14.2. Трение металлов без смазочного материала
1. Цель работы.Ознакомится с процессом трения сопряжения металлических
деталей в аварийных условиях (без смазки). Установить влияние режимов трения (нагрузки и скорости) на температуру в контактной зоне.
2. Общие положения.
Для снижения потерь на трение и уменьшения износа в трибосопря-жениях используются различные смазочные материалы. Однако, в ряде аварийных ситуаций смазка перестаёт поступать в узел трения. Это может произойти вследствие вытекания смазки, вязкость которой понизилась из-за повышения температуры, засорения маслопровода, деструкции смазочного материала при его взаимодействии с окружающей средой и т.п. Тогда трибосопряжение работает в условиях сухого трения - прямого контакта металлических поверхностей без смазки. В данной работе моделируются подобные аварийные условия сухого трения.
Критерием допустимости работы узла в этом режиме принята средняя температура образца (вкладыша в виде полувтулки) равная 70 - 900С (устанавливается преподавателем). Модель изменения температуры, на повышение которой затрачивается практически вся работа трения, строится на основании экспериментальных результатов.
3. Обеспечение работы. Для выполнения работы необходимо следующее.
3.1. Токарный станок - 1шт.
3.2. Динамометр растяжения - 1шт.
3.3. Нагружающий рычаг - 1шт.
3.4. Блок измерения температуры (термопара ХК и милливольтметр, градуированный в 0С).
3.5. Стальные валики - контртела - 4шт.
3.6. Бронзовые вкладыши - 4шт.
4. Порядок выполнения работы.
4.1. Получить инструктаж по технике безопасности и расписаться об этом на контрольном листке.
4.2. Ознакомиться с содержанием методического пособия и подготовить протокол и форму отчёта.
4.3. Установить в резцедержатель станка нагружающий рычаг и присое- динить к нему динамометр.
4.4. Установить валик Ø 14×200 с узлом трения в трёхкулачковый патрон и закрепить его. Подпереть второй конец валика вращающимся центром, вставленным в пиноль задней бабки.
4.5. Собрать установку как показано на рис.1; вставить в отверстие вкладыша термопару.
Рис.1. Схема установки: 1-резцедержатель, 2-рычаг, 3-обойма, 4-вкладыш-полувтулка, 5-валик-контртело, 6-измерительный блок, 7-динамометр.
4.6. Нагрузить трибосопряжение в соответствии с таблицей 1 (строка1) при помощи динамометра (соотношение плеч рычага 1:3).
Таблица 1
Результаты эксперимента
-
№
п/п
План
Выход
Р, Н
V, м/с
Т, 0С
1
400
0,1
Т1
2
400
0,2
Т2
3
800
0,1
Т3
4
800
0,2
Т4
Примечание: в таблице приведены ориентировочные данные.
4.7. Установить на станке частоту вращения шпинделя в соответствии с таблицей 1 (строка1).
4.8. Включить станок и, после 5 минут его работы, определить по прибору температуру зоны трения и записать её в таблицу 1.
4.9. Выключить станок; снять нагрузку и заменить пару трения, установив новый валик и вкладыш.
4.10.Повторить трижды пункты 4.5 - 4.9, меняя нагрузку и частоту вращения шпинделя в соответствии со строками 2, 3, 4 таблицы 1.
4.11.Снять установку со станка и разобрать её.
5.Обработка результатов опытов.
5.1. Рассчитать скорость скольжения V по частоте вращения n.
V = (м/с)
5.2. Просуммировать столбцы таблицы 2.
Таблица 2
Расчёт коэффициентов модели
-
№ п/п
в ы х о д
1
+Т1
-Т1
-Т1
2
+Т2
-Т2
+Т2
3
+Т3
+Т3
-Т3
4
+Т4
+Т4
+Т4
Σ
Σ0
Σ1
Σ2
Σ/4
в0
в1
в2
5.3. Записать модель в кодовых переменных с учётом знака в виде:
Т = в0 + в1Х1 + в2Х2
5.4. Перейти к
натуральным переменным (нагрузке и
скорости) подстановкой
Х1
=
и Х2
=
+1
.
5.5. Записать модель в натуральных переменных в виде :
Тм = а0 + а1Р + а2V (0C)
5.6. Рассчитать
погрешность модели по отношению к
экспериментальным результатам δi
=
(%)
и записать наибольшую δmax.
5.7. Для Рmax рассчитать две промежуточных температуры и построить график: ордината - Т, абсцисса - Vmin , V2 , V3 ,Vmax .
5.8. Сделать выводы:
о наибольшем влиянии на температуру "Р" или "V" ;
о допустимости значения температуры узла ;
о величине погрешности модели.
6. Содержание отчёта:
1) Титульный лист с указанием кафедры, названия работы, ФИО и группы студента, ФИО преподавателя и даты.
2) Цель работы.
3) Эскиз узла трения.
4) Таблица 1. Результаты эксперимента.
5) Расчётные формулы и расчёты.
6) Таблица 2.Расчёт коэффициентов модели.
7) График зависимости Т = φ(V).
8) Выводы.
7. Контрольные вопросы.
1) В каких случаях возникает "сухое" трение?
2) Как расходуется работа силы трения?
3) Как влияет нагрузка на силу трения?
4) Что влияет сильнее на силу трения нагрузка или скорость скольжения?
5) Как определить мощность трения?
8. Литература.
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (коструирование, изготовление и эксплуата-ция машин): Учебник / Д.Н.Гаркунов.-М.: Изд-во МСХА, 2002.-632с
2.Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов / В.Н.Кащеев.-М.: Машиностроение, 1978.-213с