WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Контактное сближение в предположении преобладания его пластической составляющей определяется на основе формулы А.Г. Суслова w +w NRp Wp (1) y =, пл A tm tm Ck a w т где N – приложенная нагрузка; Rp, Wp – высота сглаживания соответственно профиля шероховатости и волнистости;, w – параметры степенной аппрокси мации начального участка опорной кривой соответственно профиля шероховатости и волнистости; Aa – номинальная площадь контакта; tm, tmw – относительная опорная длина соответственно профиля шероховатости и волнистости на уровне средней линии; С – коэффициент стеснения; k – коэффициент упрочнения поверхностного слоя; т – предел текучести материала.

Условия обеспечения граничной смазки определяются неравенством, полученным на основе уравнения А.Г. Суслова для рассматриваемого случая контакта:

+ 1,7P a Rp - 0, (2) v т >, 0,27 0,18 0, 1,65R E P a где Pa – максимальное давление в контакте по Герцу; П – комплексный параметр свойств поверхностного слоя, определяющий несущую способность; R – приведенный радиус контактирующих индентора и образца; E – приведенный модуль упругости;, – динамическая вязкость и пьезокоэффициент вязкости смазочного материала; v – скорость скольжения.

Дополнительно условия смазки оценивались при помощи известного критерия режима смазки и на основе анализа реализуемых при испытаниях коэффициентах трения.

На основе расчетов по приведенным зависимостям (1, 2) с применением разработанного программного обеспечения сформированы таблицы выбора нагрузок на индентор при испытаниях в зависимости от параметров качества испытуемой поверхности (табл. 1) и в целом определены условия испытаний (табл. 2). Скорость скольжения (V=1 м/с) и смазочный материал (масло И-20А ГОСТ 20799-88) приняты постоянными. Вероятность схватывания и заедания оценивалась по методике Ю.Н. Дроздова и на основе экспериментов. Продолжительность испытаний определялась условиями завершения приработки и накопления измеримого износа образца. Также были проанализированы факторы, влияющие на погрешность установления требуемого контактного давления (допуски на размеры образцов и индентора, неточность установки и износ индентора, радиальные и торцовые биения образца и др.), и пронормирована величина каждого фактора.

Таблица Диапазон Испытательная нагрузка N для отношения наружных цилинд- внутренних цилиндRa HV торцовых (плоских) рических поверх- рических поверхноWz поверхностей, Н ностей, Н стей, Н 4,8-6,4 60 115 6,4-8,0 180 345 8,0-9,6 445 860 Ra – среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости;

HV – твердость по Виккерсу; Wz – средняя высота волн.

Таблица Общие характеристики условий трения, изнашивания и смазки при испытаниях как совокупность внешних и внутренних факторов трибосистемы Индентор Твердосплавная пластина (ВК8) (ГОСТ 19070-80) Геометрия номинального конСосредоточенный (герцевский) линейный контакт такта Скорость скольжения V=1 м/с Нагрузка см. табл. Относительное сближение =0,32…0,Вид первоначального контакта Пластический насыщенный Вид смазки Граничная Метод смазывания Погружением (Vм90 мл, b2 мм) Смазочный материал Масло И-20А (ГОСТ 20799-88) Ведущий вид изнашивания Поверхностное усталостное Продолжительность испыта6 ч ний, не менее При испытаниях непрерывно и синхронно регистрировали величину линейного износа, коэффициента трения, времени испытания и пути трения, температуры вблизи поверхности трения и по окончании цикла испытаний определяли соответствующие показатели триботехнических свойств (табл. 3). Идентификация режима приработки производилась по комплексной стабилизации скорости изнашивания, коэффициента трения и температуры.

Таблица Показатели триботехнических свойств, определяемые по результатам испытаний Триботехническое Показатель свойство Прирабатываемость Приработочный износ h0, мкм Отношение максимального значения коэффициента трения в период приработки f0 к его среднему значению в период нормального изнашивания f Отношение максимального значения температуры трибосопряжения в период приработки T0 к его среднему значению в период нормального изнашивания T Время приработки t0, с Антифрикционность Среднее значение коэффициента трения в период нормального изнашивания f Износостойкость Среднее значение скорости изнашивания в период нормального изнашивания, мкм/ч В четвёртой главе рассматриваются вопросы проектирования автоматизированной системы научных исследований для реализации метода испытаний и оцениваются величины погрешностей, возникающих при контроле показателей триботехнических свойств.

В качестве базовой установки для создания АСНИ применена серийная машина трения МИ-1М типа «Амслер», которая подверглась глубокой модернизации. В частности, спроектирован и изготовлен блок нагружения, обеспечивающий реализацию схемы трения и контроль прикладываемой нормальной нагрузки (рис. 2) с помощью тензометрического датчика.

Рис. 2. Блок нагружения АСНИ: 1 – емкость со смазочным материалом; 2 – образец; 3 – индентор; 4 – держатель индентора; 5 – подвижный элемент, 6 – промежуточный элемент, 7 – датчик нагрузки; 8 – пружина сжатия; 9 – рукоятка На этапе проектирования формировалась трехмерная геометрическая, динамическая и конечноэлементная модель блока для расчета его прочностных, жесткостных и динамических характеристик. Для регистрации момента трения при испытаниях применялся маятниковый моментоизмеритель машины трения с установленным спроектированным тензометрическим датчиком перемещений. На основе предложенной методики расчета оценивалась погрешность указанной схемы измерения. Температура измерялась на расстоянии 1 мм от поверхности трения с помощью термопары типа ТХК (ГОСТ 6616-94).

Для измерения величины линейного износа как линейного сближения поверхности образца и индентора предложен вариант реализации схемы измерения с адаптирующейся базой отсчета, позволяющей исключить влияние радиальных биений и тепловых деформаций образца (рис. 3). Принцип ее работы состоит в том, что база-компенсатор 5, относительно которой измеряется контактное сближение образца 1 и индентора 2, получает дополнительное перемещение, совпадающее по направлению и равное по абсолютной величине перемещению образца, вызванному его радиальными (торцовыми) биениями и тепловым расширением. В качестве датчика перемещений 4 применен индуктивный датчик Н-30 с Ш-образной системой завода «Калибр» с точностью измерений 0,1 мкм.

Рис. 3. Схема измерения линейного износа в процессе испытаний: 1 – образец;

2 – индентор; 3 – основание; 4 – датчик перемещений; 5 – компенсатор; 6 – пружина; 7 – регулируемый упор с микрометрической подачей Схема измерительной части АСНИ приведена на рис. 4. Сигналы от датчиков контроля через модуль согласования NI SCC-2345 поступают в плату сбора данных NI PCI-6220 М с АЦП. С АЦП сигнал в цифровой форме поступает на ЭВМ для дальнейшей обработки, записи и формирования протокола испытаний. Программное обеспечение АСНИ, реализованное в среде NI LabVIEW 7.0, осуществляет синхронное отображение на мониторе значений линейного износа, коэффициента трения, температуры, нагрузки, времени испытания и пути трения в реальном масштабе времени, а также их запись в файл и формирование протокола испытаний установленной формы.

Программное обеспечение включает главный управляющий модуль, модуль визуализации и записи данных (рис. 5), модули тарировки и установки нуля датчиков, модуль формирования протокола испытаний, модуль анализа данных, которые вызываются по требованию пользователя или в соответствии с заданной последовательностью. Разработанная система позволяет измерять и регистрировать параметры испытаний с погрешностью не более 5%. Общий вид АСНИ приведен на рис. 6.

Рис. 4. Схема измерений Рис. 5. Отображение результатов измерений Рис. 6. Общий вид АСНИ В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния технологических условий обработки на показатели триботехнических свойств на основе разработанного метода испытаний с применением АСНИ.

Экспериментальные исследования выполнялись для наружных цилиндрических поверхностей, обработанных точением и алмазным выглаживанием. Чистовое обтачивание поверхностей образцов производилось после термообработки (до 35 HRCэ). Алмазным выглаживанием обрабатывались нетермообработанные образцы (187 HB) после предварительного точения. В обоих случаях проводился полнофакторный эксперимент с матрицей 23. В качестве входных параметров выбраны наиболее характерные для конкретного вида обработки: для точения учитывались скорость резания V, подача на оборот s, глубина резания t; для алмазного выглаживания – усилие выглаживания Pн, радиус алмазного индентора Rи, подача на оборот sп (табл. 4).

Таблица Методы Уровень фактора Фактор обработки – + V, м/мин 60 Точение s, мм/об 0,05 0,t, мм 0,1 0,Pн, Н 50 Алмазное выглаживание Rи, мм 2 3,sп, мм/об 0,05 0, На рис. 7, 8 приведены графики накопления износа и изменения коэффициента трения по результатам испытаний.

0,0,6 0,0,0,0,0,0,0,0,0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Время испытания t, ч Время испытания t, ч а) б) Рис. 7. Графики накопления износа (а) и изменения коэффициента трения (б) для поверхностей, обработанных точением:

0,4,0,0,3,0,2,5 0,0,1,0,0,0,0,0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Время испытания t, ч Время испытания t, ч а) б) Рис. 8. Графики накопления износа (а) и изменения коэффициента трения (б) для поверхностей, обработанных алмазным выглаживанием:

По результатам экспериментов получены адекватные эмпирические зависимости показателей триботехнических свойств от режимов обработки для точения:

-0,411 0,350 -0,h = 28,119V s t ;

-0,213 0,159 -0,f = 0,496V s t ;

0,257 0,653 -0,t = 1,381V s t ;

-0,109 0,090 -0,f = 0,220V s t ;

-0,348 -0, = 1,841V s ;

К о эффициент тр ения f Линейный износ h, мкм Коэффициент трения f Линейный износ h, мкм для алмазного выглаживания – -0,316 -0,170 0,h = 17,763P R s ;

0 н и п -0,165 -0,053 0,f = 0,363P R s ;

0 н и п 0,084 -0,372 0,t = 1,256P R s ;

0 н и п -0,090 0,f = 0,174P s ;

н п -0,201 0,147 0, = 0,939P R s, н и п которые могут быть использованы для практических инженерных расчетов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Выполнен анализ теоретических и экспериментальных методов оценки триботехнических свойств и их технологического обеспечения, на основе которого обоснована необходимость разработки нормализованного метода испытаний поверхностей, формирующихся в результате воздействия технологических факторов обработки.

2. Разработан нормализованный метод триботехнических испытаний поверхностей (наружных цилиндрических, внутренних цилиндрических и торцовых) образцов на основе концепции неизменности и контролируемости основных условий трения, научно обоснованы оптимальная схема и режимы испытаний.

3. Разработана, изготовлена и апробирована автоматизированная система научных исследований (АСНИ) триботехнических свойств поверхностей для реализации предложенного метода испытаний, пронормирован перечень ее метрологических характеристик.

4. Предложен вариант реализации схемы измерения линейного износа в разработанной АСНИ с минимизацией погрешностей при испытании синхронно с другими триботехническими характеристиками (коэффициентом трения, температурой и др.).

5. Разработано программное обеспечение АСНИ, позволяющее проводить испытания в автоматизированном режиме с минимальным участием оператора и минимальной трудоемкостью выполняемых им операций, автоматически генерировать отчет испытаний.

6. Установлены возможности механических методов обработки (точения, алмазного выглаживания) в обеспечении показателей триботехнических свойств и получены соответствующие эмпирические зависимости по результатам экспериментальных исследований на основе разработанного метода испытаний.

7. Получено, что коэффициент трения для наружных цилиндрических поверхностей, обработанных точением при различных режимах, может изменяться от 0,105 до 0,129, обработанных алмазным выглаживанием – от 0,090 до 0,112, скорость изнашивания – от 0,3 до 0,7 мкм/ч для периода нормального износа.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горленко, А.О. Метод и автоматизированная установка для испытаний износостойкости цилиндрических поверхностей трения после различных технологических методов обработки / А.О. Горленко, М.И. Прудников, В.П. Матлахов // Гидродинамическая теория смазки – 120 лет: труды международного научного симпозиума: в 2 т. - М.; Орел, 2006. – Т. 2. - С.

240-247.

2. Суслов, А.Г. К вопросу о нормализации испытаний на трение и изнашивание / А.Г. Суслов, А.О. Горленко, М.И. Прудников // Стандартизация и менеджмент качества: сборник научных трудов / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск, 2006. – С. 33-39.

3. Прудников, М.И. Автоматизация испытаний на трение и изнашивание / М.И. Прудников, В.П. Матлахов // Территории развития: образование, наука и инновации: тез. докл. Всерос. конф. (23-24 ноября 2006 г., г.

Брянск) / под ред. О.А. Горленко, В.И. Попкова. – Брянск, 2006. – С. 5253.

4. Прудников, М.И. Реализация метода испытаний на износостойкость цилиндрических поверхностей трения / М.И. Прудников // 18-я Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС2006), 27-29 дек. 2006 г., г.

Москва: материалы конф.– М., 2006. – С. 48.

5. Матлахов, В.П. Аппаратно-программный комплекс для определения показателей износостойкости цилиндрических поверхностей трения / В.П.

Матлахов, М.И. Прудников // Микроэлектроника и информатика – 2007.

14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: тезисы докладов. – М., 2007. – С. 255.

6. Прудников, М.И. Метод испытаний на износостойкость цилиндрических поверхностей трения / М.И. Прудников // Менеджмент качества продукции и услуг: материалы междунар. науч.-техн. конф. (5-6 апр. г., г. Брянск) / под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. – Брянск, 2007. – С. 122-123.

7. Прудников, М.И. Автоматизированная система научных исследований износостойкости цилиндрических поверхностей трения / М.И.

Прудников, В.П. Матлахов // XV Туполевские чтения: Международная молодёжная научная конференция, 9-10 ноября 2007 года: материалы конференции. - Казань, 2007. –Т. III.– С. 147-149.

8. Прудников, М.И. Метод триботехнических испытаний цилиндрических поверхностей трения / М.И. Прудников // Вестник БГТУ. - 2008. - №(18). - С. 48-56.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»