CC BY
32
УДК: 621.893:822.5
В.А.КОХАНОВСКИЙ, Ю.А.ПЕТРОВ, М.А.МУКУТАДЗЕ, М.Х.СЕРГЕЕВА
КОНТРТЕЛА В ТРИБОСИСТЕМАХ С ФТОРОПЛАСТСОДЕРЖАЩИМ ПОКРЫТИЕМ
В работе приводятся результаты экспериментальных исследований параметров контртел, контактирующих с композиционными полимерными покрытиями. Ключевые слова: металлополимерные трибосистемы, материалы контртел, допустимая шероховатость, износостойкость.
Введение. В металлополимерных трибосистемах существенное влияние на ресурс оказывают характеристики контртел - металлических деталей, контактирующих с полимерным покрытием. Особенно значительно это воздействие в тяжелонагруженных парах трения с самосмазывающимися композиционными покрытиями на основе фторопластовых волокон [1].
Постановка задачи. В настоящее время строгое теоретическое решение задачи об оценке влияния природы и марки материала контртела на параметры трения и изнашивания не может быть реализовано. В связи с этим планируются экспериментальные исследования, которые позволяют установить зависимость характеристик рассматриваемого сопряжения от типа материала контртел и степени обработки их поверхности.
Методика. Экспериментальные исследования проводились на стенде с возвратно-качательным движением, выполненным на базе настольно-фрезерного станка модели НГФ.
Рис.1. Схема стенда
Шпиндель станка вращает кривошип 2 рычажного механизма, конечное звено 3 которого сообщает возвратно-качательное движение контртелу 1. Образцы 4 неподвижны. Нагрузка от динамометра растяжения марки ДПУ-0,5-2 (5) через рычаг 6 с соотношением плеч 1:10 передаёт усилие на образцы 4.
Момент трения измерялся тензорезисторами и фиксировался на автоматическом потенциометре Н338-611. Величина износа определялась индикатором часового типа.
Исследовались покрытия толщиной 0,53 мм на основе армирующего каркаса из шестиремизного неправильного атласа. Контртела, контактирующие с покрытием, изготавливались из следующих материалов: конструкционной стали 45, подшипниковой стали ШХ15, нержавеющей стали 1Х18Н9Т, бронзы БрАЖ9-4 и алюминиевого сплава Д16Т. Влияние шероховатости поверхности контртел исследовалось на валиках диаметром 14мм в диапазоне ^,=0,025 - 1,3 мкм на стенде с вращательным движением [2].
Все исследования проводились при величине средних (по проекции вала) контактных напряжениях 0 =50МПа и скорости скольжения V=0,083 м/с. Экспериментальные результаты обрабатывались методом наименьших квадратов.
Результаты исследований. Результаты экспериментальных исследований трибосистем с контртелами из различных материалов представлены в табл.1.
Таблица 1
Влияние природы материала контртела на параметры изнашивания
№ п/п Марка материала Приработочный износ, мм Средняя скорость изнашивания, X 103мм/час Интенсивность изнашивания X 10-9 Ресурс, час
1 Сталь 45 0,17 2,803 10,510 187,7
2 Сталь ШХ15 0,128 2,329 8,825 209,1
3 Сталь 14Х17Н2 0,35 3,603 13,653 136,0
4 Бронза БрАЖ9-4 0,158 2,320 8,792 216,8
5 Алюм.спл. Д16Т ... 0,010
Анализ данных (табл.1) показывает, что рассматриваемый класс покрытий не может быть использован в паре с алюминиевыми сплавами. Возможно причиной этого является низкая адгезия продуктов деструкции и переноса фторопласта к плёнке оксида алюминия, покрывающей контртело, а также абразивное действие оксидов алюминия.
Наибольшие, практически равные в пределах ошибки опыта, ресурсы имеют место в парах трения с контртелами из стали ШХ15 и бронзы БрАЖ9-4. Причём эти трибосистемы имеют и достаточно малые величины приработочных износов.
Наименьший ресурс при наибольшем приработочном износе характерен для нержавеющей аустенитной стали 14Х17Н2, что объясняется её низкой теплопроводностью [3], ведущей к перегреву зоны трения, особенно в период приработки, что отмечено и другими исследователями [4].
Таким образом, для исследованных материалов характерно существенное влияние на ресурс покрытия не только величины износа в стационарный период трения, но и в период приработки. Так, при наибольшей разнице ресурсов (нержавеющая сталь - бронза) в 37,3% приработочные износы в этих же парах трения разнятся на 54,9%. Последнее обстоятельство указывает возможное направление изыскания дополнительных резервов износостойкости в результате оптимизации процесса приработки.
Исследование влияния шероховатости поверхности контртел на параметры рассматриваемых пар трения проводились при тех же режимах. Результаты этих экспериментов приведены в табл.2.
Таблица 2
Влияние шероховатости поверхности контртела на параметры трения и изнашивания
№ п/п Шероховатость Ка, мкм а- 1 ^ * £ Коэффи- циент трения Интенсивность изнашивания X 109 Скорость изнашива- ния X 103мм/час Ресурс X 10- 6час
1 0,025 365,3 (92,3) 0,034 4,726 1,63 2,060
2 0,160 385,3 (112,3) 0,037 7,299 2,37 1,380
3 0,630 392,3 (119,3) 0,043 18,162 5,77 0,590
4 0,900 393,3 (120,3) 0,047 32,125 10,20 0,342
5 1,300 395,3 (122,3) 0,049 1708,793 517,91 0,007
Обработка результатов экспериментальных исследований позволила получить регрессионные модели вида:
^=1,618 X 10-3е2,038ка ; (1)
1=4,77 X 10-9 е2Д51ка ; (2)
[3=2,045 X 106 е -1'988ка , (3)
где Vи - средняя скорость изнашивания (мм/час); I - интенсивность изнашивания; К -ресурс (цикл).
Все зависимости нелинейны, их графики представлены на рис.2. Использованы полулогарифмические координаты в связи со значительными изменениями Ка.
0,044
0,037
393
378
й,
ХЩ-В
ЦИКЛ.
0,7
Г
ХЮ-Э
24
2 ^ Допзстимый ЭРОВЕНЬ \ /
ШЕРОХОВАТО сти
3 к У /
Г/7 VI ч \ \
:/
0,04 0,06 0,08 0,1
0,4 0,6 0,8 1,0 Яа,м>
Рис.2. Влияние шероховатости контртела на параметры металлополимерной трибосистемы с композиционным покрытием: 1 - интенсивность изнашивания; 2 - ресурс; 3 - температура; 4 - коэффициент трения
Анализ зависимостей (1-3) свидетельствует о высокой чувствительности всех исследованных параметров выхода к изменению шероховатости контртел. Полученные результаты позволяют установить предельно допустимую величину среднего арифметического отклонения профиля поверхности деталей, контактирующих с рассматриваемыми композиционными, равную 0,6 мкм.
Столь существенное влияние шероховатости контртел может быть объяснено ростом температуры, резко снижающим прочностные характеристики покрытия, и механическим разрушением ослабленных температурой поверхностных моноволокон во фторопластовых нитях [5]. Кроме того, значительная шероховатость затрудняет фрикционный перенос фторопласта на контртело и адгезионное закрепление на нём фрагментов переноса, обеспечивающих смазочное действие.
Интересным фактом является одновременный рост температуры (см. рис.2, кривая 3) и коэффициента трения (см. рис.2, кривая 4). Это связано с более интенсивным ростом деформационной составляющей силы трения, превышающим температурное снижение адгезионных и прочностных свойств полимерного покрытия[5], вызванное ростом шероховатости контртела.
Выводы. 1. Установлены марки ряда конструкционных материалов, обеспечивающих наиболее высокие ресурсы в трибосопряжениях с полимерным композиционным покрытием, а также материалы трибологически несовместимые с ним.
2. Доказано наличие рационального диапазона шероховатости контртел в металлополимерных трибосистемах с композиционным покрытием, обеспечивающего их работоспособность, и установлена предельно допустимая величина среднего арифметического отклонения профиля, равная 0,6 мкм.
Библиографический список
1. Кохановский В.А., Бородин Е.А. Прогнозирование ресурса трибо-систем // Проблемы конструкторско-технологической подготовки производства сельскохозяйственного машиностроения: Сб. науч. тр. - Ростов н/Д: РГАСХМ, 1999. - С.236-248.
2. Кохановский В.А., Петров Ю.А. Эволюция контактных параметров металлополимерных трибосистем// Вестник ДГТУ. - 2004.-Т.4. - №3(21). - С.332-337.
3. Таблицы физических величин: Справочник. / Под ред. И.К.Кикои-на. - М.: Атомиздат, 1976. - 1006 с.
4. Синатров А.Н., Смуругов В.А., Савкин В.Г. К механизму фрикционного переноса и самосмазывания ПТФЭ// Трение и износ. - 1991. - Т.12. - №6. - С.1023-1027.
5. Колесников В.И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах. - М.: Наука, 2003. - 279 с.
Материал поступил в редакцию 30.03.07.
V.A. KOHANOVSRY, U.A. PETROFF, M.A. MUKUTADZE, M.H.SERGHEEVA
THE RIDERS FOR FRICTION PAIRS WITH FLUOROPLASTIC BASED COVER
Results of experimental investigations of the riders parameters considered. The riders contact with the samples covered by metal-fluoroplastic.
КОХАНОВСКИЙ Вадим Алексеевич (р. 1939), профессор (1997) кафедры «Технология конструкционных материалов» ДГТУ, доктор технических наук (1995). Окончил технологический факультет РИСХМа (1962).
Область научных интересов - трение и изнашивание, идентификация три-босистем, их надёжность.
Автор более 120 научных публикаций.
ПЕТРОВ Юрий Александрович (р. 1938), доцент кафедры «Технология конструкционных материалов» ДГТУ (1992), кандидат технических наук (1990).
Автор более 50 научных работ в области трения и изнашивания высокотемпературных покрытий.
МУКУТАДЗЕ Мурман Александрович (р. 1963), доцент кафедры «Высшая математика 2» РГУПСа (2000), кандидат технических наук (1995). Окончил механико-математический факультет РГУ (1985).
Область научных интересов - трение в условиях гидродинамической смазки.
Автор более 20 научных публикаций.
СЕРГЕЕВА Марианна Христофоровна, доцент кафедры «Управление качеством» ДГТУ (1995), кандидат технических наук (1986). Окончила РИСХМ.
Автор более 50 научных публикаций в области надежности работы узлов трения.
