Оценка влияния главных факторов на трение и износ

УДК629.4,0274:620

, , (РГУПС, Россия)

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГЛАВНЫХ ФАКТОРОВ НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС

Методом системного анализа [1, 2] было выделено шесть главных факторов, наиболее существенно влияющих на процессы трения и износа: 1 – нагрузка – (кГс); 2 – скорость качения – (м/с); 3 – доля проскальзывания одного образца относительно другого при трении качения – (%); 4 – действие поверхностно-активных веществ на поверхность качения (ПАВ) при трении; 5 – количество динамических нагрузок (ударов) на образец – ; 6 – влияние статического давления на образец – сжатия – .

В качестве ПАВ была использована олеиновая кислота. Образцы находились в смазке в течение 24 часов. Перед испытаниями смазка тщательно удалялась. Статическая сила сжатия , направленная перпендикулярно действию силы удара, давала оценку эффективности разрушения микрообъемов поверхности от действия ударных и статических сил.

Для испытаний были взяты четыре цилиндрических стержня диаметром 40 (мм), длиной 300 (мм), шероховатостью поверхностей ; (мкм) – шестой класс чистоты. Материалом служила сталь 45 незакаленная. Первый стержень не подвергался воздействию внешних сил, второй был подвержен 500 ударам вдоль продольной оси стержня; третий стержень получил 1000 ударов; четвертый – 2000 ударов. Сила удара составила 3600 (кГс). Испытания проводились на специальной установке СУ-1 [3].

После этого из стержней вырезались образцы в виде роликов диаметром 40 [мм], шириной 10 [мм]. Пары трения ролик-ролик испытывались на износ на стандартной машине трения СМТ-2 [3] при нагрузке (кГс) и скорости (м/с) (300 оборотов в минуту) без смазки.

Измерялся весовой износ – (мг), коэффициент трения – ; температура поверхности трения – и (°С); путь трения – (м); время опыта – (часы); чистота поверхности трения после испытаний – и (мкм). Опыты проводились при проскальзывании % и 0%, т. е. чистом качении. Время опыта составляло 6 часов или прекращалось при заедании пары трения. Весовой износ за опыт пересчитывался в удельный весовой износ – (мг/см2км) по формуле:

,  (1),

где – весовой износ за опыт (мг);

– диаметр ролика (см);

– ширина ролика (см);

– путь трения (км).

Использовался дробный факторный эксперимент – ДФЭ [1, 2]. Число опытов принято , где p – число уровней, n – число факторов, k – число линейных членов, приравненных к эффектам взаимодействия факторов. Для нашего случая ; ; . Тогда число опытов . 

По известной методике [1, 2] находим коэффициенты регрессии для удельного весового изнашивания в натуральных значениях факторов:

  .  (2)

План эксперимента представлен в табл. 1, 2.

Таблица 1

План ДФЭ по влиянию шести факторов на износ

Уровни факторов	Факторы
Х1 – N (кГс)	X2 – V (м/с отнесенная к обор/мин)	Х3 Пр (%)	Х4 Qсм	Х5 – nуд циклов ударов	Х6 Рст (кГс)
Основной уровень (0) Интервал варьирования (ДХ) Верхний уровень (+1) Нижний уровень (–1)	75 25 100 50	1,358/650 0,73/350 2,09/1000 0,627/300	10 10 20 0	– – да нет	500 500 1000 0	100 100 200 0

Таблица 2

Результаты опытов влияния главных факторов на износ

№ опыта	Факторы
Х0	Х1 – N	X2 – V	Х3 – Пр	Х4 – Qсм	Х5 – nуд	Х6 – Рст
1	+	+ 100	+2,09/1000	+ 20	+ да	+ 1000	+ 200
2	+	– 50	+2,09/1000	+ 20	– нет	+ 1000	– 0
3	+	+ 100	–0,627/300	+ 20	+ да	– 0	– 0
4	+	– 50	–0,627/300	+ 20	– нет	– 0	+ 200
5	+	+ 100	+2,09/1000	– 0	– нет	– 0	– 0
6	+	– 50	+2,09/1000	– 0	+ да	– 0	+ 200
7	+	+ 100	–0,627/300	– 0	– нет	+ 1000	+ 200
8	+	– 50	–0,627/300	– 0	+ да	+ 1000	– 0
9	+	0 – 75	1,358/650	0 –10	0 –	0 – 500	0 – 100

По значимости коэффициенты уравнения (2) на износ влияют: 1) удельное давление (кГс) 28,65 %; 2) проскальзывание – 23,3 %; 3) действие ПАВ – 22,15 %; 4) число ударов по образцу – 6,86 %.

С увеличением этих факторов износ растет. Износ снижается с ростом факторов: 1) скорости качения V (м/с) – 10,03 %; 2) повышением силы сжатия образцов перед испытаниями (кГс) – 8,2 %.

Для среднего значения коэффициента трения уравнение в натуральных значениях факторов принимает вид:

  .  (3)

Наибольшее значение (по их значимости на износ) оказывают факторы: 1) удельное давление (кГс) – 34,9 %; 2) проскальзывание – 24,9 %; 3) скорости скольжения V (м/с) – 21,6 %; 4) действие ПАВ – 6,8%; 5) число ударов по образцу – 6,8 %; 6) сила сжатия (кГс) – 5,32 %. С их ростом коэффициент трения возрастает.

Список литературы

, , Щербаков теории инженерного планирования эксперимента. Ростов н/Д: РГУПС, 1994. , , Тетерин и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. Испытательная техника. Кн. I / Под ред. . М.: Машиностроение, 1982. , Семендяев по математике. М.: Наука, 1986.