4. Техника подготовки и проведения эксперимента на стенде смц-2

Перед испытаниями на каждом сорте масла и после смены образцов необходимо проводить тарировку измерительной аппаратуры, определять крутящий момент, моменты сопротивлений в подшипниковых узлах и уплотнениях, сопротивления качению образцов при различных нагрузках, скоростях и температуры.

Каждый раз перед установкой образцов должны проверяться твердость поверхности и размеров роликов, а также соблюдение технических условий на изготовление образцов и их соответствие исследуемой зубчатой паре. После установки роликов в картер необходимо проверить их биение, которое должно быть не более 0,02 мм. Испытуемые масла проверяются на соответствие ГОСТу по паспортным данным.

Проведению цикла экспериментов должна предшествовать приработка и обкатка образцов в течение 129 минут на испытуемом масле при вязкости порядка в соответствии с поверхностной температурой роликов, нагрузке 1700 МПа, эффективном удельном скольжении 0,85.

Процедура проведения эксперимента на стенде СМЦ-2 включает следующие операции:

1. проверка и калибровка измерительной аппаратуры;

2. задание определенной скорости скольжения установкой соответствующей пары сменных шестерен;

3. нагревание масла до необходимой в эксперименте температуры и выход на требуемый температурный режим;

4. замер потерь холостого хода при разжатых роликах;

5. нагружение образцов;

6. запись крутящего момента, измеряемого индуктивным датчиком;

7. замер скорости вращения нижнего ролика;

8. переход к снятию характеристик следующего опыта.

Продолжительность эксперимента на каждом режиме нагружения, как правило, не превышает 3-5 с. За это время масло в роликовом контакте не успевает значительно нагреться. Как показывают специально поставленные эксперименты и исследования температурных полей, температура масла, измеряемая термопарой на выходе из контакта, отличается от средней температуры на рабочих поверхностях роликов не более чем на 5°С.

Рис. 8

5. Установка разомкнутого контура

Роликовая машина трения с разомкнутым силовым и кинематическими контурами (рис. 8) предназначена для исследования коэффициентов трения качения и скольжения, а также толщин смазочного слоя в контакте двух роликов в зависимости от основных параметров тяжелонагруженного контакта. Стенд состоит из двух электродвигателей постоянного тока независимого регулирования ПН-145 ( при ) и ПН-205 ( при ) и разъемного картера с экспериментальными телами качения – роликами диаметром 105-115 мм.

В валах стенда просверлены радиальные и осевые отверстия для размещения подводящих проводов к термопарам и тензодатчикам. Верхняя половина картера может поворачиваться на подшипниках вокруг оси для обеспечения хорошего доступа к телам качения при их осмотре и для проверки работы датчиков, измеряющих температуру и крутящие моменты. Ось поворота лежит в плоскости действия сил трения, что позволяет избежать дополнительного момента от сил трения при отклонении на некоторое расстояние от точки крепления действующих в контакте сил. Вес всех деталей верхней части картера и механизма нажатия уравновешены противовесом. Механизм нажатия включает в себя винт, который при завинчивании гайки сжимает через сферическую шайбу (во избежание перекосов) заранее протарированную пружину.

Смазка роликов осуществляется несколькими способами: окунанием нижнего ролика в масляную ванну; подачей смазки под давлением из форсунки непосредственно в место контакта тел качения; поливанием верхнего ролика и смазкой масляным туманом. Для этого на стенде предусмотрена циркуляция масла по замкнутому контуру, в цепь которого включен шестеренчатый насос, создающий необходимое давление. Давление контролируется манометром. В нижней части картера установлен подогреватель, позволяющий регулировать температурный режим подаваемой в контакт смазки.

Электрическая схема стенда допускает циркуляцию мощности по смешанному контуру – электрическому и механическому – так, что от сети потребляется мощность, необходимая лишь для возмещения механических и электрических потерь. Схема обеспечивает бесступенчатое регулирование частоты вращения тел качения, предусматривает возможность изменения направления вращения и изменение функций ведущего и ведомого образца. Питание электродвигателей стенда осуществляется от двух однотипных мотор-генераторных установок, имеющихся на подстанции кафедры, каждая из которых состоит из асинхронного двигателя мощностью 100 кВт и генератора типа ПН-650 мощностью 85 кВт. Цепи возбуждения, управления и сигнализации стенда питаются от автономной мотор-генераторной установки, состоящей из асинхронного двигателя АК-62-4 мощностью 14 кВт и генератора ПН-100 мощностью 13,5 кВт. Оперативное напряжение стенда 220 В. Все органы управления и контрольная аппаратура сосредоточены на пульте управления. Необходимо отметить, что самостоятельный запуск электросистемы подстанции студентами не допускается и может быть произведен только под руководством лаборанта.

При исследовании сил трения в контакте роликов измеряются следующие параметры: нагрузка в контакте, крутящие моменты, подведенные к телам качения, скорости вращения образцов, объемная температура масла и поверхностные температуры роликов, толщина смазочного слоя. Схема измерений показана на рис. 8.

Крутящие моменты на валах определяются с помощью тензодатчиков. Балансирно установленные электродвигатели стенда соединены через рычаг с тензобалками, жестко закрепленными на станине. На тензобалках по полумостовой схеме наклеены датчики сопротивления типа П200 с базой 200 мм. Выводы датчиков соединены с усилителем ТЛ-5. Увеличненый таким образом сигнал передается для записи на осциллограф К-9-21 и на стрелочные приборы чувствительных микровольтмеров, по которым ведется контроль крутящего момента. При измерении сил трения в контакте достаточно иметь один балансирно подвешенный двигатель, в то время как при измерении энергетических потерь в контакте подвешиваются оба электродвигателя стенда.

Кроме того, для исключения потерь в подшипниках и получения «чистого» крутящего момента на образцах, а также для определения момента начала заедания поверхностей предусмотрена дополнительная установка тензодатчиков непосредственно на валах между роликом-образцом и подшипниками опор качения. Сигнал с этих датчиков также подается на усилитель ТА-6 и записывается на ленте осциллографа. Передача сигналов датчиков сопротивления, наклеенных на вращающихся деталях к регистрирующим приборам, производится с помощью концевых четырехканальных токосъемников.

Приближенная оценка частоты вращения образцов, необходимая для установления скоростного режима электродвигателей ведется по показаниям двух тахометров, соединенных с тахогенераторами типа ТЭ-204. Точное значение частот вращения роликов с помощью магнитоэлектрических или индукционных датчиков фиксируется на пленке шлейфового осциллографа К-9-21. Самое точное определение скоростей вращения образцов производится посредством строботахометров, а также специальных тахогенераторов, позволяющих освободить исследователя от визуального контроля показаний строботахометрических приборов.

Нагрузка в контакте устанавливается по определяемой глубиномером деформации тарированной пружины; тарировочный график показан на рис. 9.

Рис. 9

Температура поверхностей роликов измеряется хромель-копелевыми термопарами, горячий спай которых приваривается контактной сваркой (разрядом) к поверхности образцов вблизи дорожки качения не более 0,5÷1,0 мм от места контакта. Термоток от термопар регистрируется чувствительным потенциометром типа ПП, шкала которого протарирована в градусах Цельсия.

Рис. 10

Толщина слоя смазки в контакте роликов определяется методом сопротивления протеканию через смазочный слой переменного тока. На рис. 10 представлена схема, позволяющая измерять тонкие масляные пленки от 0,1 до 5,0 мкм. На схеме: 1 – звуковой генератор; 2 – ламповый милливольтметр; 3 – выпрямитель; 5 – шлейфовый осциллограф; 5 – катодный осциллограф; 6 – переключатель; - конденсатор, - сопротивление масляного слоя, - магазин сопротивлений; - балластное сопротивление.

Метод основан на измерении полного сопротивления или полной проводимости слоя смазки; в качестве индикатора используется ламповый милливольтметр или катодный осциллограф, а источником питания является генератор звуковой частоты, с которого снимается напряжение 30 мВ с частотой 2000 Гц. Для получения тока постоянной величины в схему включено балластное сопротивление, по величине намного превосходящее измеряемое сопротивление слоя смазки. В этом случае ток, протекающий по цепи, практически постоянен и не зависит от измеряемого сопротивления. Тарировка толщины смазочного слоя проводится на специальном тарировочном приспособлении, Включающем вертикальный интерферометр ИКПВ завода «Калибр». Тарировочный график показан на рис. 11.

Рис. 11