Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования “Гродненский государственный университет имени Янки Купалы”
Факультет инновационных технологий машиностроения
Кафедра материаловедения и ресурсосберегающих технологий
Практическое занятие № 2
Методики и средства триботехнических испытаний материалов
для студентов специальности Т 0302 – “Технология и оборудование высокоэффективных процессов обработки материалов”
Гродно
Методики и средства триботехнических испытаний материалов
Цель работы: Ознакомиться с методикой и средствами для проведения триботехнических испытаний. Изучить схемы типовых машин трения.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения их поверхностей по касательному к ним направлению. Усилие, необходимое для преодоления этого сопротивления – сила трения. Отношение силы трения между двумя телами к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу, представляет собой коэффициент трения.
Изнашивание – процесс отделения материала с поверхности твердого тела при трении и (или) увеличении остаточной деформации, сопровождающейся постепенным изменением его размеров. Количественными характеристиками этого процесса являются скорость и интенсивность изнашивания. Скорость изнашивания It представляет собой изменение массы m изнашиваемого материала в единицу времени t. Различают линейную Ih,, массовую Im и энергетическую Iw интенсивности изнашивания:
Ih, = h/L; Im = m/pAaL; Iw = v/FL,
где h, m, v –толщина, масса и объем изношенного материала, L – путь терния, F – сила трения, Aa – нормальная площадь поверхности трения.
Методы измерения силы трения
В лабораторных исследованиях для оценки силы трения используют методы, основанные на определении крутящегося момента, либо сопротивления смещению одного из трущихся тел относительно другого
Методы, реализация которых предусматривает применение механических датчиков
Принципиальная схема измерения сил трения с помощью динамометров показана на рис.1. Образец 1 под действием силы трения по поверхности вращающегося диска или вала 2 поворачивает рычаг 3, который сжимает (растягивает) пружину динамометра 4. По деформации пружины судят о силе трения.
Измерение силы терния с помощью торсиона определяют по углу закручивания упругого элемента (рис.2). Торсион 1 жестко связан с неподвижным элементом 2. Такой метод чаще применяется в машинах типа МАСТ, предназначенных для определения фрикционной теплостойкости.
Cхема измерения силы трения с помощью динамометра и
с помощью торсиона
Рис.1
Рис.2
Наиболее простым и надежным в эксплуатации является датчик маятникового типа (рис. 3). Измеряемый момент трения определяется по углу отклонения противовеса 1, связанного с неподвижным образцом 2, контактирующим с вращающимся диском (валом) 3. Применяется в серийных машинах терния типа И-47, МИ-1.
Схема измерения силы трения с помощью датчика
маятникового типа
Рис.3
Методы, основанные на преобразовании деформации (перемещения) упругого элемента в электрический сигнал
В данном случае перемещение или деформация упругого элемента может фиксироваться тензометрическим, пьезоэлектрическим или индуктивным датчиком. Наиболее распространен тензометрический метод измерения силы трения (машины типа МПТ-1, МДП-1). Схема тензометрического метода показана на рис.4. Под действием силы трения проволочный или фольговый тензорезистор 1, наклеенный на упругую балку (кольцо) 2, связанную тягой 3 с неподвижным контртелом 4, деформируется. При этом изменяется его электрическое сопротивление и ток в одной из диагоналей мостовой схемы, в которую он включен.
Схема измерения силы трения тензометрическим
методом
Рис. 4
В ряде машин трения используются электромагнитные, индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие преобразователи. Принцип их действия основан на измерении характеристик электромагнитной цепи датчика при перемещении под действием силы трения его подвижного элемента, связанного с помощью упругого кольца с одним из тел трения. Замена упругой балки или кольца 2 на пьезоэлектрический датчик также позволяет измерить силу трения благодаря возникновению на гранях кристалла противоположных по знаку зарядов его деформации.
Метод, основанный на регистрации рабочих характеристик ведущего электродвигателя постоянного тока.
О моменте трения судят по изменению величины тока при постоянном напряжении, требуемого для достижения заданной скорости вращения вала.