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: 35
Скачиваний: 0
Изготовление и подготовка образцов. В качестве исследуе мых материалов были выбраны материалы: капрон-Б, фторо пласт-4, полиформальдегид, низкомодульная резина.
В табл. 29 приведены физико-механические свойства мате риалов.
Параметры т0 и |3 для каждой 'пары трения определялись на одношариковом тангезиометре ОТ-1 по методике, изложенной в работах [63, 73].
Для реализации расчетной модели контактирования шерохо ватой металлической поверхности с упруго деформируемой гладкой поверхностью полимерные образцы изготавливались
методом горячего прессования |
в |
специально изготовленной |
прессформе. |
|
|
На фиг. 44 приведены характерные участки профилограмм, |
||
снятых с поверхности штампа |
(а) |
и с полученных образ |
цов (в). |
|
|
Указанная методика изготовления образцов позволяла полу чать гладкие полированные полимерные образцы с чистотой по верхности до V12. Если учесть, что металлические образцы име ли класс чистоты порядка не выше V I0, а шероховатость полу чаемых полимерных образцов была выше на 2—3 класса, то
можно считать, что условия контактирования принятой нами модели удовлетворяются [20].
Диаметр полимерных образцов составлял 10 мм, волнистостью поверхности пренебрегали, что позволило считать Лс=0,785 см2. В качестве контртела использовались стальные образцы с чисто той поверхности от V5 до V10 — плитки размером 25X15X7 мм, чистота поверхности которых получена плоскостными видами обработки: шлифованием, строганием, полировкой, доводкой, цие линдрическим и торцовым фрезерованием (образцы чистоты по верхности по ГОСТу 9378—60).
Очищали полимерные образцы промывкой в четыреххлори стом углероде и протиркой спиртом. Металлические образцы промывались бензином, затем четыреххлористым углеродом и протирались активированным углем, а потом спиртом.
Оценка шероховатости металлических образцов. Степень ше роховатости поверхностей металлических образцов оценивалась по среднему значению величины Ra из 7— 10 замеров; величина Ra определялась по профилографу — профилометру модели «К а либр» 201 в направлении, перпендикулярном штрихам обработ ки. Это давало возможность выбрать диапазон чистоты поверх ности образцов для проведения эксперимента. В табл. 30 при ведены расчетные значения параметров шероховатости поверх ности металлических образцов.
Выбор нагрузки. Величина контурного давления Рс в экспе рименте не должна превышать значения критического давления Рс х\ , приводящего к появлению пластических деформаций в
зоне максимальных напряжений на контакте.
Подставляя в уравнение (V.1) значения величин, определя ющих физико-механические свойства деформируемого материа ла, из табл. 29 и характеристик шероховатости A, v металличе ских образцов более грубого класса из табл. 30, получим предель ные значения давления Рс<СРснР, необходимые для экспери
мента.
Т а б л и"ц а 30
№ образца Яшах* мкм г, мкм ь |
V |
Л |
R z |
F a |
Класс |
|
Ч И С Т О Т Ы |
|||
|
|
1 |
8,0 |
21 |
0,9 |
1,95 |
0,41 |
9,42 |
2,28 |
6 |
2 |
5,5 |
27 |
0,95 |
1,85 |
0,21 |
4,62 |
1,15 |
7 |
3 |
3,4 |
30 |
1,6 |
1,80 |
0,09 |
3,16 |
0,79 |
8 |
4 |
1,75 |
34 |
2,3 |
1,70 |
0,03 |
1,26 |
0,32 |
9 |
5 |
0,76 |
36 |
2,4 |
1,60 |
0,013 |
0,7 |
0,18 |
10 |
6 |
0,187 |
42 |
3,3 |
1,20 |
0,0022 |
0,135 |
0,034 |
12 |
Для капрона Б предельное значение Рс составляло 14 кг/см2; для фторопласта-4 — 0,18 кг/см2. Для фторопласта-4 практиче ски невозможно было осуществить упругое взаимодействие при одноцикловом трении.
На поверхности фторопласта появились следы царапания после первого прохода.
§3. Результаты эксперимента
исопоставление их с расчетом
Эксперименты |
проводились |
при |
скорости |
т . |
скольжения |
||||
V = 1,2 см/мин, |
что исключало |
возможность влияния темпера |
||
туры в зоне контакта на коэффициент трения. Для капрона Б нагрузка N составляла 15 кг, что соответствовало контурному
90
давлению Рс= 1 ,9 кг!см2. Измерение силы трения |
осуществля |
лось в направлении, перпендикулярном к штрихам |
обработки. |
В табл. 31 приведены результаты эксперимента по определению
зависимости |
коэффициента трения пары |
сталь 45 — капрон Б |
|||
от степени шероховатости стальных образцов. |
|
||||
|
|
Т а б л и ц а 31 |
|
|
|
№ образца |
f c p |
Число |
G |
О |
д |
испытаний |
|||||
1 |
0,253 |
23 |
0,055 |
0,0104 |
4 -1 0 -1 |
2 |
0,242 |
27 |
0,055 |
0,0108 |
2 ,1 -10"1 |
3 |
0,231 |
27 |
0,052 |
0,0100 |
8 ,7 .1 0 '2 |
|
|||||
4 |
0,217 |
21 |
0,041 |
0,0090 |
3-10-2 |
5 |
0,231 |
И |
0,033 |
0,0103 |
1 ,М О '2 |
6 |
0,261 |
8 |
0,050 |
0,0063 |
2 ,2 -1 0 -3 |
На фиг. 45 приведен экспериментальный график зависимости коэффициента трения / от критерия Д металлической поверхно
сти, иллюстрирующий прохождение коэффициента трения через минимум.
Сопоставим экспериментальные расчетные данные по фор
муле (VI.8). |
Рс = 2 |
кг/см2; |
т0=15 кг/см2; £ = 1 5 - |
||
Расчетные данные: |
|||||
• 103 кг/см2; p = 0,4; v = 2; р= 0,09; |
ar = 1; &i = 6. |
||||
15 |
/6 ■0,84\4/б |
68 |
|||
2-21/б \15 • |
103/ |
||||
|
|||||
В' = 0,55 |
2 • 6 |
• 0,84 \7« |
: 0, 132. |
||
|
15 |
• |
103 J |
|
|
91
Результаты расчета приведены ниже:
Л |
f |
А |
f |
М 0 ~ 3 |
0,287 |
2 .1 0 "1 |
0,260 |
2-10-3 0,275 |
2 ,5 -Ю '1 |
0,267 |
|
М О '2 |
0,236 |
3 ,0.10-! |
0,271 |
3-10-2 |
0,226 |
3 ,5 -10-'1 |
0,276 |
А
|
о |
о |
|
1 |
5-10-1
М О "1
f
0,280
0,240
0,250
На фиг. 45 приведена расчетная кривая, при этом расхожде ние расчетных и экспериментальных результатов находится в пределах точности эксперимента.
Рассчитаем критерий Л для оптимальной в данных условиях шероховатости, соответствующей минимальному значению коэф фициента трения, по формуле (IV.30):
15Ь2б(6 • 0,64) °’75 = 0,029; 20’5 (15 • Ю3)0’75
как видим, она соответствует минимуму на экспериментальной кривой (фиг. 45).
Аналогичные расчетные и экспериментальные данные для оп тимальной шероховатости приведены для пар трения сталь 45—
фторопласт-4 |
и сталь 45 — полиформальдегид |
в табл. 32 |
[56, |
||
127]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 32 |
|
|
|
Расчет |
|
|
Экспериме нт |
|
Пара трения |
Рс |
т0 |
Е |
класс |
д |
|
|
д |
чистоты |
||
|
|
/сг/лш2 |
|
|
|
Сталь 45 — капрон |
|
|
|
|
2,9-10-2 |
|
|
Б |
0,12 |
0,15 |
1,5-Ю 2 |
1,2 |
9 |
||
Сталь 45 — фторо |
|
|
|
|
|
|
|
пласт-4 |
0,12 |
0,035 |
7 |
-101 |
9-Ю -з |
2,64 |
8 |
Сталь 45 — полика- |
|
|
1,7 |
-Ю2 |
2,3-10-2 |
|
|
проамид |
0,12 |
0,20 |
1,15 |
9 |
|||
3,2-10~2
4С 1 О
2,6-10-2
Результаты расчета удовлетворительно совпадают с данными
эксперимента.
Влияние нагрузки и степени шероховатости поверхностей на молекулярную слагаемую коэффициента трения. Эксперименты проводились на приборе ГП на паре трения сталь 45— резина при трении без смазки и трении с различными смазками. Благодаря ярко выраженным упругим свойствам резин эти эксперимен ты позволили оценить влияние критерия А (различных видов технологической обработки) на молекулярную слагаемую ко
эффициента трения:
92
(VI.9)
Эксперимент проводился на стальных образцах чистоты поверх ности (ГОСТ 9378—60), обработанных торцовым фрезерованием по V7 (Д= 0,007), плоским шлифованием по V6 (А = 0,105) и по V9 (Д= 0,002), строганием по V7 (Д= 0,011). Контртелом служил образец прямоугольной формы из резины ц=0,5, Е = 36 кг/см2, трение без смазки. Эксперимент проводился на машине ГП в условиях контурного давления Рс = Ра (площадь резинового об разца Ло=0,785 см2) и скорости 3 см/сек.
Как показали результаты экспериментов, механической сла гаемой в данных условиях можно пренебречь, так как она со
ставляет незначительную (меньше 1%) |
долю коэффициента |
|
трения. |
|
|
На фиг. 46 приведены результаты сравнения эксперимента с |
||
расчетом по формуле |
(VI.9) (1 — торцовое фрезерование; 2 — |
|
плоское шлифование, |
V9; 3 — строгание; 4— плоское шлифова |
|
ние, V6). |
|
|
Необходимые для расчета величины т0 |
и р определяли на ос |
|
новании экспериментальных значений коэффициента трения. Для этого выбирали два экспериментальных значения коэффициента трения fi и /2, определенные при различных нагрузках и соответ ствующие данному классу чистоты поверхности. Коэффициентам трения h и /2 соответствовали контурные давления РС1 и РСг За-
о |
|
тем составляли и решали систему уравнении: |
|
+ р, |
(VI. 10) |
В дальнейшем значения т0 и $ считались неизменными. Как показал анализ, для выбранных стальных образцов и резинового образца значения т0 и >|3практически оставались постоянными при условии одинаковой очистки поверхностей. Кроме того, значения параметров т0 и как показано в § 3 главы V, можно определить аппроксимацией кривой / = / ( Р г) до значения 1/Рг = 0, а также по специальной методике [63, 73].
На фиг. 46 кривые — результаты расчета коэффициента тре ния, отдельные точки — экспериментальные значения, получен ные как среднее из результатов 5—6 измерений.
Сравнение показывает, во-первых, что зависимость коэффи циента трения от нагрузки при упругом контакте удовлетвори тельно описывается формулой (VI.9). Во-вторых, следует отметить, что поверхности, близкие по классу чистоты, но раз личные по технологической обработке (различная величина Д), имеют различные значения коэффициента трения.
93