ГЛАВА 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
2.1. Методики испытаний на износ
2.1.1. Однонаправленное трение. Трибохимические исследования при
однонаправленном трении скольжения проводили на установке 2070 СМТ-1 на воздухе
в диапазоне скоростей скольжения 0,3…3 м/с. Испытания проводились по схеме
«ролик-колодка» с номинальной площадью поверхности трения S=0,5см2. Поверхности
трения образцов и контртел перед испытанием шлифовались до Rа=1,25мкм. Стальные
образцы и контртела после изготовления и шлифовки размагничивались. С целью
исключения микрорезания, острые кромки контртел притуплялись до Rа=0,5мм. Перед
испытанием поверхности образцов и контртел промывались ацетоном (ГОСТ 2603-79)
и сушились в течении 2 часов при температуре 70°С. Износ оценивали весовым
способом, для чего образцы до и после испытания взвешивались на аналитических
весах марки ВЛА-200М с точностью до 0,00005г.
Испытания металлополимерных пар трения проводили на установке, выполненной на
базе машины трения модели 2101 ТП. Для определения триботехнических показателей
полимеров и проведения температурных испытаний в диапазоне 20…140°С проведена
модернизация узла трения и введена система нагрева. Трение 3-х штыревых
образцов из полимерного материала с общей площадью трения 0,2 см2
осуществлялось по торцевой поверхности неподвижного металлического диска.
Исследование химических реакций, протекающих в ходе трения, требует соблюдения
ряда методологических особенностей: обеспечение герметичности камеры с
расположенным в ней узлом трения, открытый доступ компонентов среды к
поверхности трения, небольшой объем камеры трения для повышения
чувствительности к изменению концентрации компонентов в ходе динамического
контактирования, минимальное газосодержание и химическая инертность материала
элементов конструкции узла и камеры трения.
Исходя из указанных требований, с целью изучения трибохимических реакций на
базе прибора КИИГА-2 [7] была создана специальная установка трения скольжения
со сменным узлом трения. Основные результаты исследований были получены на паре
трения, представляющей собой контакт трех неподвижных шаров по плоскости, то
есть контакт осуществлялся в точке практически с нулевым коэффициентом
перекрытия. Камера и все элементы конструкции были выполнены из нержавеющей
стали. Объем камеры составлял 135см3. В ней поддерживалось избыточное давление
ДР=2·104 Па. Камера с узлом трения оборудована системой термостатирования,
которая обеспечивала проведение испытаний при повышенных (до 473К)
температурах. Конструкция установки позволяла проводить исследования при
скоростях скольжения от 0,1 до 10 м/с и нагрузках (по Герцу) до 5·109 Па.
На рис. 2.1 изображена принципиальная схема установки с узлом трения. Перед
испытанием в камере создавалась необходимая по газосодержанию среда. В процессе
трения с интервалом времени до 2-3 мин. через пробоотборник (4) отбиралась
газовая или жидкая проба, которая анализировалась с помощью хроматографических
приборов «Газопром-3101», ЛХМ-80, ХТ-8 по стандартным и специально
разработанным методикам. Таким образом, непосредственно в ходе трения
определялись состав и изменение содержания (объема V) газовых компонентов
среды, которые служили основными характеристиками трибохимических реакций. По
кинетике трибохимических реакций, выраженной в координатах V=f(t), судили о
типах реакций, их скорости и глубине.
Установка позволяла также проводить испытания на паре трения
плоскость-плоскость. Для этого был спроектирован и изготовлен унифицированный
узел трения, в котором можно применять различные по форме и коэффициенту
перекрытия образцы.
а)
1 – узел трения; 2 – камера; 3 – крышка;
4 – пробоотборник; 5 – привод;
6 – манометр; 7 – температурный блок;
8 – устройство нагружения;
9 – упорный подшипник;
10 – нагревательный элемент;
11 – тензобалка
б)
в)
Рис. 2.1. Принципиальная схема (а) и внешний вид (б) установки трения
скольжения;
в – внешний вид узлов трения:
1 – шар-плоскость; 2 – плоскость-плоскость
Для трибохимических реакций важное значение имеет фактор времени, доступного
для их протекания между актами соприкосновения поверхности трения с
контробразцом. При обычных испытаниях изменение скорости скольжения достигается
варьированием частоты вращения (n), однако при этом происходит изменение и
времени контактирования (tконт) среды с материалом поверхности трения между
прохождением по ней неровностей сопряженного образца, - с увеличением n, tконт
снижается.
С целью определения влияния скорости скольжения на износостойкость материала
при постоянном времени контактирования была создана специальная установка
[280], которая отличалась от предыдущей конструкцией узла трения и объемом
камеры. Блок узла трения выполнен таким образом, что шары могут располагаться
на различных радиусах (рис. 2.2). Такое расположение шаров позволяет определять
параметры изнашивания при постоянном числе оборотов вала, то есть при
постоянной угловой скорости, следовательно, одинаковом времени контактирования,
но при различных скоростях скольжения (n=const; Rш=var; V=var).
На данной установке можно проводить испытания в диапазоне скоростей скольжения
0,22…10 м/с при tконт=const.
Для сравнительного анализа протекания трибохимических реакций в зависимости от
вида трения по характеру относительного движения исследования проводились также
на модернизованной установке трения качения КИИГА-1 [7] (рис. 2.3).
Применяемые установки трения были оценены на воспроизводимость полученных
результатов. Коэффициент вариации (относительная величина средней квадратичной
- Київ+380960830922