РОЗДІЛ 2
МЕТОД ВИПРОБУВАНЬ ПАР ТЕРТЯ НА ЗНОШУВАННЯ ЗА СХЕМОЮ ПЕРЕХРЕЩЕНИХ ЦИЛІНДРІВ
Підвищення надійності вузлів тертя можливе на основі адекватного математичного опису процесів зношування. Такий підхід передбачає обґрунтований вибір вихідних математичних моделей та достовірне визначення їх параметрів.
2.1. Визначення параметрів математичної моделі зношування
На основі аналізу умов роботи вузла тертя вибирається вихідна модель процесу зношування ?54?. З метою застосовності моделі в інженерній практиці вона повинна бути максимально простою. В даній роботі, в якості вихідної, застосовано однофакторну модель сталого зношування:
. (2.1)
Ця модель описує закон зміни інтенсивності зношування в залежності від контактного тиску. При застосуванні моделі (2.1) робляться допущення, що інтенсивність зношування залежить тільки від величини ?, а решта факторів є малозначимими і їх сукупна дія враховується коефіцієнтом kw.
2.1.1. Розв'язання зворотної зносоконтактної задачі. Параметри моделі зношування визначаються шляхом розв'язання зворотної зносоконтактної задачі, вихідними даними для якої являються результати лабораторних випробовувань на зношення матеріалів досліджуваної пари тертя, виконані за схемою "циліндр - циліндр" з перехрещеними під кутом 900 осями.
Умови контактування циліндрів наступні:
радіуси циліндрів, у загальному випадку, різні - ;
циліндри притискаються один до одного під дією постійного навантаження Q;
циліндр, який обертається - не зношується, нерухомий циліндр зношується;
за час випробовувань утворюється зношена площадка еліптичної форми, осі якої 2а і 2b періодично вимірюються; в результаті стають відомими експериментальні функції a(S), b(S);
Задача полягає у визначенні параметрів kw i m моделі (2.1) за відомими функціями a(S), b(S).
При розробці даного методу прийнято наступні допущення:
процес зношування нерухомого циліндру сталий;
контактуючі циліндри жорсткі, тобто відсутні пружні і пластичні деформації; із цього допущення випливає, що контактний тиск розподілений по площадці контакту рівномірно;
контактний тиск є основним фактором, який впливає на процес зношування, а сукупна дія решти факторів враховується коефіцієнтом kw;
площадка контакту настільки мала, що її можна вважати плоскою.
Площа еліпса визначається через одну піввісь і співвідношення радіусів:
.
При обробці експериментальних даних зручніше користуватись середнім розміром зношеної площадки, визначеного із умови рівності площі еліпса і площі приведеного круга:
, (2.2)
де .
Для визначення параметрів моделі сталого зношування необхідно отримати експериментальну залежність розміру аср площадки контакту циліндрів від шляху тертя. Така залежність може бути апроксимована з досить високою точністю, наприклад, степеневою функцією виду:
, (2.3)
де са, .?а - параметри апроксимації.
Умова нерозривності в контакті випливає з геометрії контакту і записується у вигляді:
, (2.4)
де uw- максимальне лінійне зношення;
- приведений радіус циліндрів.
Умова рівноваги в спряженні, при допущенні рівномірності розподілу контактного тиску, записана у вигляді:
, (2.5)
де ? - контактний тиск,
Q - навантаження в спряженні.
Після підстановки функції (2.3) в умову нерозривності (2.4) і в умову рівноваги (2.5) отримано:
, (2.6)
. (2.7)
Після підстановки рівностей (2.6) і (2.7) у рівняння (2.1) отримана модель сталого зношування у вигляді:
. (2.8)
З умови справедливості рівняння (2.8) при будь-яких значеннях шляху тертя випливає:
. (2.9)
З виразу (2.9) знаходиться значення параметра m моделі зношування:
. (2.10)
З виразу (2.7) знаходиться другий параметр моделі:
. (2.11)
Таким чином, з використанням залежності , яка отримується експериментальним шляхом при проведенні лабораторних випробовувань, за формулами (2.10), (2.11) визначаються параметри моделі (2.1).
2.1.2. Метод і результати лабораторних випробовувань на зношування за схемою перехрещених циліндрів. Метою проведення лабораторних випробовувань являється отримання достовірної функції розміру зношеної площадки від шляху тертя.
2.1.2.1. Опис дослідницької установки. Установка для лабораторних і модельних випробовувань повинна забезпечити виконання наступних вимог:
а) можливість реалізації процесу зношування втулок підшипників ковзання серійних вузлів тертя;
б) можливість зміни навантаження на вузол тертя;
в) можливість зміни відносної швидкості ковзання досліджуваних зразків;
г) можливість легкого монтажу та демонтажу досліджуваної втулки;
д) простота і точність визначення шляху тертя деталей спряження;
е) забезпечення автомоделювання некерованих факторів, які впливають на процес зношування;
ж) надійність установки повинна бути значно вищою досліджуваних спряжень;
з) простота конструкції і її безпечність;
к) вимірювання зношення втулки повинно здійснюватись, по можливості, без її демонтажу.
Існуючі стандартні машини тертя не відповідають ряду висунутих вимог і тому для проведення лабораторних та модельних випробовувань втулок стартерів була використана лабораторна установка ЗНМ-01, розроблена в Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький) і допрацьована нами для виконання завдань дослідження.
Установка створена на базі токарного станка особливо високої точності 16ТО3А. У шпиндель встановлюється вал або оправка, які при випробовуваннях виконують роль контртіла. Для виконання випробовувань на зношування за різними схемами установка укомплектована змінними навантажувальними пристроями. Випробовування за схемою перехрещених циліндрів здійснюються за допомогою навантажувального пристрою важільно