Лабораторные испытания по схеме "вращающийся цилиндр–плоскость"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторные испытания по схеме "вращающийся цилиндр-плоскость"

Бабак О.П.,

Кузьменко А.Г.,

Пасечник А.А.

Технологический университет

Подолья, г. Хмельницкий, Украина

Одной из актуальных проблем современного машиностроения является повышение качества машин, поскольку подавляющее большинство (85-90%) отказов в механических системах связано с разрушением контактных поверхностей подвижных сопряжений 1. Таким образом, именно повышение износостойкости узлов трения является наиболее важным и перспективным направлением повышения общего качества изделий. Для оценки эффективности предлагаемых технологических мероприятий на стадиях проектирования или доработки наиболее целесообразным с экономической и методической точек зрения является проведение лабораторных испытаний.

Одним из требований к лабораторным испытаниям является их сопоставимость с результатами, проведенными другими исследователями в других лабораториях, а также возможность использования полученных результатов для реальных узлов трения. Условия, обеспечивающие постоянство и сопоставимость результатов, называются условиями подобия для триботехнических систем.

Основой лабораторных методов испытаний может служить физическое моделирование, то есть моделирование физически подобных процессов на установках, сохраняющих физическую природу явлений, но воспроизводящих их в других геометрических размерах 2.

Учитывая распространенность и ответственность кулачковых механизмов в деталях машин необходимо уделить особое внимание разработке лабораторной методики их испытаний, что и является важной и актуальной проблемой в настоящий момент. Долговечность узлов такого типа определяется точностью перемещений выходных звеньев исполнительных органов и величиной усилий на них. В свою очередь, интенсивность процессов разрушения контактных поверхностей зависит от величины износа и его распределения по поверхности трения [3].

В данной работе разработана методика лабораторных испытаний для узлов типа кулачковых механизмов с плоским толкателем. В соответствии с требованиями геометрического подобия данная пара трения может быть иммитирована сопряжением типа "вращающийся цилиндр - плоскость", при этом сравнение пар трения и оценку узлов трения по износу целесообразно проводить на основе моделей изнашивания.

Теоретические основы метода испытаний на износ по схеме "вращающийся цилиндр - плоскость", основные расчетные соотношения и порядок определения параметров модели разработаны в работе 4.

Суть методики состоит в следующем:

1. Испытания на износ проводятся при постоянных нагрузке и скорости вращения, а также при неизменных условиях смазывания и теплоотвода до моментов времени t1, … , tn, которым соответствуют пути трения S1, …, Sn. По результатам испытаний определяется массив износа ui ( i= 1 … n) для n точек.

2. Определяются параметры степенной аппроксимации зависимости износа от пути трения c1, 1, ca, a, из которых получают параметры модели изнашивания:

o при изнашивании цилиндра:

;

o при изнашивании плоскости

;

Расчет параметров закономерности изнашивания осуществлялся на ПЭВМ по специально разработанной программе с использованием Mathcad.

Для практической реализации приведенной выше методики были проведены лабораторные испытания на специально разработанном приспособлении для универсальной машины трения (УМТ-1) (рис.). Главным условием при проектировании приспособления было моделирование контактного взаимодействия по схеме "вращающийся цилиндр - плоскость", обеспечивающие геометрическое подобие с сопряжением типа "кулачок - плоский толкатель". С целью снижения стоимости испытания пневматическая схема нагружения заменена на силовую с помощью тарированной пружины.

Приспособление монтируется на стандартной камере трения, применяемой на УМТ-1 (рис.). Принципиальная схема приспособления приведена на рис.3. Подвижный цилиндрический образец 1 устанавливается на валу 2, вращение которому передаётся от двигателя через клиноременную передачу и муфту 3. Неподвижный плоский образец 4 устанавливается в образцедержателе 5. Образцедержатель перемещается вертикально в корпусе 6 по направляющим штифтам 7. Корпус 6 крепится к камере трения 8 при помощи пластины 9 и винтов 10. Положение корпуса 6 относительно пластины 9 регулируется по высоте при помощи гайки 11. Нагрузка в контакте задается при помощи пружины 12 и гайки 13.

Рис.1 - Камера трения со специальным Рис.2 - Специальное приспособление

В соответствии с ранее разработанной методикой необходимо получить массив (Qi, vj, Sk, uwjk), элементами которого являются величины внешней нагрузки Q, скорости относительного скольжения v, пути трения S и соответствующим значением величины износа uw.

Нагружение контакта создается путем перемещения гайки 13 и деформирования пружины 12. Величина внешней нагрузки определяется степенью деформации пружины, номинальные значения которой задаются по тарировочному графику в диапазоне до 450 Н. Скорость скольжения устанавливается при помощи рукоятки на стойке управления УМТ-1 и контролируется по тахометру в диапазоне от 15 до 3000 об/мин. Величина пути трения определяется по тарированной шкале путеизмерителя. Величина износа измеряется с точностью до 0,1 мкм при помощи горизонтального компоратора ИЗА-2.

Испытания проводились для материалов: цилиндра - сталь 40Х (HRC55...58) и плоскости - сталь

40 ХН (HRC 52...55). При скорости относительного скольжения v1=0,5 м/с, v2=1,0 м/с нагрузки составляли Q1=100 кН, Q2=200 кН. Путь трения составил 500 км и измерения износа проводились через каждые 50 км. При испытании применялось масло М-6з/12Г1, смазывание зоны контакта обеспечивалось путем окунания цилиндра в масляную ванну.

Результаты испытаний приведены на рис. 4 и в табл. 1.

Таблица 1. Результаты испытаний

Параметры степенной аппроксимации зависимости износа от пути трения представлены в табл.2.

Таблица 2. Параметры степенной аппроксимации фунции износа

Величина погрешности степеной аппроксимации зависимости износа от пути трения в основном не превышает 12%.

Параметры закономерности изнашивания цилиндра и плоскости, рассчитанные по приведенной ранее методике, представлены в табл. 3.

Таблица 3. Параметры закономерности изнашивания

А б

Рис. 2. - Зависимость износа от пути трения для цилиндра (а), плоскости (б)

Выводы

1. Получены первые результаты лабораторных испытаний на износ по схеме цилиндр-плоскость по методике 4, определены параметры модели установившегося изнашивания.

2. В связи с необходимостью точно фиксировать окончание приработки в дальнейшем планируется разработка методики испытаний по схеме "цилиндр-плоскость" в неустановившемся режиме.

моделирование износ нагрузка трение

Литература

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника.-М.: Машиностроение, 1989. - 328с.

2. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / Э.Д. Браун, Н.А. Буше, И.А. Буяновский и др. / Под ред. А.В.Чичинадзе - М.: Центр «Наука и техника», 1995. - 778с.

3. Степурин П.В. Теоретические исследования трения и изнашивания рабочих поверхностей кулачковых механизмов // Трение и износ.-1998.-Т.19, №6.-С. 739-743.

4. Кузьменко А.Г., Бабак О.П. Метод испытаний на износ по схеме "вращающийся цилиндр-плоскость" // Проблемы трибологии. - 2000. - №2 (14). - С.116.

Размещено на Allbest.ur