Файл: Комбалов, В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 41
Скачиваний: 0
Как показали испытания, при значительных нагрузках (выше 6 кг/см2) температура трения возрастала до 300—350° С, в результате чего происходило структуирование и разрушение ре зины. При более легких условиях коэффициент трения и тем пература стабилизировались за время работы до 15—30 мин, при этом температура на контакте колебалась в пределах
180—200° С.
В момент пуска машины момент трения достигал максималь ной величины, соответствующей моменту трения покоя. Как только возникало скольжение, момент трения уменьшался. Тем пература на поверхности трения сначала резко возрастала, за тем плавно снижалась. На фиг. 31 показано изменение во вре-
°С f
мени коэффициента трения (/) и температуры (2) на поверхно сти трения стального образца при испытании резины СКН-18 + + СКН-26 при давлении Рс= 3 кг/см2, скорости V = l м/сек (тре ние без смазки).
На основании предварительных экспериментов был опреде лен диапазон нагрузок от 2 до 9 кг/см2, время испытаний прини
малось |
равным |
60 |
мин. Скорость |
скольжения |
составляла |
|
1 м/сек; |
режим трения — терморегулированный; |
температура на |
||||
поверхностях равна +200° С. |
|
|
|
|||
Пары трения прирабатывались при различных удельных дав |
||||||
лениях [2 кг/см2 |
(а), |
3 кг/см2 (б), 4,5 |
кг/см2 (в) |
и |
9 кг/см2, (г)]. |
|
На фиг. 32 приведены участки профилограмм с приработанных поверхностей, соответствующие давлениям. По профилограммам определялся комплексный критерий Д, а по шкале профиломет-
|
Т а б л и'ц а |
22 |
|
|
Р с, KdfCM* | |
А, рзсчЛ |
^ арасч’ |
А, эксп. |
^аэксп’ |
|
|
мкм |
|
М КМ |
2 |
3 ,6 7 .1 0 -2 |
0,43 |
3 -10-» |
0,39 |
4,5 |
2 ,1 -К ) '2 |
0,32 |
1,6-10-2 |
0,30 |
9,0 |
1,3-10-2 |
0,26 |
1,0-10-2 |
0,23 |
71
pa — определялась величина Ra, соответствующая заданному ре жиму приработки. На фиг. 33, а приведены результаты экспери ментов по изучению влияния давления Рс на величину критерия
равновесной шероховатости А. Обработка результатов экспери мента производилась по средним значениям из 4—6 образцов на один режим испытаний.
72
Сопоставление результатов эксперимента с расчетом. Пара сталь 45 — резина СКН-18 +СКН-26. Из анализа эксперимента следует, что зависимость значения Д при установившейся шеро ховатости на металлическом контртеле от нагрузки подчиняется
степенному закону (V.12). Построим |
график |
зависимости |
||
IgA — \g P e, из которого определим |
показатель степени по экс |
|||
периментальному наклону прямой |
(/) |
(фиг. 33,6). |
Степень v |
|
соответствует значению, равному 1,5. |
|
|
|
|
Используем экспериментальные значения v, т0 |
и (3 |
(табл. 21) |
||
для пары сталь 45 — резина СКН-18 + СКН-26 при расчете кри терия равновесной шероховатости А по формуле (IV.30). Необ ходимые для расчета данные: т0 = 4,5 кг/см2; Е =А 50 кг/см2; kt = = 5,33; v = l,5 ; р = 0,5. В табл. 22 приведены результаты расчета
иэксперимента.
§5. Влияние упругих свойств и прочности
молекулярной связи резин на установление равновесной шероховатости
металлической поверхности
Экспериментальное определение (серия II) проводилось на па рах сталь 45 — различные марки резин. Модуль упругости резин составлял 80— 150 кг!см2. Ниже приведены некоторые свойства применяемых резин.
Марка |
Основа |
Е , кг/см г |
Твердость |
|
резины |
резины |
по 1М-2 |
||
|
||||
4004 |
СКН -40 |
85 |
75-8 0 |
|
702 |
с к э п |
90 |
75—80 |
|
1068 |
СКН—18-j-CKH=26 |
100 |
82 |
|
1004 |
СК Н -26 |
150 |
85 |
|
Модуль упругости Е измерен при температуре |
100° С. Твердость |
|||
измерена по Шору на приборе ТМ-2. |
|
|
||
Образцы прирабатывались на машине И-47-К-54 при посто янной скорости скольжения V= 1 м/сек и давлении Рс=4,5 кг/см2,
при отсутствии смазки. Время приработки |
составляло 60 мин. |
Режим работы — термостатированный |
при £=170— 190° С. |
Предварительная очистка образцов производилась по методике, описанной ранее.
Следует отметить, что коэффициент трения для применяемых марок резин при заданных условиях трения в установившемся режиме зависит не только от упругих свойств и установившейся шероховатости поверхности, но и, в силу различного состава ре зин, от прочности молекулярной связи т0. Между значением это го отношения и установлением конечной шероховатости суще ствует определенное соответствие.
73
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
23 |
|
|
|
|
|
|
Пара трения |
Е , кг/см 2 |
т0, |
кг/см 2 |
f, эксп. |
^ аэксп ’ |
Я«расч ** |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мкм |
мкм |
Сталь |
45 — резина |
1004 |
150 |
6,7 |
0,36 |
0,30 |
0,43 |
||
Сталь |
45 |
— резина |
1068 |
100 |
8,4 |
0,5 |
0,42 |
0,55 |
|
Сталь 45 |
— резина 4004 |
85 |
5,7 |
0,41 |
0,58 |
0,47 |
|||
Сталь 45 |
— резина 702 |
90 |
8,0 |
0,31 |
0,68 |
0,69 |
|||
При анализе результатов эксперимента было применено от-
ношение |
4 2V+1)/2V[ ^ ( 1 - ^ ) (2V"1)/2V] |
* |
--------- — -----—-------- . |
Это отношение определялось |
|
|
£ ( 2 V - 1 ) / 2 V |
|
у
Фиг. 34
для каждой марки резин и сопо ставлялось с экспериментальным значением ДЭКсп.
В табл. 23 приведены экспери
ментальные |
и |
расчетные |
данные |
||
для |
выбранных |
нами |
пар |
трения |
|
по средним |
значениям |
из |
4—6 то |
||
чек *. |
|
данные: |
Рс = |
||
Расчетные |
|||||
= 4,5 |
кг/см2; ц,=0,5; |
v = 2; kt = 6. |
|||
На фиг. 34 приведены |
экспери |
||||
ментальные |
и |
расчетные |
данные, |
||
характеризующие влияние физико механических свойств и прочности молекулярной связи т0 резин на установившуюся шероховатость ме
таллической поверхности |
(марки |
|
резин: |
1 — 1004; 2 — 1068; |
3 — |
4004; |
4 — 702). |
|
§ 6. Влияние условий смазки на установление равновесной шероховатости
металлической поверхности
Экспериментальное определение (серия III) влияния консистент ных смазок на установление шероховатости металлической по верхности проводилось на паре сталь 45 — резина на основе нитрильных каучуков СКН-18 + СКН-26 на машине И-47-К-54 с терморегулированием процесса трения. Условия работы: ско
* Параметр Ra рассчитан по формуле (III.11) для значения Драсч-
74
рость |
V |
м/сек при |
постоянном |
давлении Ре, |
равном |
|||||
4,5 кг/см2, в интервале температур |
100—200° С; |
трение без смаз |
||||||||
ки и с консистентными |
смазками, |
а также |
с |
твердой |
смазкой |
|||||
M0S2. В табл. |
24 приведены |
свойства |
использованных |
смазок. |
||||||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Смазка |
|
|
|
|
Смазка |
||
Показатель |
|
ЦИАТИМ- |
ЦИАТИМ- |
Показатель |
ЦИАТИМ- |
ЦИАТИМ- |
||||
|
|
|
221 |
205 |
|
|
|
|
221 |
205 |
Вязкость при V = |
|
|
Температура |
кап- |
|
|
||||
= 50° |
С и гради |
|
|
левыделения, |
°С |
200 |
67—70 |
|||
енте скорости 100, |
Щ |
Основа |
|
|
Смазка-3 Нефтяная |
|||||
сект1 |
|
|
26,9 |
30 |
|
|
|
|
|
|
Предел прочности, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
г/см2 |
|
|
1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
Эксперимент позволяет проанализировать влияние параметра т0 на установление равновесной шероховатости (критерия А) при постоянном модуле упругости Е резины.
При трении без смазки образцы тщательно промывались спиртом, затем металлические образцы протирались активиро ванным углем, потом спиртом.
Специальное приспособление препятствовало выносу смазок с поверхностей в процессе приработки пары трения. Сухая смаз
ка M0S 2 наносилась |
на исходные поверхности |
трения |
методом |
|
втирания тонкого |
порошка. Время |
приработки составляло |
||
60 мин при стабилизации трения в |
течение |
времени, |
равного |
|
30 мин. В процессе приработки регулировалась температура на контакте и измерялась сила трения. На фиг. 35 приведен график изменения коэффициента трения в процессе приработки пары сталь 45 — резина СКН-18 + СКН-26 (смазки 1 — ВНИИНП-279; 2 — ЦИАТИМ-201; 3 — M0S2). После испытания металлические образцы тщательно промывались спиртом, после чего для обра зовавшейся дорожки измерялось значение Ra, среднее по 20 ра диальным направлениям дорожки. Обработка результатов эксперимента проводилась по средним значениям для 4—6 об разцов на один цикл эксперимента.
Как показал эксперимент, коэффициент трения в установив шемся режиме трения с различными консистентными смазками в условиях выбранных нами скорости и удельного давления из
меняется незначительно |
и находится в диапазоне 0,21—0,32. |
В условиях смазки M0S2 |
коэффициент трения равен 0,18—0,22. |
Смазочная способность консистентных смазок может быть |
|
определена параметрами |
т0 и р в биномиальной зависимости |
= т0 4-РЛ-, определяющей удельную силу трения.
75
Удельная сила трения в конечном счете оказывает влияние на установление равновесной шероховатости металлической по верхности в парах сталь — резина.
Экспериментально определялось влияние параметра т0 на установление равновесной шероховатости металлической
f
Фиг. 35
поверхности. С учетом экспериментальных значений коэффици ента трения и А по формуле (V. 11) рассчитывалась величина фактического давления Рг. Затем по формуле (V.10) определял-
Т а б л и ц а 25
№ |
|
|
Эксперимент |
|
Расчет |
|
|
образца |
f |
t° с |
R a , мкм |
Смазка |
Р г , кг {см 2 |
т 0, к г !с м г |
R a * , м км |
|
|||||||
|
|
||||||
12 |
0,32 |
220 |
0,3 |
Без смазки |
13,0 |
4,16 |
0,32 |
13 |
0,30 |
160 |
0,32 |
|
13,6 |
4,08 |
0,31 |
18 |
0,20 |
195 |
0,29 |
|
13,7 |
4,0 |
0,31 |
19 |
0,31 |
195 |
0,30 |
ЦИАТИМ-201 |
13,5 |
4,05 |
0,31 |
37 |
0,23 |
195 |
0,43 |
17,7 |
4,1 |
0,31 |
|
38 |
0,20 |
200 |
0,38 |
|
16,0 |
3,2 |
0,28 |
39 |
0,21 |
200 |
0,39 |
|
16,2 |
3,4 |
0,29 |
40 |
0,23 |
200 |
0,42 |
ВНИИНП-279 |
17,4 |
4,0 |
0,31 |
41 |
0,35 |
195 |
0,39 |
15,8 |
5,6 |
0,38 |
|
42 |
0,31 |
170 |
0,39 |
|
16,0 |
5,0 |
0,36 |
43 |
0,31 |
190 |
0,41 |
|
16,6 |
5,2 |
0,37 |
44 |
0,32 |
200 |
0,38 |
ЦИАТИМ-205 |
16,0 |
5,2 |
0,37 |
45 |
0,35 |
190 |
0,5 |
20 |
7,0 |
0,44 |
|
46 |
0,2 |
70 |
0,45 |
|
18,2 |
2,7 |
0,30 |
47 |
0,24 |
90 |
0,5 |
|
20,2 |
4,9 |
0,36 |
48 |
0,22 |
90 |
0,48 |
MqS2 |
19,7 |
4,4 |
0,34 |
49 |
0,23 |
130 |
0,52 |
24,2 |
5,2 |
0,37 |
|
50 |
0,23 |
135 |
0,54 |
|
28,2 |
6,47 |
0,41 |
51 |
0,24 |
150 |
0,43 |
|
17,7 |
6,0 |
0,40 |
52 |
0,22 |
180 |
0,53 |
|
21,0 |
4,6 |
0,35 |
76