Метод дослідження протизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальних коливаннях валу (стр. 2 из 4)
У першому розділі показано, що проблема оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів потребує детального вивчення та аналізу функціональних властивостей сучасних мастильних середовищ та присадок до них, враховуючи режими роботи трибосистеми з метою створення коректних фізичних моделей процесу.
Проведено аналіз теоретичних публікацій та експериментальних даних Костецького Б.І., Крагельського І.В., Боудена Ф. і Тейбора Д., Аксьонова О.Ф., Пронікова А.С., Матвєєвського Р.М., Стельмаха О.У., які розкривають суть проблеми взаємодії контактуючих тіл.
Виходячи з позиції, що основна частина зразків, які використовуються в модельних трибовузлах випробувальних машин та приладів тертя, мають циліндричну форму, зроблено літературний аналіз похибок будови даного типу деталей. Вибрано радіальне биття циліндричних деталей як основний фактор, що впливає на процеси тертя та зношування поверхонь. Згідно з ГОСТ 24643 – 81, радіальне биття – це похибка обробки чи складання, що характеризується як різниця між найбільшим і найменшим відхиленням діаметра від точок реальної поверхні до базової осі обертання на величину ексцентриситету е в розрізі, перпендикулярному до цієї осі.
У ході виконання роботи ми оперуватимемо такими термінами та визначеннями: радіальне биття (похибка обробки чи складання), радіальні відхилення (числові значення допуску радіального биття на вибраний типорозмір деталі), радіальні коливання (коливання, що виникають при терті деталі виготовленої з відповідними радіальними відхиленнями).
Параметри контакту при неточностях виготовлення і посадок циліндричних деталей вивчалися Кузьменком А.Г., Чернцем М.В., Проніковим А.С., Юдіним К.М., Пслом С.В. При цьому фактор радіальних коливань, як один з основних показників точності деталей, розглядався неодноразово, але експериментальних даних практично нема.
Проведено аналіз існуючих лабораторних приладів, які призначені для лабораторних випробувань мастильних середовищ на тертя і зношування в режимі граничного змащування. Показано, що в лабораторних приладах тертя з лінійним контактом не передбачений апаратний контроль величин, які характеризують точність виготовлення та складання трибопари, зокрема радіальних відхилень контактуючих поверхонь валу.
Проаналізовано відомості про вторинні структури (ВС), які напрацьовані при різних режимах роботи трибосистеми.
Зроблено висновки та поставлені задачі дослідження.
У другому розділі з метою забезпечення відтворюваності початкових умов випробувань на тертя та зношування вибрано базові методики та експериментальні прилади, які залучались для проведення і контролю лабораторних трибодосліджень. Особливу увагу приділено вибору засобів вхідного контролю матеріалів, поверхонь, середовищ та засобів вимірювання для подальшої більш коректної обробки отриманих результатів.
Контроль фізико-хімічних властивостей матеріалів модельної пари тертя та дослідження напрацьованих вторинних структур було проведено на растровому електронному мікроскопі-мікроаналізаторі РЕМ106И.Фрактографічний аналіз поверхонь виконувався на мікроскопі МИМ–10. Напружений стан поверхонь тертя оцінювався рентгенографічним методом на установці ДРОН-3 у випромінюванні Cu-Кб.Контроль початкових параметрів шорсткості контактуючих поверхонь виконувався на лазерному скануючому профілографі-профілометріЛСПП-05. Мікротвердість поверхонь вимірювалась на мікротвердомірі Мікрон-Гамма. В’язкісно-температурні характеристики мастильних матеріалів контролювалися на приладі ГРАДІЄНТ–1. Вимірювання величини зносу поверхонь тертя було проведено на профілографі-профілометрі Калібр М-201.
Для вивчення протизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальних коливаннях поверхонь модельної трибосистеми вибрано лабораторні прилади тертя з лінійним контактом ПТЛК(о), ПТЛК(р), ПТПЛК.
Деталі контактуючої пари було виготовлено із сталі ШХ15, як такої, що широко використовується у машинобудуванні, підшипниковій промисловості, при випробуваннях мастильних матеріалів та має відносно стабільний хімічний склад і механічні властивості незалежно від серії поставки.
Для розробки методу лабораторних триботехнічних випробувань при контрольованих величинах радіальних відхилень було обґрунтовано вибір спектра мастильних середовищ різного функціонального призначення.
У третьому розділі показано, що радіальне биття спричиняє радіальні коливання, що характеризуються амплітудою ∆х та залежать від величини радіальних відхилень д. При радіальних коливаннях робочої поверхні контрзразка контакт переміщується. При цьому виділено діапазон, де контакт стає рухомим (Аі – Бі ).
Виділяється чотири зони контактування. В зоні А контакт контрзразка 1 з плоским зразком 2 є максимально наближеним (товщина граничної плівки є мінімальною). Відстань між поверхнями 1 та 2 збільшується з наближенням контакту в зону Б. Товщина граничної плівки в зонах В і Г приблизно є однаковою і має деяке середнє значення між зонами А і Б.
Припускається, що в зонах Б,В,Г характер зношування буде однаковий (постійність контактних напружень, гарантований розподіл контактуючих поверхонь граничною плівкою). В зоні А характер зносу обумовлюється величиною радіальних відхилень. Графічно це можна представити як співвідношення кутів б і в. Кут б характеризує робочу поверхню контрзразка, що працює в режимі гарантованого змащування (в подальших трактуваннях назвемо це постійними умовами). Ділянка диска, позначена кутом в, працює під впливом радіальних коливань.
На підставі результатів проведених теоретичних досліджень та розрахунків було побудованофізичну модель тертя валу при радіальних коливаннях контактуючих поверхонь у вигляді лабораторного приладу тертя ПТЛК(рв). Згідно з розробленою схемою,контрзразок 1 (модель валу) жорстко кріпиться на посадочній поверхні гнучкого валу 2, який конусною поверхнею К базується в порожнистому валу 3. Вал на двох конічних підшипниках 5 кріпиться в корпусі 6. Методом піджиму підшипників гайкою 4 вибирається мінімальне радіальне відхилення валу відносно осі обертання. Гнучкий вал виготовлено із сталі 50 ХФА, гартований на твердість 40 HRC. Це дозволяє максимально ефективно використовувати пружні властивості матеріалу. Піджимаючи гвинти 7, гнучкий вал деформується в місці виточки радіуса R і таким чином вибирається необхідне радіальне відхилення контрзразка 1. Контроль величини радіальнихвідхилень здійснювався індикатором годинникового типу 8 з ціною поділки 1 мкм.
Нерухомий плоский зразок 9 (модель втулки) кріпиться у ванночці 10, яка розміщена на штоку 11. Піджимаючи шток створюється необхідне контактненавантаження.
З метою запобігання провертанню штока в процесі тертя відносно направляючих 12 на його поверхні передбачено виточки. Відхилення штока відносно осі обертання
1мкм. Ванночка заповнюється досліджуваним мастильним матеріалом. Гвинтами 13 вибирається перпендикулярність поверхні плоского зразка відносно осі штока та паралельність відносно утворюючої циліндр контрзразка, забезпечуючи таким чином постійність контактних напружень.Вузли тертя пристосовані для моделювання величин радіальнихвідхиленьвалу в межах допуску на вибраний діаметр контрзразка. Прилад оснащено системами контролю та автоматичної підтримки частоти обертання.
Технічні характеристики приладу тертя ПТЛК(рв)
Швидкість обертання м/с ......................................................................0 – 1
Похибка регулювання частоти обертання ,%......................................... ≤ 1
Максимальне контактне навантаження, Н .......................................... 3500
Контрольована температура досліджуваного середовища, оС ...-10 + 300
Похибка вимірювання температуридосліджуваного середовища, оС ... 2
Діапазон задання можливих величин радіальнихвідхилень, мкм 0 – 500
Методика контролю амплітуди радіальних коливань полягає у контролі величин радіальних відхилень індикатором годинникового типу 8 з ціною поділки 1 мкм, жорстко закріпленим у магнітній державці та встановленим заокругленим наконечником, доведеним до високого класу чистоти, на робочу поверхню контрзразка 1.
Метод, реалізований на машині тертя, полягає у дослідженні протизносних властивостей конструкційних і мастильних матеріалів на лабораторному приладі тертя ПТЛК(рв), що дозволяє реалізовувати режим граничного тертя при контрольованих величинах радіальних відхилень контактуючих поверхонь.
Реальні трибосистеми типу „вал-втулка” залежно від класу точності виготовляються з відповідними радіальними відхиленнями. При цьому траєкторія руху валу буде подібною до траєкторії кулачкових механізмів, а початкова фактична площа контакту буде постійно змінюватись із амплітудою радіальнихколивань ∆х на величину відхилення д.
Структурний стан поверхонь, що працювали при різних амплітудах радіальних коливань та напрацьовані вторинні структури будуть залежати від контактних температур та навантажень і відрізнятимуться між собою. Загальний вигляд поверхонь тертя з напрацьованими ВС при випробуваннях масла МС-20 по базовій методиці досліджених на РЕМ 106Инаведено на рис. 9 та рис. 10. Поверхні відрізняються між собою за мікрорельєфом.
Фрактографічний аналіз поверхонь тертя було проведено за допомогою оптичного мікроскопа МИМ-10. У випадку тертя контрзразка з радіальними відхиленнями 120±1,5 мкм спостерігається утворення неявно вираженої карбідної сітки з включеннями вторинних структур. Найхарактернішим тут стало зародженнятріщин 2 – результат втомного руйнування, яке наступає під дією повторних циклічних навантажень.
Для оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів випробувань на машині тертя ПТЛК(рв) ми розробили спеціальну експрес-методику випробувань при радіальних коливаннях валу з урахуванням властивостей вторинних структур. З цією метою було визначено кількість припрацьовочних етапів для змащувальних середовищ типу низькомолекулярні вуглеводневі середовища та масла. Напрацювання квазістабільних вторинних структур було оцінено за критеріями стабілізації лінійного зношування та об’ємної температури досліджуваного середовища. Для низькомолекулярних вуглеводневих середовищ (авіагаси, палива), а також масел з низькими в'язкісними характеристиками, вибрані критерії стабілізувались на другому і третьому етапах.