Трение (стр. 4 из 6)
Рис. х. Схема точечного контакта двухкоординатной машины трения
выбираемой из априорной информации (при ее отсутствии предпочтение отдают круговой траектории). В процессе перемещения измеряют компоненты полного вектора, по которому судят о главном векторе тангенциальных сил, который при возвратно-поступательном движении индентора по образцу определяется как отношение возникающей силы трения к силе нагружения, и розетке анизотропии поверхностных физико-механических или фрикционных свойствах. Анизотропия трения – зависимость силы трения от направления взаимного перемещения двух или более тел [24]. При это она чрезвычайно важна в исследовании модификаторов трения, которые преобразуют поверхность к приближенно изотропной.
Рис.х. Анизотропа трения
Испытания проводили в двух режимах: в течение 10 секунд при движении вдоль направления обработки образца с ходом 10 мм и при движении по круговой траектории в течение 50 секунд с радиусом окружности 5 мм.
Испытания проведены при средней нагрузке 400 грамм, комнатной температуре, зафиксированном инденторе. Смазочный материал наносили на исследуемую поверхность объемом от 0,5 до 1,0 мл. Перед проведением каждого эксперимента рабочие образцы очищали спиртом в специальной сверхзвуковой ванне, затем сушили потоком воздуха. Расчеты провели на вычислительной машине модели AMDAtlon™ 64 processor 3000+ 1800 МГц, 1,50 Гб ОЗУ. По результатам расчетов построили анизотропы трения (Рис. в приложении х-х) и графики зависимости коэффициента трения от концентрации добавки.
Рис.9. Кривые зависимости коэффициента трения от концентрации добавки
1 – графит, 2 – дисульфид молибдена
Рис.9. Кривая зависимости минимальных значений коэффициента трения
от условий проведения эксперимента
1 – Сухое трение, 2 – И-20А, 3 - И-20А+2,5% MoS2, 4 - И-20А+5,0% MoS2,
5 - И-20А+7,5% MoS2, 6 - И-20А+10,0% MoS2.
Рис.10. Кривая зависимости максимальных значений коэффициента трения
от условий проведения эксперимента
1 – Сухое трение, 2 – И-20А, 3 - И-20А+2,5% MoS2, 4 - И-20А+5,0% MoS2,
5 - И-20А+7,5% MoS2, 6 - И-20А+10,0% MoS2.
3.2.2 Испытания смазок на многофункциональной машине трения SRV – IIITestSystem
Машина модели SRVпредназначена для оценки антифрикционных свойств материалов, гальванических покрытий с возможностью использования многообразных схем испытаний для моделирования различных видов трения.
В связи со способностью дисульфида молибдена и графита выдерживать высокие нагрузки было решено: использовать колебательный модуль, где максимальная нагрузка в 2000 Nувеличивается в области точечного контакта в миллионы раз.
Узел трения состоит из неподвижно закрепленного испытательного диска и вращающегося стального шарика диаметром 10 мм, который контактирует с поверхностью диска, при этом происходит точечный контакт (См. Рис. 1).
Рис. 1. Схема точечного контакта
Стальной шарик и образец зафиксирован в определенном положении при помощи специальных держателей: верхнего и нижнего. С помощью верхнего держателя образцу передается заданная нагрузка и осуществляется перемещение шарика при помощи стержня передачи (См. рис. 2).
Рис. 2. Схема верхнего держателя
Нижний держатель, отвечающий за фиксацию изучаемого диска, состоит из двух призм (См. рис. 3) - одна для центральной и другая для ацентрической сборки (См. рис. 4).
Рис. 3. Схема нижнего держателя
Рис. 4. Схемы применяемых моделей работы на машине трения
Оценочным показателем являются значения коэффициента трения, данные амплитуды колебаний, выводимые на вычислительную машину. Сигнал, касающийся измеренного коэффициента трения, поступающий с датчика, непрерывно подсчитывался по формуле:
RTP=FR/Fn,
где FR– испытательная сила; Fn – испытательная нагрузка.
Смазочный материал, предварительно перемешав с помощью ультразвуковой ванны, наносили на исследуемую поверхность объемом от 0,3 до 0,6 мл. Перед проведением каждого эксперимента рабочие образцы очищали спиртом в специальной сверхзвуковой ванне, затем сушили потоком воздуха. Окончательные расчеты производили на вычислительной машине модели AMDAtlon™ 64 processor 3000+ 1800 МГц, 1,50 Гб ОЗУ.
Работа происходила в два этапа: выбор рабочих режимов и изучение трибологических приготовленных составов. На первом этапе была задача рассмотреть поведение узла при максимально возможных изменениях нагрузки, частоты колебаний, температуры с учетом возможностей машины трения и пределов работы масла И-20А. Предварительно были составлены три режима работы, в которых изменялся один главный параметр, остальные оставались постоянными, перемещение образцов было против направления обработки:
1) Изменение нагрузки в интервале от 5 до 200 Н при постоянной амплитуде колебаний 100 мкм, при частоте колебаний 50 Гц, температуре 50 оС.
2) Изменение частоты колебаний от 5 до 500 Гц при постоянной амплитуде колебаний 100 мкм, нагрузке 50 Н, температуре 50 оС.
3) Изменение температуры от 50 до 290 оС при постоянной амплитуде колебаний 100 мкм, нагрузке 50 Н, частоте колебаний 50 Гц.
Изменение главного параметра задавалось в компьютерной программе через градиент соответствующей величины и производилось по схеме (рис. Х)
Рис. Х. Схема изменения главного параметра в течение времени.
Схема изменения была выбрана так, что максимально приблизить систему приработки на машиностроительных предприятиях, при этом испытания с увеличением нагрузки и температуры это малоизученная область в этом направлении.
При испытании в режиме изменения нагрузки (рис. Х) видно, что время приработки образцов занимает длительное время, а амплитуда колебаний не выдерживается. Так, при пиковых нагрузках амплитуда превышает заданную в программе до 9 раз, что связано с неспособностью чистого масла И-20А противостоять высоким нагрузкам. Однако стабилизация коэффициента трения в завершающих этапах позволила говорить о возможности применения такого режима.
Рис. Х. Диаграмма испытания масла И-20А в режиме изменения нагрузки
При испытании в режиме изменении частоты (рис. Х) при выходе на частоту более 235 Гц происходит снижение амплитуды, где при 500 Гц частота становиться равной 0, что свидетельствует об образования схватывания и неспособности масла И-20А выдержать такие частоты. Поэтому было принято решение снизить верхний предел частоты до 227 Гц с учетом постоянного градиента изменения.
Испытания в режиме изменения температуры планировалось произвести в диапазоне температур от +50 до +290 оС, однако фактически удалось достичь не более 190 оС (Рис. Х), что связано с особенностями нагревательного модуля машины трения.
Рис. Х. Диаграмма испытания масла И-20А в режиме изменения температуры
Как выяснилось в следующем эксперименте, максимальный температурный градиент составляет 20 градусовв минуту, тогда как при таком диапазоне температур необходимо 40 градусов. При этом в камере наблюдалось значительное испарение масла, что в дальнейшем было бы причиной заедания в узле трения. Поэтому решено понизить верхний порог температуры до 150 оС.
В результате оценки физико-химических и трибологических свойств масла И-20А с антифрикционными добавками было принято решение приготовить смазочные составы: И-20А+5% графита, И-20А+7,5% графита,
И-20А+5% графита+10% ПАВ, И-20А+7,5% графита+10% ПАВ, И-20А+5% дисульфида молибдена, И-20А+7,5% дисульфида молибдена, И-20А+5% дисульфида молибдена+10% ПАВ, И-20А+7,5% дисульфида молибдена+10% ПАВ. Смазки без ПАВ готовили при комнатной температуре (с ПАВ при 50 оС) с постоянным перемешиванием. После приготовления смазка выдерживалась при комнатной температуре в течение 5 дней и проверялась на наличие расслаивания, в связи с присутствием в ПАВ воды. Каждую смазку испытали в трех режимах, построили диаграммы испытаний.
Чистое индустриальное И-20А оказалось неспособно выдержать высокие нагрузки (Рис. 1 приложения). При этом время приработки составило 10 минут, после чего наблюдался постепенный рост коэффициента трения связанного с выдавливанием масла из узла трения. Лишь после снятия нагрузки стабилизировался коэффициент трения, что говорит о нормальной работе при нагрузках не более 50 Н. При работе в режиме изменения частоты система оказалось более стабильной: амплитуда колебаний не превышала установленные значения более чем на 20%, а время приработки составило 9 минут. При этом нужно отметить, что коэффициент трения на отдельных участках эксперимента был выше, чем при нагрузке. Испытание по температуре масло И-20А не выдержало, эксперимент закончился без стабилизации значений коэффициента трения. В данном случае, решающую роль сыграло испарение масла в течение всего эксперимента, что привело к возрастанию коэффициента трения на всех участках с повышением температуры.