книги из ГПНТБ / Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов

тальные работы начинались с приработки подшипниковых втулок из разных материалов. Приработка считалась законченной после установления стабильности условий работы трущейся пары — момента трения и температуры поверхностей скольжения. При проведении экспериментальных работ переменными параметрами были число качаний в минуту (п), угол качания (ф) и удельная нагрузка (р).

В процессе эксперимента проводились наблюдения за измене­ нием температуры в двух местах с помощью искусственных тер­ мопар. Причем одну из них устанавливали в зоне трения на расстоянии 0,25 мм от трущихся поверхностей, а другую — с про­ тивоположной стороны. Пористые железографитовые втулки пред­ варительно пропитывали индустриальным маслом 12.

Анализ результатов экспериментальных исследований позво­ ляет сделать следующие выводы:

1.Пористые железные и железографитовые материалы можно успешно использовать для подшипников в узлах трения скольже­ ния при возвратно-вращательном движении. На рис. 50 представ­ лен график изменения температуры поверхностей скольжения в про­ цессе приработки. Из графика видно, что стабилизация темпера­ туры поверхностей скольжения наступает после 4 ч работы.

2.Осциллограммы характера изменения момента трения при возвратно-вращательном движении, полученные при разных углах качания ф, различном числе циклов и при одной и той же удельной нагрузке, равной 8 кгс/см2 (рис. 51 и 52), показывают, что момент трения за цикл при возвратно-вращательном движении не остается постоянным. В начальный момент движения трение характеризу­ ется статическим коэффициентом трения, величина которого боль­ ше динамического коэффициента трения. Затем происходит быст­ рое его падение. При изменении направления вращения (качание

вобратную сторону)' процесс повторяется. Однако каждый раз

при перемене знака на осциллограмме отчетливо обнаруживаются «всплески», связанные с переходным процессом.

В заключение нужно отметить, что момент сопротивления дви­ жению при возвратно-вращательном движении больше, чем при вращательном (на 40—50% и более), и тем больше, чем меньше угол качания.

Исследование некоторых антифрикционных свойств пористого спеченного материала, пропитанного фторопластом-4 *

Цель экспериментальных исследований антифрикционных свойств пористого спеченного материала, пропитанного фтороплас­ том-4, заключалась в установлении зависимости коэффициента трения пары сталь НРС 56 (шероховатость поверхности V 8) — железографит с окончательной пористостью 28% от скорости

* Экспериментальные исследования некоторых антифрикционных свойств по­ ристого спеченного материала, пропитанного фторопластом-4, выполнены канд. техн. наук С. Г. Медведевым под руководством автора:

90

скольжения и в установлении влияния скорости скольжения и на­

91

По результатам математической обработки эксперименталь­ ных данных были получены уравнения, связывающие темп износа и температуру, развиваемую при трении, соответственно с удельной нагрузкой и скоростью скольжения:

Поскольку эксперимент проводился в условиях, близких к ре­ альным, полученные уравнения можно использовать для расчета подшипников скольжения из пористого спеченного материала, пронитанного фторопластом, при трении по стали.

Расчет производится следующим образом.

Исходные данные: нагрузка (р), скорость скольжения (ѵ), допустимый ИЗНОС (l'max).

Искомые параметры: температура, развиваемая при трении (t),

идолговечность (h).

1.Определяют температуру по уравнению (51) и сравнивают ее

смаксимально допустимой. Обычно температура не должна пре­

вышать 80—90° С, так как дальнейшее увеличение ее приводит к большим тепловыделениям, снижению работоспособности и опас­ ности разложения фторопласта-4 при температурных вспышках, которые могут быть при трении.

2.Определяют темп износа по уравнению (50).

3.Определяют срок службы подшипника из соотношения

3,6w

Пример. Рассчитать подшипник скольжения, работающий в следующих условиях: р= 5 кгс/см2, о = 0,4 м/с, допустимый ИЗНОС Цпах= 0,3 мм.

1. Температура трения. Подставляем значения р и ѵ в уравнение (51) и по­

лучаем ^=58,4° С.

2.Темп износа і=6,09- ІО-2 мкм/км.

3.Срок службы подшипника h= 3430 ч.

Режим работы подшипника в приведенном примере соответст­ вует условиям, в которых работают опоры главного вала шелко­ ткацкого станка АТ2-120-ШЛ5.

Длительные производственные испытания пористых подшипни­ ков, пропитанных фторопластом, в таких условиях подтвердили правильность расчета.

Исследование износа и повышение долговечности узлов трения скольжения текстильного оборудования

Наиболее характерным видом разрушения деталей машин и отдельных узлов является износ, поэтому изыскание путей борьбы с ним — одна из основных задач. Износ является результатом про­

92

цесса постепенного изменения размеров детали и ее геометриче­ ской формы (макрогеометрии) по сопряженной поверхности при трении. Раскрытию механизма и физической сущности износа по­ священо большое количество работ [42, 43, 44].

При трении двух контактирующих деталей в их поверхностных слоях происходят сложные процессы: микрорезание, пластическое и упруго-пластическое деформирование, усталостные явления и т. п. Микрорезание происходит в тех случаях, когда попавшие извне абразивные частицы или продукты износа снимают тончайшие слои металла, соприкасаясь с поверхностью, или в результате ее плас­ тической деформации. Аналогичное явление происходит при трении двух материалов с различными физико-механическими характерис­ тиками.

В этом случае выступы микронеровностей на поверхности од­ ной из деталей совершают аналогичную работу, что приводит к быстрому износу сопряжения. При этом износ тем больше, чем хуже чистота поверхности детали, изготовленной из более твердого материала.

Пластическое и упруго-пластическое деформирование отдель­ ных участков поверхности трения возникает под действием высо­ ких местных давлений при взаимодействии выступов шерохова­ тых поверхностей. Усталость микровыступов является следствием их многократного упругого деформирования при относительном скольжении двух шероховатых поверхностей.

В результате трения при больших местных давлениях и высо­ ких скоростях в зоне контакта возникают высокие температуры, которые могут привести к фазовым превращениям в структуре материала и даже к его местному расплавлению. В этом случае имеет место «схватывание» двух сопряженных поверхностей.

Разрушение образовавшейся фрикционной связи обычно про­ исходит не в месте спайки, а внутри одного из тел, т. е. наблюда­ ется глубинное вырывание, приводящее к быстрому износу и очень большой шероховатости поверхности. Окислительные и другие хи­ мические процессы, связанные с образованием окисных пленок и последующим их удалением при относительном скольжении сопря­ женных поверхностей, а также расклинивающее действие смазки и ряд других явлений способствуют разрушению поверхностных слоев и, следовательно, износу деталей.

Перечисленные процессы приводят к возникновению того или иного вида износа. Существует целый ряд классификации видов износа, предложенных различными авторами (М. М. Хрущовым, И. В. Крагельским и др.).

Выделяя ведущий процесс разрушения поверхности трения, можно назвать следующие наиболее характерные виды износа:

абразивный износ, при котором поверхность изнашивается в результате микрорезания ее абразивными частицами или микро­ неровностями другой более твердой детали;

установленный износ, возникающий при трении качения и яв­ ляющийся следствием усталости поверхностных слоев материала;

93

молекулярный износ, характеризующийся возникновением мест­ ных фрикционных связей (спайки) с последующим их разрушением не в месте спайки, а внутри одного из контактирующих тел;

коррозионно-механический износ, происходящий под воздейст­ вием окислительных процессов;

кавитационный износ, являющийся следствием локальных гид­ равлических ударов в кавитационной области.

Из приведенного выше становится ясно, что вид износа, воз­ никающего при работе деталей машин в производственных ус­ ловиях, и природа происходящих при этом процессов во многом определяются типом фрикционных контактов поверхностей, нахо­ дящихся в соприкосновении.

Износ деталей машин можно оценить некоторыми показателями. Л и н е й н ы й и з н о с (и) — изменение размера деталей при ее износе в направлении, перпендикулярном поверхности трения.

Эта величина является основной характеристикой при определении износа сопряженных деталей.

С к о р о с т ь и з н о с а (у) характеризует протекание этого про­ цесса с течением времени и может быть определена по формуле

(53)

И н т е н с и в н о с т ь и з н о с а (/) — отношение величины износа к пути трения (/), т. е. в наиболее общем случае

du

(54)

~сй

Износостойкость — свойство материала или сопряжения оказы­ вать сопротивление износу.

Существует целый ряд методов определения износа, из которых наиболее распространены следующие.

Определение величины износа микрометрированием. Метод мик-

рометрирования является одним из наиболее старых и распростра­ ненных методов определения износа. Он основан на измерении размеров деталей машин до и после испытаний на изнашивание. При этом по разности этих размеров судят о величине линейного износа.

Измерение можно производить или механическими контактными приборами (микрометр, индикатор и т. п.), или с помощью спе­ циальных измерительных устройств, обеспечивающих большую точ­ ность, но дающих качественно тот же результат. К ним относятся приборы с индуктивными, проволочными или пневматическими дат­ чиками.

При использовании метода микрометрирования для изучения износа деталей машин нужно иметь в виду, что его применение во всех случаях сопряжено со значительными погрешностями. Ос­ новные причины погрешностей следующие:

1. Измеренная разность размеров (диаметров) может быть следствием не только износа, но и температурных или других де­

94

формаций, например, вызванных перераспределением внутренних напряжений в материале детали при старении. Кроме того, даже если эти погрешности отсутствуют, метод микрометрирования по­ зволяет установить только среднее значение изнора двух диамет­ рально противоположных точек поверхности трения.

2.Трудность повторного измерения одного и того же диаметра (размера) детали микрометрическим инструментом, поэтому микрометрирование обеспечивает лишь приближенное определение ве­ личины местного износа.

3.При измерении контактными приборами неизбежны погреш­ ности, зависящие от непостоянного характера контакта измери­ тельного наконечника прибора с поверхностью детали.

Из всего сказанного следует, что повышение чувствительности применяемой для микрометрирования аппаратуры далеко не всегда может повысить точность определения износа на основе повтор­ ного измерения контролируемого размера (диаметра) детали.

Определение величины износа по потере массы. В основе этого метода лежит определение износа деталей машин путем взвеши­ вания их до и после испытаний.

Величину линейного износа при этом находят путем вычисле­ ний, основанных на предположении о его равномерном распреде­

лении по поверхности трения. В настоящей работе нет необходи­ мости подробно останавливаться на этом способе, так как его практически нельзя использовать при изучении работоспособности антифрикционных пористых спеченных композиций и, в частности, железографита, поры которого заполнены смазкой. В процессе эксплуатации деталей, изготовленных из подобных материалов, часть масла выходит из пор, что затрудняет точное определение потерь основного металла, которые вызваны непосредственно исти­ ранием поверхности трения.

Определение скорости износа методом радиоактивных изотопов и анализа железа в масле. В основе этих методов лежит оценка скорости износа по скорости обогащения смазочных масел продук­ тами износа.

В первом случае вместе с продуктами износа в масло попадает пропорциональное им количество атомов радиоактивного изотопа. По интенсивности излучения можно судить о количестве металла, попавшего в пробу за определенное время.

Во втором случае количество железа в масле можно опреде­ лить непосредственно по содержанию его в золе с помощью хи­ мического анализа или полярографическим методом.

Как тот, так и другой методы являются интегральными и по­ зволяют определить не сам износ, а только скорость, с которой он происходит. Кроме того, применение этих методов требует нали­ чия обильной смазки на поверхностях трения, смывающей про­ дукты износа.

Другими словами, для пористых спеченных подшипников сколь­ жения, работающих в условиях самосмазывания, эти методы нельзя рекомендовать.

95

Определение величины износа с помощью обычных и специаль­ ных профилографов. Одну из основных погрешностей микрометрирования можно устранить, если выбрать постоянную базу, от которой вести измерение расстояния до поверхности трения. Соче­ тание этого способа с использованием профилографа привело к соз­ данию нового метода определения величины линейного износа. Сущность его заключается в следующем. На испытуемой поверх­ ности наносится царапина и снимается профилограмма в направ­ лении, перпендикулярном царапине. В отдельные моменты испы­ таний на износ этот процесс повторяется приблизительно в том же сечении. Наложение профилограмм позволяет после их совме­ щения легко определить величину линейного износа.

Недостатки этого метода следующие:

а) образование вспучиваний материала по краям царапины при ее проведении, что нарушает начальную шероховатость по­ верхности;

б) сравнительная сложность самой операции профилографирования и ограниченность применения профилографа формой, раз­ мерами и местоположением той поверхности, износ которой опре­ деляется;

в) невозможность измерения значительных величин линейного износа, которые, как правило, имеют место при работе подшипни­ ков скольжения;

г) наличие значительных погрешностей, связанных с трудно­ стью снятия профилограмм в одном и том же сечении поверхности трения, если царапина имеет различную глубину по своей длине.

Применение профилографа для определения величины износа возможно также при использовании в качестве постоянной базы поверхности, не затронутой трением. Если в этом случае вследст­ вие недостаточной длины трассы и излишне большого вертикаль­ ного увеличения оказывается невозможным снятие профилограмм с помощью обычных профилографов, то можно использовать спе­ циальные их конструкции, описанные во многих работах.

Определение величины местного износа методом отпечатков или вырезания лунок. Расстояние от поверхности трения до дна углуб­ ления (канавки), искусственно сделанного на поверхности трения, можно при известных условиях определить и без профилографа путем вычислений. Для этого необходимо, чтобы царапина имела определенную заранее известную геометрическую форму. При этом ось углубления должна располагаться нормально к поверхности.

Такие углубления можно получить в результате вдавливания индентора в виде пирамиды или конуса, высверливания или выре­ зания вращающимся резцом. Наблюдая за изменением размеров этих отпечатков в плане, можно судить о величине износа в дан­ ной конкретной точке поверхности трения.

К недостаткам метода отпечатков относятся:

а) образование местного вспучивания по сторонам отпечатка; б) искажение формы и размеров углублений после снятия на­

грузки вследствие упругой деформации материала.

96

Исследование этих явлений и выяснение способов их устране­ ния привело к созданию метода вырезания лунок, который подроб­ но описан в работах [45, 46].

Использование метода искусственных баз позволяет получать при испытании деталей машин на износ качественно новые резуль­ таты, что должно способствовать совершенствованию конструкции и повышению сроков службы механизмов.

Наиболее совершенной разновидностью метода «искусственных баз» является метод вырезания лунок, предложенный проф. М. М. Хрущовым и канд. техн. наук Е. С. Берковичем в 1950 г. и нашедший широкое применение у нас в стране и признание за рубежом. Этот метод заключа­ ется в том, что на трущейся по­ верхности детали вырезается рез­ цом углубление в форме остро­ угольной лунки. По мере изна­ шивания поверхности трения из­ меняются размеры лунки, умень­ шаются ее длина и глубина. По уменьшению расстояния от дна углубления (искусственной ба­ зы) до поверхности и вычисля­ ется износ (рис. 56). При этом методе определения износа мож­ но наблюдать за интенсивностью и характером износа деталей с са­ мого начала их эксплуатации.

Большая работа по созданию приборов для применения ис­ кусственных баз (вырезанных лунок) и дальнейшее их совершенст­ вование была проведена в лаборатории износостойкости Государ­ ственного научно-исследовательского института машиноведения (М. М. Хрущовым, Е. С. Берковичем, М. Д. Кращиным), в МВТУ имени Баумана и МАТИ А. С. Прониковым, в Московском текс­ тильном институте автором данной работы.

Очень интересные исследования за последние годы выполнил канд. техн. наук М. Д. Кращин [47]. Им дан обстоятельный обзор развития конструкции приборов, предназначенных для исследова­ ния износа деталей машин с помощью метода вырезания лунок, и приведены основные требования, предъявляемые к этим приборам; классифицированы и исследованы возможные погрешности этого метода при изучении износа деталей машин. Кроме того, изучена теоретическая форма лунки и найдено количественное соотноше­ ние между элементами, определяющими ее конфигурацию. Раз­ работана и создана специальная аппаратура для эксперименталь­ ного исследования процесса вырезания лунки, определения ее дей­ ствительной формы и изучения факторов, определяющих точность измерения ее длины.

Рекомендации, приведенные в работе М. Д. Кращина, значи­ тельно облегчают работу конструктора при создании новых при­

97

боров для исследования износа деталей машин с помощью ме­ тода вырезанных лунок и способствуют дальнейшему развитию и внедрению этого метода в различные отрасли машиностроения.

шин и на внутренних цилиндрических поверхностях подшипников и втулок.

На рис. 57 показан общий вид прибора для вырезания и изме­ рения лунок на валах диаметром от 25 до 45 мм.

Большие трудности возникли при разработке прибора, пред­ назначенного для вырезания лунок на внутренних поверхностях подшипников и втулок диаметром от 25 мм и выше.

Общий вид прибора представлен на рис. 58.

На рис. 59 показаны корпуса подшипников автоматического ткацкого станка, износ которых определяли с помощью этого при­ бора. Для вырезания лунок на рабочей поверхности подшипников необходимо прежде всего установить и закрепить в отверстии под­ шипника эксцентриковую втулку соответствующего наружного диа­ метра (рис. 60), а в отверстие втулки ввести прибор.

Путем поворота эксцентриковой втулки и перемещения корпуса прибора в осевом направлении с помощью вырезающего механизма вырезается необходимое число лунок.

После вырезания лунок в эксцентриковую втулку помещается специальный микроскоп для измерения длины лунок. Если испы­ туемые детали невелики, то их можно закрепить в соответствующей подставке.

В большинстве случаев величину h можно получить по прибли­ женной формуле

(56)

8г

Лунка должна быть расположена на поверхности так, чтобы ее продольная ось была перпендикулярна направлению скольжения. Такое расположение обеспечивает более точное измерение длины лунки. Если лунка будет расположена вдоль направления скольже­ ния, продольные риски, образующиеся на поверхности трения, за­ труднят точное определение концов лунки.

Таким образом, на цилиндрической поверхности лунка должна быть расположена вдоль образующей при вращательном движении (вал и подшипник) или вдоль окружности при поступательном движении (цилиндр и поршень).

98

Рис. 57. Общий вид прибора для вырезания и измерения лунок на валах диаметром от 25 до 45 м

тжрттшт

Ч

увт~~ * kZSi __ j

Рис. 58. Общий вид прибора для вырезания лунок на внутренних поверхностях подшипников и втулок диаметром от 25 мм и выше