Лабораторна робота № 1
Дослідження впливу тертя настійкість деталей машин проти спрацювання
Мета роботи: вивчити обладнання таметодики визначення характеристик механічного спрацювання при терті матеріаліві виробів; розрахунковим шляхом визначити вагову інтенсивність спрацюваннязаданого матеріалу.
1.1 Стислі теоретичнівідомості
Спрацюваннядеталей, вузлів і з'єднань — одне з основних причин вироблення ресурсу ізменшення довговічності. Спрацювання поверхонь, які труться, являє собоюскладний процес і суміщає як механічні (пластичне різання і т.п.), так іфізико-хімічні явища (окислення відкритих поверхонь і т.п.). На процесспрацювання, крім фізико-хімічних властивостей матеріалу, великий вплив маютьстан поверхонь, тиск, відносні швидкості тіл, які труться, інші фактори. Механізмиспрацювання залежать від наявності в області контакту інших додатковихскладових, від температури і властивостей навколишнього середовища.
Технікаспрацювання звичайно характеризується однією з наступних характеристик:лінійною інтенсивністю спрацювання, ваговою інтенсивністю і енергетичноюінтенсивністю.
Лінійнахарактеристика спрацювання являє собою товщину спрацьованого шару, що припадає наодиницю 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 переміщенняповерхонь;
t — час роботи.
Ваговахарактеристика спрацювання являє собою вагу речовини, що знімається з одиниціномінальної площі за одиницю шляху тертя:
/>
де g — вага спрацьованої речовини;
Аа — = а2 = 10*10 = 100 (мм2)(див. рис. 3) — номінальна площа контакту.
Енергетичнахарактеристика спрацювання визначає об'єм спрацьованої речовини, яка припадає на одиницюроботи сили тертя і виражається співвідношенням:
/>
де: /> - робота силитертя;
F — сила тертя.
Для оцінкизносостійкості гальмових пристроїв, муфт зчеплення та подібних механізмівдоцільно користуватися енергетичною інтенсивністю спрацювання; для вузлівтертя, де важлива наявність мінімального тертя — лінійною інтенсивністю.
В загальномувипадку інтенсивність спрацювання є функцією фізико-механічних властивостейматеріалів, мастила, швидкості відносного переміщення і тиску, хоча, як видно,наведені формули не зв'язують спрацювання зі всіма цими факторами. Розрахункиресурсу виробів звичайно базуються на емпіричних залежностях, отриманих шляхомретельного вивчення різноманітних процесів спрацювання.
тертя спрацюваннядеталь бронза
1.2 Метод оцінки зносостійкостіматеріалів
В лабораторнійроботі визначається вагова інтенсивність спрацювання І8 пари тертя. Суть методуполягає в тому, що нерухомий зразок з матеріалу, що досліджується увігнутоюповерхнею прикладається до циліндричної поверхні зразка, що обертається(контрзразка) з заданим зусиллям. В процесі спрацювання нерухомого зразка приобертанні контрзразка відбувається припрацювання пари тертя, при якомузрівнюються контактні поверхні, та досягається режим тертя, що характеризуєтьсямінімальною і практично постійною швидкістю спрацювання. Вагова інтенсивністьспрацювання визначається вагою спрацьованого матеріалу нерухомого зразка впроцесі випробування за певний проміжок часу при постійній частоті обертанняконтрзразка.
1.3Обладнання і оснащення
Роботапроводиться на установці М-22П, конструкція якої показана на рис. 1. Основнимискладовими її є вал 1, на якому закріплюється контрзразок 2 з допустимим биттямциліндричної робочої поверхні не більше 0,02 мм, притискач 3, де знаходитьсянерухомий зразок 4 з матеріалу, що досліджується і прилад, який забезпечуєнавантаження в діапазоні 25...200 Н в радіальному напрямку по відношенню доциліндричної поверхні контрзразка. Вимір сумарного лінійного спрацюваннявиконується з допомогою датчика переміщень 5, закріпленого на корпусі 6 тавзаємодіючого зі зразком 4 через стрижень 7, виконаний з матеріалу зкоефіцієнтом термічного розширення не більше 5 х 10-6 (наприклад, з кварцовогоскла). Величина сумарного лінійного зносу фіксується приладом зі шкалою,градуйованою в мкм; водночас ведеться запис процесу спрацювання на паперісамописного приладу Н338-1П.
Вимір вагиспрацьованого матеріалу виконується за допомогою лабораторних ваг ВЛР-200.
Навантажувальнийприлад (рис. 2) має рівноплечий важіль 1, центральна частина якого взаємодіє зпритискачем 2 нерухомого зразка. Один з кінців важеля зв'язаний з шарніром З, ана другому є тяга 4, що утримує вантаж, який створює радіальне зусилля назразок.
Привід установкиздійснюється електродвигуном постійного струму, що забезпечує плавнерегулювання частоти обертання вала з контрзразком в межах 50...3000 об/хв.Обертання на вал передається за допомогою клинопасової передачі. З метоювизначення шляху тертя під час випробувань фіксується напрацювання зразка. Цевиконується за допомогою лічильника циклів Ф5007 або тахометра 7ТЗ.
Зразки длядосліджень випробувань виготовляють у відповідності з рис. З (нерухомий) і рис.4 — контрзразок (що обертається). Нерухомий зразок виготовляють з матеріалу, щодосліджується, контрзразок — з загартованої сталі 45 згідно ГОСТ 1050-74твердістю 45...50 НКС (ГОСТ 22975-78). Робочу поверхню нерухомого зразкаобробляють циліндричною фрезою з окружним кроком не більше 3 мм абошліфувальним алмазним кругом на металевій основі, діаметр якого відповідає діаметруконтрзразка з допуском не більш 0,01 мм.
Для знежирюванняі промивання зразків використовують бензин або ацетон.
1.4Підготовка до роботи
1.4.1. Обробкузразків проводять на металорізальних верстатах з глибиною різання на останньомупроході не більше 0,3 мм.
1.4.2.Нерухомийзразок закріплюють в затискачі установки і обробляють абразивним кругом.Обробку проводять при температурі зразка не вище 50°С.
1.4.3.Знімають притир і на йогомісце встановлюють контрзразок.
1.4.4.Промивають робочі поверхні зразківпослідовно рідинами, зазначеними вище. При цьому на поверхнях не повинно бутизалишків абразивного матеріалу.
1.4.5. Визначаютьрозрахункове навантаження Р(Н) при дослідженнях за формулою:
/>
де: Аа — номінальна площа робочої поверхні зразка, м2;
Ра — розрахунковий номінальнийтиск, при якому оцінюють зносостійкість.
1.5 Проведення роботи
1.5.1. Вякості матеріалу, що досліджується вибрана бронза марки БрАЖ9-4; розміринерухомого і рухомого зразків відповідають показаним на рис.З,4. Дослідженняпроводяться у відсутності мастила.
1.5.2. Включити тахометр7ТЗ. При цьому на табло приладу повинна висвітитися цифра 0 в п'яти розрядах.
1.5.3.Провести зважування зразка допочатку випробувань.
1.5.4.До нерухомого зразкаприкласти навантаження 5ОН.
1.5.5. Включити привіднийелектродвигун і ручкою плавного регулювання встановити задану частоту обертаннявалу з контрзразком.
1.5.6. Розпочативідлік часу випробування і кількості циклів по лічильнику Ф5007.
1.5.7.Час проведення випробуваньзалежить від матеріалу, що випробовується і в кожному окремому випадкувизначається викладачем у межах 5...10 хв. По завершенню цього часу провестизважування 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. Визначаємовагову інтенсивність спрацювання за формулою (3) для кожного зі значеньнавантаження. При цьому враховується діаметр контрзразка і частота йогообертання.
1.6.2. Визначаємосередню величину вагової інтенсивності спрацювання даного матеріалу для кожногозначення навантаження.
1.6.3. Зарезультатами випробувань будуємо графік залежності середньої величини ваговоїінтенсивності спрацювання від навантаження.
Результатирозрахунків заносимо в таблицю:
Таблиця 1. Результатиексперименту дослідження впливу тертя на стійкість проти спрацювання№ досліду
Навантаження
F, кН Частота обертання вала, n, об/хв Кількість циклів, N Вага зразка, г
Вага спрацьованого матеріалу
g = g1 – g2, г
Вагова характериcтика спрацювання,
Ig*10-10, г до випробування, g1 після випробування, g2 Напилений матеріал НП-105Х 1 0,03 1000 10000 15,72980 15,66230 0,06650 5,29458 2 0,04 1000 10000 15,66230 15,61690 0,07625 6,07120 3 0,05 1000 10000 15,61690 15,53755 0,07935 6,31767 4 0,08 1000 10000 15,53755 15,43200 0,10555 8,40366 5 0,09 1000 10000 15,43200 15,32105 0,11095 8,83360 Матеріал: бронза БрАЖ 9-4 1 0,03 1000 10000 17,749 16,755 0,994 79,1 2 0,04 1000 10000 16,647 15,428 1,219 97,0 3 0,06 1000 10000 15,428 13,616 1,812 144,0 4 0,07 1000 10000 13,170 11,138 2,038 162,0
Висновок
В ході роботибули проведені досліди з метою визначення впливу тертя на стійкість деталеймашин проти спрацювання. Аналіз отриманих результатів та побудований графікдозволяє зробити висновок, що між ваговою характеристикою спрацювання та діючимнавантаженням існує прямо пропорційна залежність. Тобто із збільшеннямнавантаження величина вагової інтенсивності спрацювання зростає і навпаки.Причому, якщо порівнювати 2 досліджувані матеріали (БрАЖ 9-4 та НП-105Х), тоінтенсивність спрацювання бронзи на порядок вища, ніж напиленого матеріалу.
Через брак часудля проведення досліджень, а також похибки при знятті показів та виконанніекспериментів, результати отримано дещо неточні, як наслідок форма кривої,побудованої на графіку відрізняється від дійсної, проте дозволяє простежитивплив навантаження на інтенсивність спрацювання матеріалу, про який булосказано вище.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/>