Лабораторная работа: 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 Ä 40 = 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.

1.4 Підготовка до роботи

1.4.1. Обробку зразків проводять на металорізальних верстатах з глибиною різання на останньому проході не більше 0,3 мм.

1.4.2.Нерухомий зразок закріплюють в затискачі установки і обробляють абразивним кругом. Обробку проводять при температурі зразка не вище 50°С.

1.4.3.Знімають притир і на його місце встановлюють контрзразок.

1.4.4.Промивають робочі поверхні зразків послідовно рідинами, зазначеними вище. При цьому на поверхнях не повинно бути залишків абразивного матеріалу.

1.4.5. Визначають розрахункове навантаження Р(Н) при дослідженнях за формулою:

де: Аа - номінальна площа робочої поверхні зразка, м2;

Ра - розрахунковий номінальний тиск, при якому оцінюють зносостійкість.

1.5 Проведення роботи

1.5.1.          В якості матеріалу, що досліджується вибрана бронза марки БрАЖ9-4; розміри нерухомого і рухомого зразків відповідають показаним на рис.З,4. Дослідження проводяться у відсутності мастила.

1.5.2. Включити тахометр 7ТЗ. При цьому на табло приладу повинна висвітитися цифра 0 в п'яти розрядах.

1.5.3.Провести зважування зразка до початку випробувань.

1.5.4.До нерухомого зразка прикласти навантаження 5ОН.

1.5.5. Включити привідний електродвигун і ручкою плавного регулювання встановити задану частоту обертання валу з контрзразком.

1.5.6. Розпочати відлік часу випробування і кількості циклів по лічильнику Ф5007.

1.5.7.Час проведення випробувань залежить від матеріалу, що випробовується і в кожному окремому випадку визначається викладачем у межах 5...10 хв. По завершенню цього часу провести зважування зразка.

1.5.8.Дослідження повторюють, кожний раз послідовно підвищуючи навантаження, призначаючи його з ряду 75, 100, 125, 150, 175, 200 Н з повторенням дій згідно п. 1.5.9.

1.6 Обробка результатів

1.6.1. Визначаємо вагову інтенсивність спрацювання за формулою (3) для кожного зі значень навантаження. При цьому враховується діаметр контрзразка і частота його обертання.

1.6.2. Визначаємо середню величину вагової інтенсивності спрацювання даного матеріалу для кожного значення навантаження.

1.6.3. За результатами випробувань будуємо графік залежності середньої величини вагової інтенсивності спрацювання від навантаження.

Результати розрахунків заносимо в таблицю:

Таблиця 1. Результати експерименту дослідження впливу тертя на стійкість проти спрацювання

Висновок

В ході роботи були проведені досліди з метою визначення впливу тертя на стійкість деталей машин проти спрацювання. Аналіз отриманих результатів та побудований графік дозволяє зробити висновок, що між ваговою характеристикою спрацювання та діючим навантаженням існує прямо пропорційна залежність. Тобто із збільшенням навантаження величина вагової інтенсивності спрацювання зростає і навпаки. Причому, якщо порівнювати 2 досліджувані матеріали (БрАЖ 9-4 та НП-105Х), то інтенсивність спрацювання бронзи на порядок вища, ніж напиленого матеріалу.

Через брак часу для проведення досліджень, а також похибки при знятті показів та виконанні експериментів, результати отримано дещо неточні, як наслідок форма кривої, побудованої на графіку відрізняється від дійсної, проте дозволяє простежити вплив навантаження на інтенсивність спрацювання матеріалу, про який було сказано вище.