14.3. Совместимость материалов при трении
1. Цель работы. Получить представление о совместимости материалов пар трения на примере металлов. Научиться оценивать совместимость материалов по результатам лабораторных испытаний.
2. Общие положения. Два "хороших" по своим индивидуальным свойствам материала в сочетании с "хорошей" смазкой не обязательно составят надёжный и работоспособный узел трения. Необходимо, чтобы материалы трибосопряжения были совместимы, то есть могли бы обеспечить требуемый ресурс.
Совместимость - это способность материалов трущейся пары при определённой смазке и режимах нагружения взаимно адаптироваться как в процессе приработки, так и в стационарный период, и обеспечивать заданную долговечность узла без повреждения контактирующих деталей.
Способы оценки совместимости материалов в триботехнике носят сравнительный характер и основаны на экспериментах. Совместимость материалов может устанавливаться по величине момента трения, износа, несущей способности пары, её температуре, времени приработки и т.д.
Схема рабочего узла трения представлена на рис. 1. Рычажное (соотношения плеч 1:3) нагружающее устройство обеспечивает равную нагрузку на одновременно работающие по стальному валику четыре вкладыша из стали, бронзы, серого чугуна и алюминиевого сплава. Критерием совместимости считаем наибольшую износостойкость.
Рис.1. Схема рабочего узла: 1-валик-контртело, 2-вкладыши-полувтулки,
3-коромысло, 4-выравниватель, 5-нагружающий рычаг.
3. Обеспечение работы. Для выполнения работы необходимо следующее.
3.1. Токарный станок - 1шт.
3.2. Лабораторный узел трения - 1шт.
3.3. Динамометр - 1шт.
3.4. Валик - 1шт.
3.5. Образцы в виде вкладышей (полувтулок) из стали, бронзы, серого чугуна и алюминиевого сплава.
3.6. Микрометр со вставками типа МВМ25 (ГОСТ4380-93)
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 валик Ø 14×200 в трёхкулачковый патрон и закрепить его. Подпереть второй конец валика вращающимся центром, вставленным в пиноль задней бабки.
4.4. Измерить микрометром исходную толщину вкладышей-полувтулок bi в центральном сечении и записать результаты в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты измерений
-
№
п/п
Материал
вкладыша
Толщина вкладыша, мм
Исходная
Изношенная
1
Сталь
b1
b1*
2
Бронза
b2
b2*
3
Алюминиевый сплав
b3
b3*
4
Серый чугун
b4
b4*
4.5. Собрать установку как показано на рис.1 нанеся на рабочую поверхность образцов разовую смазку.
4.6. Установить в резцедержатель станка нагружающий рычаг и присое- динить к нему динамометр.
4.7. Нагрузить трибосопряжение при помощи динамометра (соотношение плеч рычага 1:3) в соответствии с заданием преподавателя (P≈5000Н).
4.8. Установить на станке частоту вращения шпинделя в соответствии с заданием преподавателя (n≈200мин-1).
4.9. Включить станок и, после t = 30 минут (0,5часа) его работы выключить.
4.10. Подождать пока вкладыши остынут и разобрать установку.
4.12. Измерить микрометром (в том же сечении, что и до работы) толщину изношенного вкладыша b*i и записать в таблицу 1.
5. Обработка результатов.
5.1. Рассчитать скорость скольжения по формуле:
V = (м/с)
5.2. Рассчитать величину износа hi по формуле:
hi = bi - bi* (мм) .
5.3. Рассчитать интенсивность изнашивания Ii по формуле:
Ii
=
·103
.
5.4. Рассчитать скорость изнашивания по формуле:
Vи
=
(мм/час) .
5.5. Рассчитанные величины записать в таблицу 2.
Таблица 2
Параметры износостойкости сопряжения
№ п/п |
Износ, h мм |
Скорость изнашивания, Vи мм/час |
Интенсивность изнашивания, I |
1 |
h1 |
Vи1 |
I1 |
2 |
h2 |
Vи2 |
I2 |
3 |
h3 |
Vи3 |
I3 |
4 |
h4 |
Vи4 |
I4 |
5.6. Сделать выводы:
о наиболее совместимых для данных условий материалах;
о наименее совместимых материалах;
о наиболее чувствительном критерии совместимости материалов для данных условий.
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 измерений.
5) Расчётные формулы и расчёты.
6) Таблица 2. Параметры износостойкости сопряжения.
7) Выводы.
7. Контрольные вопросы.
1) Что такое совместимость материалов пары трения?
2) Как оценивается совместимость материалов на практике?
3) Является ли совместимость постоянным свойством материалов?
4) Зависит ли совместимость материалов от условий работы узла 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. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении / Б.И.Костецкий, И.Г.Носовский, А.К.Караулов и др.- Киев: Технiка, 1976.-296с