Методика проведения экспериментов на стенде разомкнутого контура
При определении коэффициентов трения на установке с разомкнутым контуром необходимо учитывать потери в приводных узлах и сопротивление качению образцов соответствующими тарировками.
Крутящий момент от сил трения в контакте роликов не расходуется на перемешивание масла (барботаж), так как в экспериментах нижний ролик, погруженный в масло, обычно является ведущим. Таким образом, момент трения в контакте уравновешивается тормозным моментом верхнего электродвигателя, работающего в генераторном режиме, моментами трения щеток коллектора, моментами сопротивлений в подшипниках якоря и вентилятора двигателя, подшипников верхнего вала и моментами сопротивлений качению роликов. Моментом, затрачиваемым на поворот статора балансирно подвешенного электродвигателя, можно пренебречь вследствие малой упругой деформации тензоэлемента, связывающего статор двигателя с рамой установки.
Поэтому в экспериментах необходимо определять следующие потери и сопротивления, которые должны быть учтены при расчете момента трения фрикционного контакта роликов:
вентиляционные потери; тарировка проводится при работе электродвигателя во всем диапазоне оборотов при отсоединенном верхнем вале;
момент сопротивления подшипников верхнего вала и момент сопротивления качению роликов; тарировка проводится на всех нагрузочных, скоростных и температурных режимах на исследуемом масле при отсоединенном нижнем электродвигателе. Для уменьшения потерь на перемешивание масла его уровень должен быть снижен настолько, чтобы нижний ролик едва касался поверхности масляной ванны. В этом случае крутящий момент электродвигателя уравновешивается моментами сопротивлений щеток и подшипников якоря, моментом вентиляционных сопротивлений, моментами сопротивлений подшипников верхнего и нижнего валов и моментом сопротивлений качению образцов. Так как подшипники обоих валов одинаковы, а диаметры испытуемых роликов различаются незначительно, то с учетом передаточного числа в роликовом контакте можно определить искомые моменты сопротивлений следующей формулой:
,
(26)
где
- момент сопротивлений подшипников
верхнего вала;
- момент сопротивления качению образцов;
- момент вентиляционных сопротивлений;
- момент, измеряемый на статоре
электродвигателя при данной тарировке.
Иначе, на тензобалке верхнего электродвигателя в процессе проведения экспериментов фиксируется момент, равный
,
(27)
где
- момент трения скольжения в контакте
роликов;
- сумма указанных выше сопротивлений.
Коэффициент трения в таком случае может быть определен как
,
(28)
где
- радиус верхнего ролика;
- нормальная сила в контакте.
Техническая подготовка эксперимента в основном соответствует процедуре, описанной для стенда замкнутого контура, с той принципиальной разницей, что в данных опытах кинематические параметры контакта – скорости качения и скольжения роликов – меняются непрерывно при изменении частоты вращения приводных электродвигателей. Режим приработки образцов отличается установившимися скоростями в зависимости от задач эксперимента.
Методика проведения исследований по определению зависимости коэффициента трения от скорости скольжения включает установление необходимой нагрузки в контакте; вывод частот вращения валов на режим требуемой суммарной скорости качения образцов и нагрев масла в картере установки до достижения требуемой температуры масла в объеме или поверхностной температуры роликов. После этого, сохраняя постоянными суммарную скорость качения, нагрузку и температуру образцов, можно увеличивать скорость скольжения от нуля до момента наступления заедания при помощи одновременного увеличения частоты вращения нижнего ролика и уменьшения частоты вращения верхнего ролика.
Рис. 12
Принципиальный характер подобной зависимости показан на рис.12. С ростом скорости скольжения коэффициент трения увеличивается, достигая максимального значения (точка А), которое называют предельным для данных условий работы контакта. Затем наблюдается постепенное уменьшение его значений до некоторой величины, остающейся в основном постоянной, несмотря на увеличение скорости скольжения, после чего резко возрастает коэффициент трения (точка В) в связи с переходом от контактно-гидродинамического трения к граничному. И, как следствие, начинается катастрофическое разрушение поверхностей в виде взрывов, наваров и т.п.
В заключение необходимо напомнить, что обработка результатов эксперимента должна проводиться с использованием современных статистических методов, основанных на математической статистике и теории вероятностей на математической статистике и теории вероятностей [3, 8]. Перед проведением серии опытов рекомендуется оценить точность измерений при принятой степени надежности получаемых результатов. В зависимости от целей эксперимента желательно использовать прогрессивные методы планирования и организации экспериментальных исследований и обработки результатов, один из которых изложен в разделе 3.