CC BY
18
Совершенствование методики и аппаратурного оформления экспериментального определения коэффициентов трения скольжения Першин В. Ф. , Аль-Саади Д. А. Ю. , Салимов Б. Н.
1 Першин Владимир Федорович /Pershin Vladimir Fedorovich - доктор технических наук, профессор, кафедра технической механики и деталей машин;
2Аль-Саади Дар Али Юсиф / Al-Saadi Dar Ali Yousif - аспирант,
Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов;
3Салимов Бакытжан Нуржанович /Salimov Bakijan Nurjanovich - кандидат технических наук,
старший преподаватель,
Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана, г. Уральск, Казахстан
Аннотация: в статье анализируются причины погрешностей, возникающих при определении
коэффициента трения скольжения на универсальной машине трения УМТ-01. Предложен вариант модернизации данной конструкции и обсуждаются результаты повышения точности и стабильности получаемых результатов.
Ключевые слова: пара трения, момент трения, нормальные и касательные напряжения, коэффициент трения.
Введение
Одним из важнейших факторов, определяющих надежность и долговечность трибосопряжений, является смазка. Повышение экономичности машин, а также ресурсных возможностей их узлов трения часто реализуется за счет введения в смазочные материалы различных присадок. В настоящее время ученые разных стран проводят исследования по использованию в качестве присадок различных наноматериалов. Весьма перспективным направлением является модифицирование смазок графеновыми наноструктурами. Наиболее надежным способом проверки эффективности той или иной смазки является экспериментальное определение ее основных характеристик и, в частности, коэффициента трения. Серийно выпускаемые машины трения имеют весьма существенные недостатки. Многочисленными исследованиями установлено, что величины коэффициентов трения, полученные даже на машинах одного типа, в идентичных условиях существенно отличаются, несмотря на высокую точность современной измерительной аппаратуры [1]. Учитывая, что результаты практически всех теоретических исследований коэффициента трения и окончательный выбор смазочных материалов апробируются на машинах трения, вопрос повышения достоверности результатов фрикционных испытаний является весьма актуальным.
Экспериментальные исследования
Предварительные экспериментальные определения коэффициентов трения скольжения при использовании стандартных графитовых смазок проводили на универсальной машине трения УМТ-01, схема которой показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема машины трения Рис. 2. Схема измерения силы G Машина создана на базе сверлильного станка 1 и предназначена для проведения испытаний на трение и износ металлических и неметаллических материалов в условиях применения различных смазочных материалов, а также без масла. Метод испытаний основан на взаимном перемещении прижатых друг к другу с заданным усилием испытываемых образцов 2 и 3 в среде смазочных материалов или без них. Скорость вращения образца без нагрузки плавно регулируется от 0 до 2500 об/мин, усилие прижима испытываемых образцов от 50 до 1000 Н. Размер образцов: неподвижная круглая пластина диаметр 50 мм, три вращающиеся ролика диаметром 10 мм. Схема контакта: торец вращающегося ролика и плоскости
неподвижного диска. Момент трения и осевая нагрузка регистрируются тензодатчиками, температура -капельной термопарой. Регистрируемые параметры записываются и обрабатываются с использованием ПЭВМ в реальном времени. Машина трения способна работать при температуре (10^35) °С и относительной влажности (65±15) %. В результате испытаний было установлено, что сила прижатия образцов неконтролируемо изменяется в диапазоне +15%, а погрешность тензодатчика, с помощью которого фиксировалась окружная сила и рассчитывался момент трения, составляла +10%. Кроме этого наблюдалось образование волны перед набегающим роликом, что приводило к удалению смазочного материала из зоны контакты образцов. Аналогичные результаты получены на машинах трения других типов [1].
Совершенствование конструкции машины трения
Для получения стабильных и достоверных значений коэффициентов трения, прежде всего, необходимо стабилизировать силу Р прижатия элементов пары трения и повысить точность определения окружной силы G. Численное значение коэффициента трения f определяется по ф-ле:
f = т/о, (1)
где о =Р/А - нормальные напряжения в зоне контакта образцов, т - касательные напряжения, А -площадь контакта пары трения.
Поскольку касательные напряжения зависят от смазки и нормальных напряжений, из ф-лы (1) ясно, что при расчете численного значение коэффициента трения скольжения неважно, какое именно значение имеют нормальные напряжения, намного важнее точно определить это значение и точно зафиксировать соответствующие им касательные напряжения. Учитывая этот факт, устройство для закрепления неподвижной круглой пластины 3 через упорный подшипник 4 было установлено на весы 5 с пределом измерения 15000 г и погрешностью + 0,1 г.
Чтобы исключить погрешности тензометрического датчика, а также возможные погрешности при его тарировании, была использована схема определения крутящего момента трения, показанная на рис. 2 Усилие G, создаваемое крутящим моментом трения нитью 6 через блок 7, передается на гирю 8, которая установлена на весы 9. Численное значение силы G определяется как разность веса гири 8 и текущего показания весов 9. Момент трения M рассчитывался по ф-ле:
M = G * h,
где h - плечо силы G.
Численное значение касательных напряжений рассчитывали в зависимости от формы и размеров пятна контакта в паре трения. Результаты исследований показали, что погрешности при определении нормальных и касательных напряжений, а следовательно, и коэффициентов трения скольжения на усовершенствованной установке не превышают 0,1 %.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-38-50829 молнр.
Литература
1. Даровской Г. В. Совершенстование методики определения коэффициентов трения антифрикционных пар
на машинах трения типа «АМСЛЕР».: Автореф...дисс ... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2012. 20 с.
