Лабораторные работы по дисциплине "Физика трения" (стр. 3 )

Для испытаний в среде машина снабжена специальной камерой, отлитой из чугуна.

Оборудование и материалы: машины трения ИИ5018, СМЦ-2, СМТ-1; образцы.

Порядок выполнения работы

1.  Ознакомиться с основными методами исследования фрикционных процессов.

2.  Выполнить эскизы образцов.

3.  Провести испытания на машине трения.

Содержание отчета

В отчете должны быть: название и цель работы, эскизы и схемы контактирования образцов. Кинематическая схема машины трения.

Контрольные вопросы

1.  Чем оцениваются фрикционные свойства материала?

2.  Как классифицируются машины трения?

3.  Какие существуют схемы контактирования образцов пар трения?

4.  Перечислить основные блоки машин трения.

5.  Назовите основные технические характеристики машины ИИ-5018.

Лабораторная работа №2

ИЗНАШИВАНИЕ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И МЕТОДЫ ЕГО ОЦЕНКИ

Цель работы: Исследование триботехнических характеристик материалов трущейся пары в условиях трения качения и трения скольжения.

Оборудование:

1.  Машина трения ИИ-5108.

2.  Стандартный образец из исследуемого материала.

3.  Микрометр МК-100.

ВИДЫ ИЗНАШИВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Формирование изнашиваемой поверхности происходит в результате суммирования различных по интенсивности и видам элементарных актов разрушения и изменений механических и физико-химических свойств материала под воздействием внешних факторов (среда, температура, давление, вид трения, скорость относительного перемещения поверхностей и др.). Совокупность явлений в процессе трения определяет вид изнашивания и его интенсивность. Вследствие разнообразия исходных материалов деталей пар трения и условий их службы виды изнашивания чрезвычайно разнообразны. Однако, опуская в каждом отдельном случае несущественные частности, можно попытаться изнашивание деталей и рабочих органов машин свести к небольшому числу видов, т. е. дать их классификацию, что настоятельно необходимо для разработки соответствующих методов борьбы с износом.

Одну из первых классификаций видов изнашивания предложил

; известен ряд других классификаций, различающихся теми или иными признаками. Принципиальное значение в вопросе классификации имело высказанное положение о ведущем и сопутствующих видах изнашивания. Ведущий вид – это преобладающий по своему качественному и количественному проявлению процесс в общей совокупности с другими сопутствующими процессами изнашивания поверхностей при трении. Положение о ведущем виде изнашивания делает перспективным разработку классификации.

Вид изнашивания можно установить в первом приближении, по такому внешнему признаку, как вид поверхности трения. Для полного суждения может потребоваться анализ состава, физических и механических свойств тонких поверхностных слоев.

В эксплуатации машин встречаются повреждения трущихся (рабочих) поверхностей деталей, вызванные действием газов или жидкостей, например, эрозионное разрушение рабочих кромок золотников или кавитационное разрушение кранов гидравлических систем. Эти и некоторые другие виды повреждений не относятся к износу в обычно понимаемом смысле. Однако, руководствуясь практической целесообразностью, мы полагали важным, наряду с износом, рассмотреть и другие виды эксплуатационных повреждений. Исходя из этого, разрушения рабочих поверхностей деталей и рабочих органов машин, связанные с процессом трения, классифицированы по видам, рассмотренным в следующих главах: водородное изнашивание; абразивное изнашивание; окислительное изнашивание; изнашивание вследствие пластической деформации; изнашивание вследствие диспергирования; изнашивание в результате выкрашивания вновь образуемых структур; коррозионное, кавитационное, эрозионное изнашивание; коррозионно-механическое изнашивание в сопряжениях; изнашивание при схватывании и заедании поверхностей; изнашивание при фреттинг-коррозии; трещинообразование на поверхностях трения; избирательный перенос.

Вид повреждения не является присущим для данной пары трения, а зависит в общем от условий ее работы. Изменение их приводит к изменению вида изнашивания или разрушению рабочих поверхностей.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА

Для определения величины износа материала и распределения износа по поверхности трения применяются различные методы.

Наиболее распространенным является метод определения линейного износа. Измеряя размеры элементов пары трения до и после испытания и определяя разность линейных размеров, судят о величине линейного износа. Для измерения линейных размеров пользуются микрометрами, контактными приборами с индуктивными или проволочными датчиками и бесконтактными - с пневматическими датчиками. При совместном замере износа пары трения весьма удобным является укрепление на одной из испытываемых деталей иглы профилографа, которая записывает величину износа во времени. Целесообразно линейный износ выражать в безразмерных единицах. Износ можно определять по потере в весе, но весовой способ определения износа является интегральным, потому что фактически определяется суммарная потеря веса по всей поверхности трения. Весовой износ неудачно выражают в мг/км пути. Лучше выражать его в г/см3, тогда весьма облегчается переход от линейного износа к весовому:

где g – удельный вес.

Интенсивность износа в условиях пластического контакта выражается уравнением

Это выражение позволяет оценивать изнашиваемость по удельной интесивности износа, для этого надо учитывать номинальные давления и твердость материала (при той температуре, при которой производились опыты).

Для определения величины износа наиболее широко применяются измерительные инструменты, микрометры, микрометрические нутрометры, индикаторные приборы. Погрешности измерения этих инструментов, если величина износа невелика, бывают относительно большими, а порой и соизмеримыми с величиной износа.

Количество изношенного металла можно определять по его содержанию в масле. При этом из масла отбирают пробу, которую сжигают, и в золе при помощи химического анализа или полерографическим методом определяют содержание металла. Метод отличается высокой чувствительностью. Следует отметить, что он является интегральным для всего сочленения, так как продукты износа отделяются от нескольких трущихся деталей, что является существенным его недостатком. В настоящее время метод определения износа по спектральному анализу масла существенно доработан и широко используется за рубежом. В РФ этот метод применяется на транспорте как экспресс-метод. Для установления точной величины износа кратко опишем некоторые из новых методов.

Метод искусственных баз

В основе этого способа лежит простая идея: определить количественную величину линейного износа по изменению размеров суживающегося углубления, сделанного на изнашиваемой поверхности, профиль которого известен. Геометрическая форма этого углубления должна обладать осью, нормальной к поверхности трения, вдоль которой мы должны отсчитывать местный линейный износ.

Такими углублениями могут быть выделенный отпечаток в форме пирамиды или конуса, высверленное коническое углубление, вырезанная, вытертая или вышлифованная лунка той или иной формы. Все эти методы определения износа объединены под общим названием – метод искусственных баз, который включает в себя метод отпечатков, метод вырезанных лунок и др.

Метод отпечатков состоит в том, что искусственная база создается путем вдавливания алмазной пирамиды, которая служит для измерения твердости, или какого-либо другого индентора в поверхность, износ которой мы хотим замерить.

Обычно в качестве индентора применяется алмазная пирамида с квадратным основанием и двугранным углом при вершине, равным 136° (рис.1).

Рис. 1. Схема индентора, имеющего форму пирамиды с квадратным основанием (а), и проекция отпечатка, сделанного этой пирамидой (б)

Материалом для инденторов может служить не только алмаз, но и твердые сплавы, а при исследовании мягких металлов можно применять закаленную инструментальную сталь.

Величина линейного износа для отпечатка квадратной пирамиды на плоской поверхности пластического материала

где h1 и h2 – глубина отпечатка до и после испытания;

т – коэффициент пропорциональности;

d1 и d2 – длина диагонали до и после испытания.

При a=136° т=7, поэтому

Опыт показывает, что для точного определения износа следует измерять диагональ, расположенную перпендикулярно к направлению скольжения, так как образующиеся на поверхности трения риски могут затруднить определение положения конца диагонали. Поэтому при вращательном движении вала следует измерять диагональ, расположенную вдоль образующей, и в этом случае величина износа определяется так же, как для плоских образцов. При поступательном движении плунжера относительно цилиндра следует измерять диагональ, расположенную перпендикулярно образующей, т. е. вдоль окружности. В этом случае с учетом кривизны цилиндра

Для отпечатка на выпуклой цилиндрической поверхности

Метод накерненных отпечатков состоит в том, что на поверхности, износ которой надлежит определить, ударом молотка или специального инструмента делают отпечаток с помощью конического керна (a = 120 ¸ 140°), являющегося индентором. Неперпендикулярность оси керна к исследуемой поверхности служит основным источником возможной неточности этого метода, особенно, если керн или ударный инструмент удерживается от руки. Применение направляющих втулок позволяет избежать этой неточности.

Алмаз в качестве индентора тут не пригоден из-за опасности разрушения его при ударе, возможности скола его острия в результате неточности направления, а также трудности придания алмазу правильной конической формы. В качестве материала индентора рекомендуется применять закаленную сталь.