10) n Расчёт необходимого числа измерений по формуле (10) возможен, если известна заранее. В противном случае n можно определить, задав порядок будущей среднеквадратичной ошибки в отношении q=/ (cм. приложение П4). При испытании механических и трибологических свойств материалов следует придерживаться выполнения следующего неравенства = 100% 5% (11) x В общем случае кривая "износ-время" имеет три участка (рис.

3а). После сборки детали сопрягаются по выступам неровностей. Площадь фактического контакта при этом мала, т.е. при нагружении пары трения действуют большие давления. В результате этого в начале работы имеет место повышенный износ трибосопряжения.

Срабатывание микронеровностей контактирующих поверхностей приводит к снижению интенсивности изнашивания в связи с увеличением несущей поверхности. Процесс установившегося изнашивания заключается в деформировании, разрушении и непрерывном воссоздании на отдельных участках поверхностного слоя со стабильными свойствами. Увеличение зазоров в сочленениях ухудшает условия жидкостной смазки и может привести к повышению динамичности работы трибосопряжения. Изменения в макрогеометрии контактирующих поверхностей при дальнейшей работе может вызвать увеличение интенсивности изнашивания и привести к отказу трибосопряжения.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.