CC BY
3УДК 678.073/074:621.887:621.891 DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-167-170
РЕАЛИЗАЦИЯ ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО СХЕМЕ «ВАЛ-ВТУЛКА» НА СЕРИЙНОЙ МАШИНЕ ТРЕНИЯ
Ботвин Г.В., Тихонов Р.С., Петров Д.Д.
Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск E-mail: [email protected]
Аннотация. По результатам численных расчетов возвратно-вращательного движения вала температурное поле имеет колебательный характер по времени, что может негативно отразится на износостойкости материалов. В статье представлен способ реализации возвратно-вращательного движения вала серийно выпускаемой машины трения 2070 СМТ-1 для исследования износостойкости полимерных материалов по схеме «вал-втулка». Также предложен способ улучшения сигнала регистрации момента трения.
Ключевые слова: машина трения, износостойкость, возвратно-вращательное движение, схема вал-втулка, момент трения.
Полимерные материалы нашли широкое применение в технике, в авиации, в промышленности и т. д. С развитием материаловедения создаются различные антифрикционные полимерные материалы с небольшим коэффициентом трения, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью [1-3]. При замене антифрикционных материалов новым полимерным композиционным материалом, требуется проводить стендовые и эксплуатационные испытания. Поскольку полимерные материалы сплющиваются под большой нагрузкой и плохо отводят теплоту, их эксплуатируют при ограниченных нагрузках и скоростях [4]. Одним из распространенных на практике триботехнических испытаний материалов на трение и износ является испытание по схеме «вал-втулка». В большинстве машин трения испытания по такой схеме проводятся при вращательном движении вала. В то же время практический интерес представляет исследование материалов по схеме «вал-втулка» с возвратно-вращательным движением вала.
Расчеты показывают, что при таком движении вала температурное поле имеет колебательный характер по времени [5]. Осциллирующий характер изменения температуры во времени обуславливают колебательное изменение температурных деформаций и напряжений, что может негативно отразится на износостойкости материалов. Одними из основных характеристик цилиндрических сопряжений является момент трения, позволяющий повысить достоверность диагностирования технического состояния узла трения. В данной работе рассматривается реализация возвратно-вращательного движения вала в машине трения марки 2070 СМТ-1 с возможностью измерения момента трения от -Мтр до +Мтр.
Схема преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное представляет собой планшайбу, тягу и рычаг (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное
За основу установки была взята машина трения 2070 СМТ-1 с модулем трения для исследования износостойкости полимерных подшипников скольжения по схеме «вал-втулка» [6]. Блок машины нижним валом (ведомый вал) и модуль трения установлены так, чтоб ось ведомого вала находилась на 0,5 м правее и 0,5 м ниже оси привода нижнего вала машины трения (ведущий вал) (рис. 1). На ведущий вал машины трения установлена планшайба в виде стального диска толщиной 10 мм. На диске имеются отверстия, расположенные на разном расстоянии от центра для регулировки угла поворота ведомого вала (рис. 2). Через данные отверстия к планшайбе присоединена тяга преобразующая вращательное движение в возвратно-поступательное.
Рисунок 2 - Планшайба и тяга
Для преобразования возвратно-поступательного движения тяги в возвратно-вращательное движение ведомого вала рычаг одним концом соединяется, соответственно, с тягой, а другим концом с ведомым валом. В результате, возвратно-поступательное движение тяги преобразуется в возвратно-вращательное движение ведомого вала (рис. 3).
Рисунок 3 - Рычаг и рабочий вал
В работе [7] представлен способ модернизации аналогичного оборудования «машины трения СМЦ-2». В статье показано преобразование электронными устройствами аналоговых сигналов датчиков машины трения на нормированные сигналы. Нормированный сигнал обрабатывается при помощи АЦП Е14-440 с применением ПО PowerGraph и ПЭВМ. При этом по приведенным в статье графикам видно, что отношение уровня шума к сигналу не сильно отличается от единицы. Скорее всего это обусловлено устаревшим штатным шкафом управления.
Для устранения данного недостатка, дифференциальный магнитный датчик был заменен на тензорезисторный датчик на 20 кг, установленный в основании рычага, на месте крепления с ведомым валом, для преобразования значения момента трения в электрическое напряжение, регистрируемое аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) (рис. 4).
Рисунок 4 - Тензорезисторный датчик на 20 кг
Цифровой сигнал с АЦП поступает в последовательный порт компьютера, где может быть обработан различными ПО (рис. 5).
Рисунок 5 - Обработанный сигнал с АЦП
Схема нагружения образца описана в [6], а именно, коромысло одним концом закреплено на корпусе модуля трения, средней частью давит на обойму с испытуемым образцом в ней и на другом конце подвешен груз (рис. 6).
Рисунок 6 - Нагружение образца
Таким образом, на данной установке можно проводить исследования износостойкости
полимерных подшипников скольжения по схеме «вал-втулка» при возвратно-вращательном
движении вала. При испытаниях фиксируется частота вращения вала от 75 до 1500 мин-1, момент трения до 8 Нм и угол поворота вала от 5 до 20 градусов.
Список литературы
1. Шелестова В.А., Серафимович В.В., Горбацевич Г.Н., Гракович П.Н. Разработка антифрикционного композита Флувис // Вопросы материаловедения. 2003. № 3(35). С. 71-75.
2. Янковец Ж.Н. Исследование свойств антифрикционных полимерных композиционных материалов, армированных тканями // Ученые заметки ТОГУ. 2019. Т. 10, № 2. С. 435-439.
3. Захарычев С.П., Отмахов Д.В. Изготовление армированных антифрикционных эпокси-дофторопластов методом намотки // Вестник машиностроения. 2010. № 6. С. 41-46.
4. Петрова П.Н., Маркова М.А., Тихонов Р.С. Определение PV-фактора полимерного композита на основе политетрафторэтилена и углеродных волокон // Вестник машиностроения. 2024. Т. 103, № 4. С. 331-335.
5. Старостин Н.П., Тихонов Р.С. Тепловая диагностика трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения с возвратно-вращательным движением вала // Трение и износ. 2023. Т. 44, № 3. С. 252-260.
6. Герасимов А.И. Разработка методов и средств определения износостойкости полимерных антифрикционных материалов: дис. ... канд. техн. наук. Якутск, 2005. 125 с.
7. Федосов А.В., Иванов О.А., Галышев А.А., Безпальчук С.Н. Модернизация испытательного оборудования для проведения трибологических испытаний пар трения, применяемых в судостроении // Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на водном транспорте: труды V Международного симпозиума по транспортной триботехнике «Транстрибо 2013». Санкт-Петербург, 2013. С. 261-266.
