Лабораторные работы по дисциплине "Физика трения" (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ростовский государственный университет

путей сообщения

, ,

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

по дисциплине "ФИЗИКА ТРЕНИЯ"

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Часть 1

Ростов-на-Дону

2001

УДК 621.89(07)

Лабораторные работы по дисциплине «Физика трения»: Методические указания Часть 1 /, , ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2001.40 с.

В методических указаниях изложены основы современного представления о трении и износе.

Наряду с описанием изменений, которые могут быть обусловлены процессами трения и износа, приводится классификация машин трения и видов изнашивания. Рассматриваются различные способы расчета на износ.

Излагается соотношение между износом и температурой. Даны методы оценки износа и расчета температуры, способы их определения.

Методические указания предназначены для специальностей «Локомотивы», «Электрический транспорт», «Вагоны и вагонное хозяйство».

Ил. 7. Табл. 10. Библиогр.: 7 назв.

Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, доцент (РГУ), канд. техн. наук, доцент (РГУПС)

Лабораторные работы по дисциплине «Физика трения» Часть 1

Методические указания

Редактор

Корректор

Подписано к печати 23.12.2001 г. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,3.

Уч.-изд. л. 3,1. Тираж 60. Изд. № 000. Заказ № 000.

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Лицензия ЛР г.

Ризография РГУПС. Лицензия ПЛД №65-10 от 01.01.2001 г.

Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского стрелкового полка народного ополчения, 2

Ростовский государственный университет путей сообщения, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1 ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПОВЫХ МАШИН ТРЕНИЯ

Лабораторная работа №2 ИЗНАШИВАНИЕ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И МЕТОДЫ ЕГО ОЦЕНКИ

Лабораторная работа №3 ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В СОПРЯЖЕНИИ ТРУЩЕЙСЯ ПАРЫ

Лабораторная работа №4 КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ. ЕГО ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Лабораторная работа №1

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТИПОВЫХ МАШИН ТРЕНИЯ

Цель работы: Ознакомление с видами и методами испытаний, классификацией, конструкциями и принципами действия типовых машин трения.

Содержание работы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕНИИ

По характеру относительного движения различают трение скольжения и трение качения. Иногда оба вида трения проявляются совместно, когда качение сопровождается проскальзыванием, например, в зубчатых и зубчато-винтовых передачах или между колесами и рельсами.

В зависимости от того, является ли относительное перемещение соприкасающихся пар макро - или микросмещением, различают силу трения движения, неполную силу трения покоя, наибольшую силу трения покоя. Сила трения движения – сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленной к общей границе между этими телами. Наибольшая сила трения покоя – сила предельного сопротивления относительному перемещению соприкасающихся тел без нарушения связи между ними и при отсутствии смещения на контакте. Сила, приложенная к одному из тел параллельно плоскости касания, превышающая хотя бы на бесконечно малую величину силу трения покоя, уже нарушает равновесие. Неполная сила трения покоя – сила сопротивления, направленная противоположно усилию сдвига, при отсутствии смещения на контакте. Она изменяется от нуля (при отсутствии сил, стремящихся нарушить относительный покой тел в плоскости их касания) до наибольшего значения, когда она переходит в силу трения покоя.

В зависимости от наличия смазочного материала различают следующие виды трения: трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом.

О ПОСТАНОВКЕ ИСПЫТАНИЙ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС

Понятие о хороших и плохих материалах, предназначенных для работы в узлах трения, весьма относительно.

Уже около 30 лет назад было установлено, что износостойкость материала в огромной мере зависит от условий его работы. В то время еще не были в достаточной мере вскрыты основные факторы, влияющие на износ, поэтому из осторожности приходилось говорить о сохранении всего комплекса эксплуатационных условий при испытании в лаборатории.

Фрикционные свойства зависят в равной мере как от природы материалов, так и от конструкции узла трения и режимов его работы. Наличие большого количества факторов, влияющих на трение и износ, и необходимость изучения их действия в совокупности и взаимовлиянии приводит к необходимости проведения большого количества экспериментов.

Известно, что для оценки влияния р факторов на г уровнях каждого из них, необходимо привести р2 экспериментов. В связи с наличием большого количества факторов, влияющих на трение и износ, представляется целесообразным разделить их на следующие группы:

1.  Физико-механические свойства материалов и геометрия контактируемых поверхностей, определяющие фрикционное поведение пары трения.

2.  Эксплуатационные факторы, влияющие на физико-механические свойства материалов и геометрию контакта. К ним следует отнести нагрузку, скорость и возникшую в процессе трения температуру, т. е. режим работы трущегося сочленения, а также окружающую среду.

3.  Конструктивные особенности узла трения, влияющие на трение и износ через температуру, нагрузку и скорость скольжения, к которым относятся условия теплоотвода, распределение температурных полей, эпюра нагрузок, зазоры между сопрягаемыми деталями, специфичные для каждого узла трения.

Соответственно такому делению испытания на трение и износ целесообразно проводить в четыре основных этапа:

Этапы	Вид испытаний	Цель испытания
I	Физико-механические лабораторные испытания материалов	Получение физико-механичес-ких характеристик материалов и прогнозирование по ним фрикционных свойств
II	Испытание материалов на трение и износ на лабораторных установках	Оценка влияния физико-механи-ческих свойств и режимов трения на фрикционные свойства материалов
III	Стендовые испытания узлов трения	Оценка влияния конструктивных особенностей узла трения
IV	Натурные	Взаимовлияние различных узлов механизма, оценка надежности и долговечности работы механизма в целом

Проведение поэтапных испытаний широко применяется в настоящее время в практике машиностроения. Аналогичная схема испытаний узлов трения для работы в вакууме оказалась также весьма эффективной.

Следует, однако, отметить, что первому этапу испытаний до последнего времени не уделялось должного внимания. Это происходило в основном потому, что теории трения и износа были недостаточно развиты, что не позволяло выявить аналитические связи между физико-механическими и фрикционными свойствами материалов. На данном этапе развития науки имеется возможность прогнозирования поведения пар трения по их физико-механическим характеристикам.

Второй этап испытаний – определение на лабораторных установках значений коэффициентов трения и величин износа на малых образцах материалов – целесообразно проводить при переменных режимах трения, например, изменяя скорость, нагрузку, температуру испытаний от малых до больших значений в возможно широком диапазоне изменения этих параметров. В результате таких испытаний снимается зависимость "фрикционные свойства – определяющий параметр". Наличие такой оценки позволяет с известным приближением определить область работоспособности материала. Из существующих в настоящее время унифицированных методов испытания материалов лишь ГОСТ 10851–64 (фрикционные изделия из материала ретинакс) и РТМ 6-60 (испытание материалов на фрикционную теплостойкость) предусматривают определенный диапазон изменения нагрузок и скоростей скольжения.

Оценивая влияние природы материалов и режимов трения на фрикционные свойства материалов, второй этап испытаний все же не позволяет учесть влияние конструктивных особенностей, определяющих температурное поле в узле трения, эпюру нагрузок и жесткость узла трения. В связи с этим существенным является проведение испытаний на типовых узлах трения

(3-й этап). В зависимости от назначения многообразие трущихся сочленений можно разделить на следующие характерные группы: стыковые сочленения однократного и многократного действия, штепсельные разъемы; болтовые соединения; направляющие скольжения и качения; подшипники скольжения; подшипники качения; цилиндры и поршни; шестерни и зубчатые передачи; клапаны и седла клапанов; скользящие электрические контакты; муфты сцепления; тормоза.

Завершающим этапом испытаний являются натурные испытания механизма в целом. Наличие большого количества разнообразных машин и механизмов в современной технике, многообразие условий и режимов работы заставляет особенно внимательно отнестись к постановке этих испытаний. Унификация методов испытаний необходима и является делом государственной важности. Значительную роль в правильной постановке испытаний должна сыграть теория подобия и моделирования.

Различие между этапами испытаний заключается в постепенном приближении работы материалов пар трения к реальным условиям. Кроме того, каждый этап испытаний позволяет решать ряд самостоятельных задач. Например, 1-й и 2-й этапы испытаний необходимы при изыскании новых материалов и технологических методов их обработки. Они позволяют производить контроль качества выпускаемых материалов и дают возможность конструкторам правильно применять материалы в тех или иных узлах трения. Экономическая целесообразность поэтапных испытаний не вызывает сомнения, так как стоимость эксплуатационных испытаний значительно превышает стоимость лабораторных.