14.4.Определение смазочной способности индустриальных масел
1. Цель работы. Получить практические навыки по оценке смазочной способности индустриальных масел на основе определения коэффициента антифрикционных свойств, рассчитанного по результатам испытаний на 4-х шариковой машине (ЧШМ) трения.
2. Общие положения. Для расчёта коэффициента антифрикционных свойств Кv используются трибограммы - кривые зависимости силы трения от времени испытаний при ступенчатом возрастании нагрузки. Коэффициент Кv определяется как относительная разность площадей, ограниченных осью абсцисс (временем) и трибограммами, полученными при опытах с испытуемым маслом и без него. Чем больше значение коэффициента антифрикционных свойств, тем выше смазочная способность масла.
Узел трения 4-х шариковой машины (рис.1), смонтированной на настольном сверлильном станке, представляет собой пирамиду из 4-х контактирующих друг с другом стальных шариков.
Три нижних шарика 7 закрепляются в стакане 2 с испытываемым маслом, а верхний 5 - закреплён во вращающемся шпинделе 4 станка (2500мин-1) и прижимается к нижним шарикам с заданной силой Рi . Проворачивание во время испытаний трёх нижних шариков не допускается. Момент трения измеряется пружинным динамометром через рычаг 6.
Рис.1.Схема ЧШМ: 1-Корпус, 2-Стакан, 3-Гайка-фиксатор шариков,
4-Шпиндель, 5-Вращающийся шарик, 6-Рычаг, 7-Неподвижные шары.
3. Обеспечение работы. Для выполнения работы необходимо следующее.
3.1. Сверлильный станок - 1шт.
3.2. Четырёхшариковая машина трения - 1шт.
3.3. Динамометр - 1шт.
3.4. Стальные шарики Ø12,7мм - 8шт.
3.5. Грузы:№1- 0,1кг -1шт, №2-2кг - 1шт и №3-1кг - 4шт.
3.6. Ёмкость с индустриальным маслом 0,2л - 1шт.
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 и закрепить шарик 5 в шпинделе станка.
4.4. Установить и закрепить гайкой 3 три шарика 7 в стакане 2.
Примечание: перед установкой все шарики должны быть обезжирены.
4.5. Установить соосно со шпинделем и закрепить на столе станка корпус ЧШМ.
4.6. Соединить рычаг 6 с пружинным динамометром.
4.7. Закрепить груз №1- 0,1кг на рычаге ручной подачи, включить станок и проработать 1 минуту для равномерного прогрева зоны трения.
4.8. Не останавливая машины установить груз №2 - 2кг.
4.9. Записать в протокол измерений (таблица 1) показания динамометра через 10, 20 и 30с работы машины трения.
Таблица 1
Протокол измерений
-
№ п/п
Нагрузка,
кг
Показания динамометра за время, кг
10с
20с
30с
1
2
2
3
3
4
4
5
4.10. Не останавливая машину через каждые 30с добавлять по одному грузу весом по 1кг и записывать результаты в протокол.
4.11. Выключить машину, разгрузить и дать ей остыть (5 -10 мин).
4.12. Заменить все 4 шарика на новые.
4.13 Залить испытываемое масло в стакан 2 машины так, чтобы его уровень полностью покрывал все шарики.
4.14. Повторить весь цикл испытаний в той же последовательности (пункты 4.7. - 4.11.).
4.15. Выключить машину, дать ей остыть и разобрать.
5. Обработка результатов.
5.1. Рассчитать средние показания динамометра по формуле:
=
,
где
i - число измерений в одном цикле,
j - число циклов испытаний.
5.2. Рассчитать момент трения по формуле:
Мт
=
(Н·см) ,
где L =140мм - длина плеча.
5.3. Рассчитать силу трения по формуле:
F
=
(Н),
где r = 3,7 мм - радиус контакта шариков.
5.4. Записать результаты расчётов в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты расчётов
-
№
п/п
Трение без смазки
Трение со смазкой
Среднее
показание
динамометра
Момент
трения,
Нсм
Сила
трения,
Н
Среднее
показание
динамометра
Момент
трения,
Нсм
Сила
трения,
Н
1
Δ11
Δ21
2
Δ12
Δ22
3
Δ13
Δ23
4
Δ14
Δ24
5.5. Построить трибограмму в координатах: ордтната - F- сила трения в Н, абсцисса - время в с (см. рис.2).
Рис.2. Пример трибограммы: 1 - трение без смазки, 2 - трение
в масляной ванне.
5.6. Рассчитать площадь, ограниченную трибограммой и осью абсцисс, для трения со смазочным материалом Sсм и без него S.
5.7. Определить коэффициент антифрикционных свойств испытуемого масла по формуле: Кv = Sсм / S .
5.8. Сделать выводы:
о смазочной способности испытанного масла,
о пригодности испытанного масла для данного узла трения.
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. Протокол измерений.
5) Расчётные формулы и расчёты.
6) Таблица 2.Результат расчётов.
7) График трибограммы.
8) Выводы.
7. Контрольные вопросы.
1) Что такое коэффициент антифрикционных свойств?
2) Какое оборудование предназначено для определения коэффициента антифрикционных свойств?
3) В каких координатах строится трибограмма?
4) Смазочная способность масел увеличивается с ростом или уменьшением коэффициента антифрикционных свойств?
5) Какова размерность коэффициента антифрикционных свойств?
8. Литература.
1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (коструирование, изготовление и эксплуата-ция машин): Учебник / Д.Н.Гаркунов.-М.: Изд-во МСХА, 2002.-632с
2. Ахматов А.С.Молекулярная физика граничного трения / А.С.Ахматов.-М.: Физ-мат. лит., 1963.-472с