Оценка достоверности результатов.

83. Опишите пару трения «Шарик-ролик».

Здесь сферический индентор реализует большое контактное давление 1500...2500 МПа на серийной установке 2070 СМТ. Машина измеряет износ шарика по диаметру пятна износа на нём и ролика по ширине (или глубине) вытертой канавки. Значение нагрузки Р для обеспечения давления р в начале опытов определяют по формуле: Р = 69,99×р³[(1 - μ³)r_ш/ Е]², где г_ш - радиус сферического образца- индентора.

Формулой рекомендуется пользоваться при радиусе ролика 30 мм и нагрузке без пластического деформирования (когда при отсутствии трения приложение нагрузки не приводит к появлению отпечатка на образце). Площадь А_и пятна износа на шарике связана с линейным h (при h «r_ш) и с объёмным износом V_и: А_и = 2π×г_ш×h; V_и =(А_и²)/4π×r_ш = π×r_ш×h². Среднее давление на контакте: р=Р/А_и, а V_и = (1/4)×(г_и /г_ш²). Здесь г_и - радиус пятна контакта.

84. Особенности испытания «Ролик-ролик».

Испытание на совместимость материалов разных марок в одной паре трения делают в соответствии с таблицей 1.

Схему «ролик-ролик» применяют для имитации работы передач зубчатых и фрикционных, с линейным контактом, при качении и качении с проскальзыванием, а также при больших удельных давлениях.

Таблица 1.

Выбор режима* испытания образцов, согласно их износостойкости

(А- режим для износостойких материалов; В - сокращённый вариант режима А;

С - для не очень износостойких материалов).

Режим *	Нагрузка, Н	Частота вращения, об/мин	Суммарное количество оборотов	Ориентировочная продолжительность, мин
А В С	71,2 71,2 71,2

Если прижатые друг к другу диски вращаются в разных направлениях с одинаковой частотой и при равных диаметрах, то это будет трение качения, а если с разными частотами- качение с проскальзыванием. Расчётные формулы при этом следующие: нагрузка Р испытаний выбирается из условия получения среднего давления р=Р/2×1×b или максимального давления на контакте: b=1,13 [(θ P×R₁×R₂)/l(R₁ + R₂)]^1/2 и p_m = 0,56 [(P×R₁×R₂) / θ×1 (R₁ + R₂)]^1/2, где R₁. R₂ - радиусы первого и второго роликов, см; 2b- ширина полоски упругого контакта, см;

θ = 1- (μ₁² / Е₁) + (1- μ₂²)/Е₂, где μ₁, μ₂ - коэффициенты Пуассона для материалов роликов, а Е₁ и Е₂ - модули продольной упругости, кгс/см^2.

Скорость качения (м/с): V_1,2= π×n×d_1,2 / 60×1000, где d_1,2 - диаметр первого или второго ролика, мм.

Суммарная скорость качения: V_c =V₁ + V₂;

Cкорость скольжения (проскальзывания): V_CK ⁼V₁ - V₂;

Относительная скорость проскальзывания: β= (V_ck) × 100% / V_c

То есть, β= [(V₁-V₂) / (V₁+V₂)]×100%; испытания ведут при β = 0,1...0,3%. При качении β и V_CK = 0, что моделирует работу зубьев с выкрашиванием (питтингованием) по делительной окружности, а при проскальзывании- вблизи ножки и головки зуба.

85. Приведите зависимости и особенности испытаний «Палец-диск (А) и пересекающиеся цилиндры (Б)».

А): испытывают пальцы при малом коэффициенте взаимного перекрытия К_вз=0,005...0,040 и большой скорости скольжения. Нагрузка Р с учётом создаваемого давления р будет: Р = z × p × A_a, где А_а - номинальная площадь трения образца-пальца; z- число сразу трущихся пальцев.

Б): схема даёт большие давления в точках (как в ряде зубчатых передач). Для получения среднего начального давления р при радиусе образцов г создают нагрузку Р=3,25(θ_с×r)² р³. Расчёт нагрузки в начале испытаний для создания max давления р_m: P = 4,87 (θ_c × r)² p³_m. Площадь поверхности трения А_с = π×р², р=0,91 (θ_сrР)². Работа сил трeния: А_т= 2F× ℓ ×N_c., где ℓ- длина хорды образца-стержня; N_c - число циклов (двойных ходов); F-средняя сила трения; V_{скольж.сp.}⁼ 2n_KR_K, где n_к - частота вращения кривошипа, a R_K - его радиус.

86. Что такое «Кривая износа В. Лоренца и опишите её составные части»?

На рис. 38 представлена соответствующая кривая.

Рис. 38. Традиционная кривая износа, содержащая три периода:

I- этап приработки; II- стабильный, установившийся процесс нарастания износа;

III-этап катастрофического развития износа

При трении по закреплённому и очень твёрдому абразиву (твёрже проверяемого материала в 1,5 раза и более) можно получать сравнительную относительную износостойкость для разных материалов.

Снижение погрешностей в опытах достигается, если используется одно и то же оборудование и постоянный персонал. Для повышения сопоставимости и корректности результатов опытов в качестве эталонов для них выбирают стандартные детали: шарики, ролики, кольца, то есть серийно выпускаемые.

Самоустaновка деталей в паре трения часто даёт иные значения износа, чем жёсткая (принудительная). Обеспечение хорошего прилегания (конформности) образцов друг к другу лучше, делать химическими способами, а не абразивными материалами (пасты, шкурки), так как твёрдые частицы могут внедряться (шаржироваться) в поверхность трения.

87. Расскажите «Испытание пластмасс».

Испытание пластмасс на износостойкость при трении о закреплённый абразив показано на рис. 39.

Путь трения не менее 15 м. Нагрузка поджатия 10...50 Н (1...5 кгс); скорость скольжения 0,30±0,05 м/с; скорость осевого перемещения 10 мм/об; диаметр валика 150... 170 мм. Притирка идёт под нагрузкой 20 Н; износ должен быть в пределах 0,01...0,20 г.

Рис. 39. Схема стенда для испытания пластмасс: 1- цилиндр вращающийся:

2- шлифовальная шкурка, натянутая на цилиндр/вал; 3- патрон; 4- съёмный

держатель; 5- образец (диаметр 10 мм либо квадратный 10x10 мм) движется вдоль вала

88. Опишите «Испытание резин». Схема представлена на рис. 41.

Резину испытывают при постоянной нагрузке и скорости о поверхность абразивной шкурки на машине МИ-2 или машине типа «Грассели». Испытательный стенд имеет 1- станину; 2- электродвигатель; 3- редуктор; 4-полый вал; 5- диск вращающийся; 6- истирающее контртело; 7- рычаг неравноплечный; 8- зажимные рамки; 9- зажимные винты; 10-уравновешивающий груз; 11- груз прижимающий; 12- ролик; 13- грузовой стержень.

Условия испытаний: нагрузка- 26 Н; скорость скольжения 0,30 м/с; поверхность

трения образца- квадрат 20x20 мм; высота 10 мм; длительность испытаний 300 с при обдуве сухим сжатым воздухом под давлением 0.15 МПа с расстояния 22±2 мм.

Результат по износу сравнивают с износостойкостью эталонного образца резины из каучука.

Рис. 40. Схема стенда для испытания резиновых образцов

89. Расскажите «Испытание эмалевых покрытий проводов»

На приведённом рис. 41 обозначено: 1- эксцентриковый привод; 2-испытываемый образец; 3- индентор; 4- груз; 5- тяга привода индентора.

Истирание образца 2 производится иглой / индентором 3 диаметром 0,6 мм, совершающим возвратно-поступательное перемещение с частотой 60±3 мин^-1 и амплитудой 10 мм с помощью эксцентрикового механизма 1 и тяги с шарниром 5. Образец опирается на подставку из эбонита, текстолита или иного изоляционного материала.

Рис. 41. Принципиальная схема по испытанию эмалевых покрытий проводов

Появление электрического контакта иглы с проводником- при котором сила тока достигает 5мА при постоянном напряжении 1 2 В, свидетельствует oб износе эмалевого покрытия провода.

90. Опишите вариант «Испытания при ударе и низких температурах"

Схема стенда представлена на рис. 42. На ней С- сжатый воздух; А- абразивная поверхность; М- подача охлаждающей среды; К- блок автоматического поддержания температуры. По охлаждённому образцу производят удары с энергией 1 (-0,25+1,5)Дж., с частотой 60 мин^-1, длительностью удара не более 0,1 с. Материал эталонного образца - сталь 45 с твёрдостью HV 190-220, а при испытаниях абразивной лентой - HV 520-580. Температура эталонна293°К.

Ширина ленты 10 мм в виде тканевой шлифовальной электрокорундовой шкурки марки 15А и зернистостью 16-П (ГОСТ 3647). Температура испытываемого образца 248°К. Число ударов по абразивной ленте - 500 для образца твёрдостью HV 800 и 1000; для прямого удара по контробразцу соответственно 1250 или 2500.

Рис. 42. Принципиальная схема стенда:

1- абразивная лента; 2- ударник: 3- контробразец; 4- сменные грузы; 5-привод;

6- механизм удаления продуктов износа; 7- устройство отвода абразивной ленты

от образца при перемещении: 8- теплоизолированная камера: 9- охлаждающая среда:

10- испытываемый образец: 11-станина; 12- термопара

Критерием для сравнения является соотношение интенсивности изнашивания на один удар для эталонного и исследуемого материала. При низких температурах влияние вязко- пластических свойств материала растёт. Кроме того, к сожалению, меняются также и характеристики самого абразива. Холод способствует конденсации влаги, которая начинает играть роль смазки в зоне трения. В качестве эталонного материала, мало меняющего свои свойства даже при минус 70^оС, используют алюминиево-магниевый сплав АМГ-2, но испытывают его при нормальной температуре. При испытаниях в условиях комнатной температуры и даже при повышении её на 70...100°С, свойства испытываемых материалов и абразивной шкурки почти не меняются. При испытаниях в воздушной среде возможно инеобразование и искажение результатов.

91. Как на стенде производят «Изнашивание вала и ролика». Рис. 43. 44.

Обозначения: 1- скоба; 2,3- рабочие и 4- опорный образцы; 5- вал для испытания; 6- пружина; 7- маслёнка; 8- трубка; 9- упор; 10- державки. Цилиндрической поверхностью вала / ролика истирают / изнашивают образцы из эталонного материала- фторопласта-4 со смазкой. Интенсивность изнашивания связывают с величиной давления (нагрузка Р до 100Н при скорости скольжения V=0,28 м/с) на пути трения 1000 м.

Рис. 43. Расчётная схема устройства

Используется капельное смазывание маловязким индустриальным маслом. Применение эталонного образца из фторопласта обеспечивает быстрое накопление износа при почти полном отсутствии износа исследуемого образца и намазывании на него материала контртела. Фторопласт химически не активный материал к смазкам и сопряжённым металлическим поверхностям, что обеспечивает в основном абразивный характер его износа.

 

Рис. 44. Схема проверки на износостойкость

На рис.44 представлена другая схема для проверки истирающей способности поверхностей. Обозначения: 1- ролик радиуса r с конкретной испытываемой поверхностью; 2- плоский образец из фторопласта, в котором при износе появляется канавка длиной ℓ, шириной b и глубиной h. При износе растёт площадь контакта А_с, а давление р падает; А_с» b×(8×r×h)^1/2. Далее оценивают давление р = Р/А_с, и интенсивность изнашивания I= -С (р - р_к), где р_к - критически малое значение давления, при котором изнашивания практически нет (рис.45).

С ростом износа и снижением удельного давления условия образования гидродинамической и граничной смазки возрастают. При р = р_к между поверхностями контакта нет, а износ прекратится как-абразивный, так и адгезионный. График даёт упрощённый вариант аппроксимации изменения величины I (dh/dℓ) от контактного давления р в режиме полужидкой смазки. А, Б, В- начало испытаний, начало расчётного участка (PC), переход к гидродинамической смазке; р₀ и р_к - давления, отвечающие началу и концу PC. «С» не учитывает разницу в начальных условиях для разных материалов.

 

Рис. 45. Изменение скорости изнашивания образца в функции контактного давления

92. Как делают «Определение износа ленты для печатных машин»? (Рис. 46).

Обозначения: 1- изнашивающийся образец; 2- барабан; 3- следы износа; 4-направление перемещения образца; 5- опорная поверхность ленты; 6- паз-отверстие. Ленту оборачивают с определённым натяжением вокруг цилиндрического образца диаметром 1220 ±25 мм и прижимают к нему стальным шариком марки ШХ 15 (диаметром 6,35 мм). Цилиндр вращается, а шарик реализует на поверхности спиральную форму траектории. Истирающую способность оценивают по объёмному износу шарика, измеряемому с погрешностью до 10^-6см ³. Скорость скольжения составляет около 8,15 м/с. подача шарика равна 0,254±0,025 мм на оборот барабана. Твёрдость шарика HV 760. шероховатость Ra не более 0,02 мкм. Длина образца - ленты 4...5 м, а ширина- 200 мм. При пути трения 14,7×10³ м, длительность испытаний будет около 30 мин. Максимальное время испытания до 3 ч. Коэффициент истирающей способности: K=V×HV/P×L, где Р- нагрузка; L- суммарный путь трения; HV-твёрдость материала барабана; V- объёмный износ.

Среднее квадратическое отклонение при повторных испытаниях должно быть от 5 до 25%.

Рис. 46. Общая схема испытания лент для печатных машин

Более точно объём изношенного материала определяется методом профилографирования. Изношенный объём V оценивают сопоставлением профилограмм (рис. 47).

Обозначения: 1- начальный профиль (до испытаний); 2- профиль после испытаний.

 

Рис. 47. Фрагмент профилограммы

V = 1,0472×Н²(0,3750-Н) + 1,5708×Т (А₁+А₂),

где Н, Т- размеры линейных величин (см. рис.47);

А₁ и А₂ - значения площадей участков, указанных на рисунке.

Изношенный объём рекомендуют оценивать как среднее по измерениям параллельной V₂ и перпендикулярной V₁ профилограмм: V = (V₂ + V₁)/2.

93. В чём суть метода «Трение об абразивную прослойку»? Рис. 48.

В способе Бринелля (см. рис.48) прослойка не закреплена. К образцу 1 прижимают диск 4 из мягкой стали (Æ100 мм, толщина 4 мм). Из бункера 2 в зону трения подаётся сухой мелкий песок 3 (абразивная прослойка).В схеме Хауорта металлический диск заменён резиновым.

 

Рис. 48. Испытание образца об абразивную прослойку по методу Бринелля

94. Суть испытания способом «Жернова» по В. Ф. Лоренцу. Рис. 49.

 

По способу В.Ф. Лоренца образец- 2 в форме кольца крепят во вращающемся зажиме на столе- 3. Пустотелый цилиндр, или контробразец-1 прижимается к образцу- 2. В нижней части торца цилиндра есть канавки 4, через которые абразив из внутренней полости поступает в зону трения. Рабочая абразивная среда может быть разная: со смазкой и др.

Рис. 49. Схема испытания в абразивной среде- «Жернова»

 

95. Трение резинового ролика о незакреплённый абразив». Рис. 50

Диаметр резинового ролика-7 равен 50 мм, ширина 15 мм, абразив-электрокорунд зернистостью №16-П по ГОСТ 3647 (максимальная зернистость до 1 мм) (вид А - привод вращения ролика не показан). Буква Р на рисунке обозначает прикладываемую к рычагу нагрузку.

Кроме того, имеется счётчик суммарного количества оборотов ролика. Образцы- пластины шириной 30 мм, длиной 30...50 мм и толщиной h более 7 мм. Эталонный материал- сталь 45 с HV 190-200; усилие прижатия ролика- 44,1 Н при частоте вращения ролика n = 60 об/мин.

Обозначения:

1- образец; 2- держатель образца;

3- опора рычага; 4- рычаг;

5- направляющий лоток;

6-дозаторабразивных частиц.

Рис.50. Принципиальная схема испытания на износ резинового ролика о незакреплённый абразив

Длительность испытания резинового ролика как - эталонного материала - от 600 оборотов до 3600 с момента подачи абразива и в зависимости от твёрдости материала.

96. Опишите «Способ взаимного шлифования». Рис.51

В испытаниях по В.Д. Кузнецову износ образца- 1 достигается за счёт абразива прослойки, насыпаемого в зону трения.

 

Используют центральный канал эталонного контробразца- 2.

Вращающаяся чаша- 3 обеспечивает самоустановку образца- 1.

4- вращающийся столик.

 

Рис. 51. Схема способа взаимного шлифования по В.Д. Кузнецову

97. Что Вы знаете «Об истирании бетона»?

Абразивный материал - шлифзерно №16 по ГОСТ 3647 с плотностью 4 г/см². Перед испытанием образцов из бетона на воздухе их выдерживают 48 ч в помещении с t=20±3 С и влажностью 65±10%. Для бетона, работающего в воде, его водонасыщают. До 20 г абразива наносят на диск и трут, делая 22 оборота при нагрузке 300 Н. Износ определяют по потере массы образца, делённой на площадь его поверхности трения. Абразив меняют после каждых 22 оборотов. Через 110 оборотов образец вынимают, взвешивают и измеряют. Делают 4 цикла, по 110 оборотов для каждого образца, поворачивая образец на 90^о. Есть также специальные методы испытания бетона: трением по металлической щётке; при воздействии струи воды с абразивом и в условиях кaвитационного действия.

Изнашивание металлов при ударе происходит в основном в результате наклёпа/упрочнения поверхности. При весьма малых энергиях (до 0.4 Дж) будет пропорциональность интенсивности изнашивания энергии удара.

98. «Ударно-абразивное изнашивание» - один из методов испытаний. Рис. 52.

Обозначения:

1-наковальня массой не менее 50 кг:

2- сменный вкладыш; 3- бункер; 4-дозатор; 5- канал; 6- образец;

7-ударник; 8- съёмные грузы;

9-храповик; 10-торсион

Повторные удары осуществляют образцом через слой твёрдых абразивных частиц по неподвижной наковальне с заданной энергией удара, скоростью и частотой соударений.

Так оценивают материалы деталей для пневматических машин, инструменты в нефтяной, горнорудной, а также и в камнеобрабатывающей промышленностях.

Энергия удара Е=2,94...294 Дж (часто 4,9 Дж); частота соударений n=100мин^-1 при скорости V=l м/с. Угол закручивания

Рис. 52. Схема испытания

торсиона не менее 1,5^о: сечение канала 20x1 (в мм); Ø10 мм; 1=35 мм.

99. «Взаимодействия абразива с деталью». Рис. 53.

Обозначения: а)- скольжение образца по монолитному абразиву;

б)- качение детали по абразиву;

в)- соударение с частицами абразива;

г)- соударение детали с монолитным абразивом;

д)- воздействие потока абразивных частиц на поверхность (гидроабразивное или газоабразивное изнашивание);

е)- скольжение детали в массе абразивных частиц;

ж)- взаимодействие сопряжённых деталей в контакте с абразивными частицами.

Рис. 53.Схемы силового взаимодействия абразива с деталью.

Исследования изнашивания материалов по корундовому полотну, проведённые М.М. Хрущовым, показали, что относительная износостойкость ε чистых металлов в незакалённом состоянии и сталей в отожжённом состоянии прямо пропорциональна твёрдости материала. Для термообработанных сталей ε = ε_о -a(НВ - НВо), где ε_о - относительная износостойкость стали в отожжённом состоянии; a- коэффициент пропорциональности; НВ₀ - твёрдость стали в отожжённом, а НВ- в неотожжённом состоянии.

100. Что показывает «Диаграмма Герси-Штрибека»? Рис. 54.

На рис.54 представлены зоны:

1- зона трения для несмазанных поверхностей;

2- область трения при граничной и полужидкой смазке;

3- трение при жидкой смазке

Минимум коэффициента трения f соответствует началу трения при жидкой смазке. Режим трения в подшипнике определяется следующими параметрами: h - вязкостью; v -скоростью скольжения и р - давлением. Параметр ην/p называют характеристикой режима работы подшипника. Линия "а-а" разделяет области трения при жидкостной и других видах смазки. Линия "b-b" отделяет область трения при граничной смазке от области трения поверхностей без смазки. Диаграмма пригодна для анализа явлений трения в подпятниках и парах трения при возвратно-поступательном движении.

101. Объясните «Фрикционное взаимодействие по И.В. Крагельскому и

тепловую модель микрок онтакт а по А.В. Чичинадзе». Рис. 55.

На рис.55 обозначено:

I- срез материала;

II- пластичное оттеснение:

III- упругое оттеснение;

IV-схватывание плёнок;

V- схватывание поверхностей; 1 и 2- контактирующие тела; Р- нормальная нагрузка v_CK - скорость скольжения; ζ_ν1и ζ_ν2 -объёмные температуры тела 1 и 2: ζ^*₁ и ζ^*₂ - средние температуры поверхностей трения тела 1 и 2; ζ_всп -температурная вспышка в пятне контакта.

Рис. 55. Схема фрикционного и теплового взаимодействия

102. Изобразите схему прибора Боудена и Хьюза для определения силы трения в вакууме. Рис. 56.

Авторы в герметичном стеклянном сосуде, где была натянута проволока- 1 со свободно на ней расположенной муфтой- 3, создавали вакуум. Муфта получала толчок от консольной пружины- 2, освобождаемой электромагнитом- 4. После удара муфта скользит по проволоке-1. Параллельный пучок света, направленный перпендикулярно проволоке, проектирует тень подвижной муфты на движущуюся фотобумагу. В результате записывается диаграмма «путь-время», по которой и

оценивают силу трения. Проволоку предварительно очищают, пропуская через неё ток. Муфточку-3 также необходимо

 

Рис. 56. Прибор для определения силы трения в вакууме по Боудену и Хьюзу

прокаливать, не касаясь её, на молибденовой подставке.

103. Изобразите установку Кемпбелла для испытания окисных плёнок в вакууме. Рис. 57.

Кемпбелл использовал в вакуумной камере- 1 платформу- 2, которую можно было ставить горизонтально или наклонно. По ней двигалась тележка- 3 с грузом- 4. Ёмкость 7 через трос 5. надетый на блок 6, создавала движение для тележки. В опытах при абсолютно чистой паре трения «медь-медь» коэффициент трения f был равен

Рис. 57. Схема опытов Кемпбелла

f=1,21 (из-за большой адгезии).Окисная плёнка на бронзе получалась нагревом образца на воздухе в течение часа при t=110^оС; сульфидную плёнку учёный получал смачиванием поверхности 0,02%-ным раствором сернокислого натрия. На стали (марка ШХ-15, закалённая и полированная) окисную плёнку получали действием хромовой кислоты. Результат: для чистой стали безоксидных и сульфидных плёнок f=0,78, а с этими плёнками f=0,27 и 0.99 соответственно. Вакуум в экспериментах составлял 10^-6 мм рт. ст. Подобные опыты проводили с парами трения никель-вольфрам и никель-никель также Боуден и Хьюз. По их данным толщина плёнки сильно влияет на коэффициент трения f.

104. Поясните кулоновскую и некулоновскую идеализацию закона сухого трения. Рис. 58. С ростом скорости обычно силы трения скольжения F_Tp падают.

Рис. 58. Две модели идеализации закона сухого трения

В кулоновской модели (левый рисунок) сила трения скольжения равна силе трения покоя и не зависит от величины скорости v, а зависит от знака скорости.

F_Tp = F_тp.o..sign(v), при v ≠0 и | F_Tp | £ F_Tp.o., при v=0.

В некулоновской модели (правый график) сила трения скольжения меньше силы трения покоя F_Tp.o..