ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕНИЯ И ИЗНАШИВАНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕСТКОСТИ
Испытанию на жесткость в машиностроении подвергают детали, узлы и машины в целом. Жесткость определяется как отношение силы к перемещению в точках и направлениях, наиболее влияющих на работоспособность машины.
Испытания на жесткость проводят при статическом нагружении.
Используют внешнее нагружение с помощью испытательных машин растяжения-сжатия, или внутреннее нагружение, достигнутое винтовыми домкратами или гидравлическими цилиндрами. Нагрузки обычно измеряют динамометрами.
Для обеспечения точного направления и координат точки приложения сил на испытуемые детали в системе нагружения должны быть два шарнира (обычно в виде двух шариков или сфер, через которые нагрузка передается на динамометр и от динамометра на испытуемую деталь
Упругие перемещения в машинах складываются из собственных и контактных перемещений.
При испытаниях определяют упругие перемещения при ступенчато нарастающих и убывающих нагрузках и строят соответствующие графики.
При первом нагружении происходит выборка зазоров и пластические деформации микронеровностей, которые особенно существенны в условиях контакта по большой номинальной площади. Поэтому испытание ведут после двух-трех предварительных обжатий.
При испытаниях собственной жесткости обычно все измерения ведут от неподвижной базы, а при испытаниях контактной жесткости — преимущественно относительно сопряженной детали.
Испытание жесткости на металлических моделях требует очень больших нагрузок и весьма точных измерительных средств. Поэтому наиболее подходящим материалом для моделей является материал с малым модулем упругости, но относительно высоким пределом пропорциональности. Таким материалом является органическое стекло—плексиглас.
Исследования трения и изнашивания деталей машин относятся к числу наиболее актуальных, так как большинство машин и их деталей выходят из строя вследствие износа.
Исследования жидкостного трения включают в себя измерения сил или моментов трения, давления масла, толщины масляного слоя, температуры.
Силы и моменты трения определяют за счет уравновешивания нагруженной системы.
Давление масла в подшипниках можно измерять прецизионными манометрами. Наиболее широко применяют малоинерционные манометры в различном исполнении:
1- в виде упругой цилиндрической трубки, по поверхности которой намотано несколько витков проволочного датчика сопротивления или цилиндрической коробки, дно которой служит упругой мембраной (прогибы последней измеряют датчиками емкостными, индуктивными или сопротивления);
2- в виде полупроводникового датчика, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от давления.
Толщину масляного слоя измеряют, пользуясь общими методами измерения перемещений. Приближенную проверку возникновения жидкостного трения можно производить по скачкообразному изменению электрического сопротивления.
Температуру трущихся поверхностей измеряют термопарами или термометрами сопротивления, заделываемыми в деталь, как можно ближе к ее поверхности.
Объектами испытаний при исследования изнашивания являются образцы, детали и натурные машины.
. В соответствии с основными видами изнашивания испытания преимущественно производят на абразивное изнашивание и на схватывание.
Испытания на абразивное изнашивание деталей в условиях, близких к рабочим, являются длительными и сопровождаются частыми искусственными пусками и остановами, интенсифицированным режимом нагружения, или искусственным загрязнением. Испытания носят сравнительный характер.
Испытания на схватывание могут быть краткосрочными (минимальное время для одного испытания — время теплового цикла детали). Кратковременные испытания не отражают влияния абразивного износа деталей на схватывание.
Оценивают износ следующими способами:
- по изменению геометрических параметров тел: линейных размеров, формы и микрогеометрии (основные способы);
(Изменение геометрических факторов контролируется путем измерения новых линейных размеров или методом вырезанных лунок. Наиболее широко применяемый метод лунок заключается в том, что на изнашиваемую поверхность наносится постепенно суживающаяся неглубокая лунка. В результате даже небольшого износа длина лунки сильно уменьшается. По измеренному уменьшению длины лунки вычисляют глубину износа.)
- по уменьшению веса образцов (способ, пригодный только для малых образцов, не впитывающих масло);
- по количеству продуктов износа;
- по уменьшению радиоактивности активизированного поверхностного слоя;
- по снижению показателей работы узла, например, по увеличению утечек, расхода топлива (способ, применяемый только при наблюдении за износом в эксплуатации).
Для оценки износостойкости важно знать, как распределяется давление по трущимся поверхностям.
Для этого применяют:
1. Метод, основанный на измерении электрического сопротивления стыка, зависящего от фактической площади контакта и, следовательно, от давления. Одна из контактирующих деталей делается составной из жесткоскрепленных электроизолированных частей. Измеряется падение напряжения при прохождении через стык электрического тока;
2.Метод, основанный на измерении местных сближении. В одной из деталей сверлят отверстия, вставляют в них и поджимают винтами к сопряженной детали чувствительные элементы с наклеенными тензорезисторными датчиками. Датчики тарируют на давления в применении к данному качеству обработки и материалу контактирующих деталей;
3.Метод измерения переменных по времени давлений пьезоэлектрическим датчиком при сопряженной детали, обладающей пониженным модулем упругости. Давление передается датчику через упругую мембрану;
4.Метод основанный на способности ультразвуковых колебаний частично отражаться от поверхности стыков в зависимости от плотности контакта. Ультразвуковые колебания излучаются короткими импульсами н, отражаясь от стыка в виде эхо-сигнала, возвращаются и измеряются прибором..