Устройства для триботехнических испытаний

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

 

 

 

Самара

Самарский государственный технический университет

2014

УДК 621.89

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доц. А.Г. Ковшов

 

 

Галлямов А.Р., Гришин Р.Г., Ибатуллин И.Д.

Машины трения: Учебное пособие/ А.Р. Галлямов, Р.Г. Гришин, И.Д. Ибатуллин. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2014- 128 с.

 

    ISBN _____________

 

 

Проведен анализ литературных источников по проблеме создания оборудования для проведения триботехнических испытаний. Описана новая конструкция компьютеризированного трибометра серии «Универсал», разработанная в СамГТУ, позволяющего реализовать основные схемы испытаний на трение и изнашивание. Показаны примеры использования машины трения для проведения триботехнических испытаний конструкционных и смазочных материалов.

Для студентов вузов, аспирантов, научных и инженерно-технических работников, занятых исследованием материалов триботехнического назначения и совершенствованием узлов трения машин. Может использоваться как практическое руководство по проведению триботехнических испытаний.

 

 

УДК 621.89

 

ISBN _____________                  © А.Р. Галлямов, Р.Г. Гришин,

И.Д. Ибатуллин, 2014

© Самарский государственный  

   технический университет, 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

На круглом столе: «Трибология в России: текущие проблемы и перспективы развития» (2009г.) [http://www.74rif.ru/tribo-konf_2009.html] была поднята проблема, которую можно сформулировать словами одной из наиболее авторитетных ученых в России по вопросам трибологии, академика РАН И.Г. Горячевой «…Триботестеры мы покупаем за границей за большие деньги» и далее «…нужно…, чтобы мы производили высококачественные приборы с хорошим математическим обеспечением …».

Целью данного учебного пособия является ознакомление читателя как с классическими устройствами для триботехнических испытаний, так и с новыми трибометрами. Так, во второй части пособия приведено подробное описание машины трения (трибометра) серии «Универсал», являющейся инновационной разработкой Самарского государственного технического университета. Материалы данной книги являются результатом научных исследований и разработок, выполненных по гранту № 27/10/362-ОО Инновационно-инвестиционого фонда Самарской области. Конструкция трибометра защищена патентом РФ № 2482464.

Учебное пособие адресуется студентам, изучающим дисциплины «Трибология», «Основы трения и изнашивания», «Смазочные материалы», «Триботехническое материаловедение», «Виды изнашивания и причины отказов оборудования» и др., а также аспирантам, занятым научными исследованиями по научным дисциплинам 05.02.04 «Трение и износ в машинах», 05.02.08 «Технология машиностроения».

   

Введение

 

Испытания на трение играют важную роль при создании высокоресурсных узлов трения, долговечность которых лимитирует срок службы механических систем, имеющих подвижные сопряжения. Поэтому создание высококачественных машин для проведения испытаний конструкционных и смазочных материалов на трение и изнашивание имеет ключевое значение при контроле качества и оптимизации технологии изготовления деталей пар трения, выборе износостойких покрытий.

Для проведения испытаний на трение и изнашивание используются специальные машины трения – трибометры, с помощью которых в лабораторных условиях моделируются условия работы реальных пар трения и регистрируются данные об антифрикционных, противоизносных и антизадирных свойствах испытываемых материалов. Отечественной и зарубежной промышленностями выпускается множество машин для проведения испытаний на трение и изнашивание: ЧШМ-К1, ИИ 5018, УМТ 2168, УТУ-1…УТУ-3, ПД-2, 2070 СМТ-1, TE 92 Мicroprocessor controlled rotary tribometer (фирмы PLINT), Micro-Tribometer mod. UMT -2, трибометр фирмы «Боинг» и мн. др. (см. приложение 1). Однако интенсивность разработок в области создания трибометров не только не уменьшается, но наблюдается непрерывное развитие машин трения и методов триботехнических испытаний, чему есть множество причин. И в первую очередь это связано с непрерывным расширением номенклатуры высококачественных конструкционных и смазочных материалов, чему немало способствует бурный рост нанотехнологий и наноматериалов. Это позволяет ужесточать условия работы узлов трения, а именно форсировать удельные нагрузки и температуры в неблагоприятных средах (вакуум, коррозионно-активные и абразивные среды и т.п.). Для обеспечения испытания материалов в этих условиях были созданы и продолжают совершенствоваться высокотемпературные, вакуумные и др. специализированные трибометры. Кроме того, для новых сверхпрочных материалов – PCD (поликристаллических алмазов), – используемых при создании алмазных зубков для алмазных и матричных буровых долот пока не разработано ни промышленно выпускаемых трибометров, ни стандартных методов испытаний на абразивное изнашивание. Еще одним объективным стимулом для развития трибометров является непрерывное совершенствование электронной базы: датчики становятся все более миниатюрными и точными, снижается энергопотребление, упрощаются методы сбора данных и визуализации триботехнических процессов на экране компьютеров.  

В России рынок трибометров можно охарактеризовать как «умерший» во времена перестройки и начинающий рождаться вновь, главным образом, за счет поставок машин трения из-за рубежа. Однако имеющиеся на отечественном рынке трибометры зарубежных фирм, имея современный дизайн и технический уровень, в основном приспособлены только под стандартные методы испытаний, которые часто не охватывают все потребности науки и производства, в частности не всегда позволяют оценить техническую совместимость материалов в узле трения. Дополнительным неудобством зарубежных трибометров является англоязычный интерфейс программного обеспечения и технической документации, а также возникновение больших (иногда непреодолимых) сложностей при необходимости обслуживания и ремонта, а также при выборе неудачной комплектации.

Наиболее значительным общим недостатком существующих машин трения, который являет наибольший «барьер», разделяющий продукцию и потребителя – это их высокая стоимость (для некоторых моделей превышающая 10 млн. руб.). Этот «барьер» сдерживает экспансию зарубежной продукции на отечественном рынке, поскольку главная целевая аудитория – учебные и научные учреждения, малые и крупные производственные предприятия – большими финансовыми средствами, как правило, не обладают. Покупку импортного трибометра могут позволить себе только крупные научные центры или национальные исследовательские университеты, финансируемые из бюджета страны[1]. Большинство других учебных и научных организаций, как правило, довольствуются «рудиментами» советской эпохи – громоздкими устаревшими моделями машин трения, часто уже неисправными. В результате, в нашей стране всегда имеется неудовлетворенный спрос на современные компьютеризированные трибометры, имеющие низкую стоимость.

В настоящем учебном пособии приводится описание одной из таких машин трения, позволяющей производить автоматизированный сбор, мониторинг и хранение данных, а также реализовать различные режимы трения и обеспечить широкий диапазон удельных нагрузок в контакте. Кроме того, содержатся пошаговые инструкции по предварительной настройке машины трения. Этот раздел призван помочь студентам подготовиться к проведению лабораторных работ.

 

 С целью повышения надежности ответственных узлов трения принимаются различные меры по выбору перспективных материалов и технологий, включая популярные ныне наноматериалы и нанотехнологии. Далее читатель найдет примеры подобных материалов, которые уже начали находить широкое применением в промышленности, а именно наноструктурированные серебряно-алмазные и хром-алмазные покрытия, полученные электрохимическим путем на нестационарных токовых режимах, а также детонационные покрытия, наносимые за счет энергии газового взрыва. Эти сведения, недостаточно освещенные в существующей учебной и научной литературе по фрикционному материаловедению, станут для студентов хорошим дополнением к знаниям, полученным на лекциях, а для специалистов – справочным руководством по перспективным технологиям и покрытиям.