Процеси та явища, що супроводжують тертя та зношування.

 

Припрацювання – процес переходу трібосистеми до стаціонарного стану, зумовлений зміною геометрії поверхонь тертя, складу та фізико-механічних властивостей поверхневих шарів тертьових тіл, а також фізико-хімічних властивостей мастильних матеріалів.

Стале тертя і (чи) зношування – стаціонарний стан трібосистеми, який характеризується динамічною рівновагою та саморегулюванням процесів у трібосистемі і в якому характеристики тертя і зношування залишаються сталими.

Заїдання – нестаціонарний стан трібосистеми, який характеризується саморозвитком процесу зростання сили тертя і пошкодження поверхонь тертя внаслідок адгезії і переносу матеріалу.

Примітка. Заїдання може викликати припинення відносного руху.

Адгезія в умовах тертя – явище локального з’єднання двох твердих тіл, яке відбувається внаслідок дії молекулярних сил під час тертя.

Перенос матеріалу – явище, що має місце під час тертя твердих тіл і полягає в тому, що матеріал першого тіла з’єднується з другим і, відокремлюючись від першого, залишається на поверхні другого.

Прострибування – явище, що полягає в самочинному чергуванні ковзання і спокою, або в чергуванні збільшення і зменшення відносної швидкості ковзання під час тертя руху.

Примітка. Прикладом може бути рух, що виникає в наслідок автоколивань під час зниження коефіціента тертя з підвіщенням швидкості ковзання.

Мащення

 

Газове (рідинне, тверде) мащення – мащення, в умовах якого розділення поверхонь тертя тіл, що рухаються одне відносно одного, відбувається за рахунок газоподібного (рідкого, твердого) мастильного матеріалу.

Гідродинамічне (газодинамічне) мащення – рідинне (газове) мащення, в умовах якого повне розділення поверхонь тертя відбувається за рахунок тиску, що самочинно виникає в шарі рідини (газу) під час руху поверхонь одна відносно одної.

Гідростатичне (газостатичне) мащення – рідинне (газове) мащення, в умовах якого повне розділення поверхонь тертя тіл, що перебувають у стані відносного руху чи спокою, відбувається за допомогою рідини (газу), що подається під зовнішнім тиском у проміжок між поверхнями тертя.

Еласто-гідродинамічне мащення – мащення, в умовах якого характеристики тертя і товщина плівки рідкого мастильного матеріалу між двома поверхнями, що рухаються одна відносно одної, визначаються пружними властивостями матеріалів поверхонь тертя, а також реологічними властивостями мастильного матеріалу.

Граничне мащення – мащення, в умовах якого тертя та зношування поверхонь, що рухаються одна відносно одної, визначаються їх властивостями, а також тими властивостями мастильного матеріалу, які відрізняються від об’ємної в’язкості.

Змішане мащення – мащення, під час застосування якого відбувається частково гідродинамічне, а частково граничне мащення.

 

5.4.6 Тріботехнічні характеристики

 

Пристосовуваність – властивість трібосистеми в умовах зовнішнього впливу змінювати і стійко відтворювати свою структуру в енергетично вигідному напрямку.

Сумісність в умовах тертя – властивість матеріалів тертьових тіл і мастильного матеріалу разом забезпечувати задані характеристики тертя і зношування та запобігати адгезії в умовах тертя.

Припрацьовуваність – властивість матеріалів тертьових тіл в процесі припрацювання змінювати геометрію поверхонь тертя та фізико-механічні властивості поверхневих шарів, у наслідок чого відбувається зменшення сили тертя і зносу.

Мастильна здатність – властивість мастильного матеріалу знижувати знос і силу тертя.

Стійкість до заїдання – властивість трібосистеми працювати без заїдання під навантаженням.

Примітка. Характеризується значенням навантаження, перевищення якого призводить до заїдання.

Теплостійкість в умовах тертя – властивість трібосистеми працювати без заїдання під час розігрівання.

Примітка. Характеризується значенням температури, яка виникає у трібоелементі внаслідок зовнішнього підведення тепла і (чи) тепла, що утворюється в процесі тертя, перевищення якої призводить до заїдання.

Сила тертя – сила, що чинить опір відносному переміщенню одного тіла по поверхні іншого під дією зовнішньої сили, і яка спрямована тангенційно до спільної границі між цими тілами.

Найбільша сила тертя спокою – сила тертя спокою, перевищення якої призводить до виникнення переміщення одного тіла по поверхні іншого.

Попереднє зміщення – відносне мікрозміщення двох твердих тіл в момент переходу від стану спокою до відносного руху.

Коефіцієнт тертя – відношення сили тертя до нормальної сили, що притискає тіла одне до одного.

Коефіцієнт зчеплення – відношення найбільшої сили тертя спокою до нормальної сили, що притискує тіла одне до одного.

Поверхня тертя – поверхня тіла, що бере участь у процесі тертя.

Швидкість ковзання – різниця між швидкостями тіл в точках їх дотику в умовах ковзання.

Шлях тертя – відстань, що проходить точка поверхні тертя одного тіла по поверхні іншого тіла.

Швидкість зношування – відношення величини зносу до часу зношування.

Інтенсивність зношування – відношення величини зносу до шляху тертя, вздовж якого відбувалось зношування.

 

Порядок виконання роботи

5.5.1 Принцип дії установки

Принципова схема дослідної установки з приладами для зняття параметрів тертя та кінематична схема наведені на рисунках 5.4 і 5.5.

Установка має наступні технічні дані:

Число одночасно досліджуваних пар зразків
Частота обертання шпинделя (рухомого взірця) с^-1	0 50
Точність підтримання числа обертів шпинделя, %	±5
Діапазон вимірювання сили, Н	200-1000
Споживана потужність, кВт	не більше 16

 

Принцип роботи машини полягає в наступному:

електродвигун 36 через клинопасову передачу 35 обертає шпиндель 27 з встановленим на ньому обертовим зразком 21. Необертовий зразок 20 вставляється в отвір диска 19 силовимірювача.

Навантаження на зразки 20, 21 створюються стиснутим повітрям, що поступає в камеру 10 через мембрану 9, опору 8, шток 12, сферичний підшипник 22 і диск 19. Навантаження вимірюється з допомогою зразкових манометрів, встановлених на оперативному пульті управління 9 (рисунок 5.4).

Сферичний підшипник 22, і стрічка 18 дозволяють диску 19 самовстановлюватись, забезпечуючи притискання зразка 20 до зразка 21. В процесі випробування шток 12 переміщається всередині порожнинного вала 43, компенсуючи зношення зразків.

Момент від сили тертя зразків передається диском 19 через пружні втулки, диск 40, пружні стрічки 18, фланець 41, в порожнистий вал 43, важіль 15 і підшипник штовхача 14 на пружний елемент 16, прогин якого перетворюється диференційним датчиком в електричний сигнал, який вимірюється потенціометром, встановленим на пульті керування 5 (рисунок 5.4).

Для заміни зразків силовимірювач переміщають по направляючим станини, обертаючи маховик 2 передачі "гвинт-гайка" 1.

Для рахування числа обертів вала на шківі 28 закріплений прапорець 29, що взаємодіє з датчиком 30, сигнал від якого поступає на пульт керування 5 (рисунок 5.4).

 

5.5.2 Порядок проведення досліджень

5.5.2.1 Ознайомитись з конструкцією установки.

5.5.2.2 Підготувати до роботи і запустити установку (разом з викладачем) для чого:

- визначити на аналітичних терезах масу зразків і результати занести в таблицю 5.1;

- встановити випробовувані зразки;

- переконатись у справності привідної частини установки, а також правильності підключення приладів;

- підключити термопару, встановлену у зразку;

- увімкнути пристрій вимірювання і запису моменту тертя і температури;

- увімкнути привідний електродвигун на частоту обертання 1,66с^-1 і створити необхідне питоме навантаження на зразки (по вказівці викладача) тривалість випробування 300 с;

- привідний електродвигун через кожні 300 с випробування переключати на частоти обертання 5,0; 11,66; 25,0; 33,33 с^-1;

- зупинити електродвигун, зняти і протерти зразки;

- визначити на аналітичних терезах масу зразків і результати занести в таблицю 5.1;

- зняти записані потенціометрами діаграми температур і моменту тертя і перенести у звіт з лабораторної роботи.

5.5.2.3 Повторити експеримент при подачі на контакт мастила.

5.5.3 Обробка результатів досліджень.

5.5.3.1 Визначають середній лінійний знос зразків за цикл і результати заносять в таблицю 5.2.

де G_H i G_K - маса зразка до і після випробування, г;

ρ -густина матеріалу, г/см³;

А_а - площа поверхні тертя зразка, см².

5.3.2 Для кожної зі ступеней частот обертання визначають середні значення моменту сил тертя (М) і температури (Q)

де М_і - значення моменту сил тертя на даному ступені в і - тій точці розбитя;

- значення температури в і - тій точці розбиття.

Діаграми розбивають на 9 рівних частин.

5.5.3.2 Обчислюють для всіх ступенів частот обертання значення коефіцієнта тертя

де М - середнє значення момента тертя на даній частоті обертання, Н^.см;

Р - навантаження на зразки, Н.

Складання звіту

5.6.1 У звіті подається принципова схема дослідних зразків.

5.6.2 Результати досліджень і розрахунків заносять в таблицю 5.1,5.2.

Таблиця 5.1 - Результати експерименту

Робота пари тертя *	Маса зразка до випробу-вання, г	Маса зразка після випро-бування, г	Втрата маси зразка, г	Сумарний масовий знос, г	Примітка
Без мастила
В мастилі

* чисельник - нерухомий зразок;

знаменник - рухомий зразок.

 

 

Таблиця 5.2 - Результати розрахунків

Робота пари тертя	Розрахун-ковий параметр	Частоти обертання на даній ступені, с^-1	Δh*	Примітка
Без мастила	М, Нсм
Q, ^оС
f
З мастилом	М, Нсм
Q, ^оС
f

* чисельник - нерухомий зразок;

знаменник - рухомий зразок.

 

1 – пульт силовий; 2,3 – з’єднувальні пристрої; 4 – дослідний пристрій; 5 – пульт керування; 6,7,8 – з’єднувальні пристрої; 9 – оперативний пульт

Рисунок 5.4 – Загальний вид машини тертя 2168 УМТ

 

 

 

1 – передача гвинт-гайка; 2 – маховик; 3 – редуктор; 4 – затискач; 5 – динамометр; 6 – датчик; 7 – маятник; 8 – опора;

9 – мембрана; 10 – камера пневматична; 11 – шток; 12 – шток; 13 – підшипник; 14 – двигун; 15 – важіль; 16 – пружний елемент; 17 – датчик перевантаження; 18 – стрічка; 19 – диск; 20 – зразок “палець”; 21 – зразок “диск”; 22 – підшипник сферичний; 23,25 – підшипник; 24 – кривошип; 26 – передача черв’ячна; 27 - шпиндель; 28,37 – шків; 29 – маятник; 30 – датчик; 31 – вал; 32 – привід; 33 – датчик діапазонів; 34 – станина; 35 – клинопасова передача; 36 – електродвигун; 38 – вісь; 39,40 – диск; 41 – фланець; 42 – підшипник; 43 – вал порожнинний; 44 – зразок “втулка”; 45 – зразок “вал”; 46 – шатун; 47 – зразок “палець”; 48 – скоба; 49 – зразок стержень

Рисунок 5.5 – Кінематична схема установки 2168 УМТ

 

 

5.6.3 Будують графік залежності коефіцієнту тертя від температури.

5.6.4 Виконується порівняльний аналіз тріботехнічних характеристик досліджуваної пари при випрорбуванні в мастилі і без мастила.

5.7 Контрольні питання

1. Як впливає на роботу пари тертя відсутність мастила на контакті?

2. Які бувають пари тертя?

3. Назвіть види тертя і поясніть їх суть.

4. Що дає значення закономірностей процесів тертя і зношування?

5. На які види поділяється зношування?

6. В чому полягає суть механічного зношування і як його можна знизити?

7.Що таке епюра зносу?

8. Які умови експлуатації машин впливають на зношування деталей?

9. Якими показниками повинні володіти фрикційні і антифрикційні пари тертя?

10. В яких вузлах автомобіля має місце механохімічне зношування, а в яких при дії електричного струму?

11. Назвіть основні види мащення?

12. Які параметри визначають за допомогою машини тертя?

13. Як визначається лінійний знос зразків?

 

Рекомендована література [3,с.6-52]; [7,с.97-119].

 

 

Лабораторна робота №6