Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності 132 "Матеріалознавство"

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності 132 "Матеріалознавство"




Сторінка2/4
Дата конвертації24.05.2017
Розмір0.84 Mb.
ТипМетодичні вказівки
1   2   3   4

Лабораторна робота №3



Тема: МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ В ЗОНІ ТЕРТЯ

Мета: Ознайомитися з методами вимірювання температури в зоні трибоконтакту під час трибовзаємодії.
Теоретичні відомості:

Безпосереднє вимірювання температури як фізичної величини є неможливим.

Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.
У зв'язку з цим визначення температури здійснюється завдяки її перетворенню в іншу фізичну величину, яка піддається кількісній оцінці.

При вимірюванні температур поверхонь тертя найбільшого поширення набули контактні термоприймачі (термопари).

Найбільшого застосування набули штучні термопари. В них термометричним параметром є термоелектрорушійна сила. Термопари вимірюють температуру в діапазоні від -100 до 2500°С з точністю ±(0,1...25°С).

Одним з недоліків такого роду термопар є їх інерційність. на яку впливає матеріал термоприймача, його форма і розміри. Зі зменшенням розмірів гарячого спаю термопари точність вимірів підвищується. Суттєвим недоліком штучних термопар є те, що вони не дозволяють заміряти температуру безпосередньо поверхонь тертя.

У літературі є дані про те, що хромель-алюмелева термопара здатна реєструвати зміну температури в тисячні долі секунди.

Практично безінерційною с природна термопара. Це забезпечується тим, що її спай нагрівається від джерела, яке знаходиться в самому спаї. Електродами такої термопари є самі елементи пари тертя. Недоліком природної термопари є складне її градуювання, яке здійснюється штучною термопарою. Використання природної термопари можливе в тому випадку, коли контурна площа контакту близька до номінальної.

Похибки вимірювань можуть бути викликані скачками струмів, які обумовлені спалахами температур і порушенням контакту при ковзанні.

Для визначення температур біля поверхні тертя, а також температурних градієнтів в більш тонких об'ємах матеріалу, ніж у випадку штучної термопари, застосовується метод напівштучної термопари. Напівштучна термопара немає постійного гарячого спаю. В даному методі термоелектрорушійна сила замірюється між одним з елементів пари тертя і привареним до нього електродом, який виготовлений з іншого матеріалу.

Недоліком цього методу, як і методу природної термопари, є складність градуювання і те, що можна вимірювати температури тільки металевих матеріалів.

Для вимірювання температур використовують також і термометри опору.

Термометрі́я (від termos - температура і metros - вимірювання) - розділ прикладної фізики, присвячений розробці методів і засобів вимірювання температури. Термометрія є також розділом метрології, в її завдання входить забезпечення єдності і точності вимірювань температури: встановлення температурних шкал, створення еталонів, розробка методик градуювання та повірки приладів для вимірювання температури.

Орієнтовно про температуру тертя можна судити за допомогою легкоплавких індикаторів температури, кольорів мінливості, термофарб.

Б.Г. Костецький розробив структурний метод дослідження температур при терті. Суть цього метод)- полягає в тому, що про величину температури судять по структурних змінах і мікротвердості матеріалів.

Перспективним напрямком розвитку методів виміру температури при терті є використання апаратури, принцип роботи якої грунтується на реєстрації теплового випромінювання нагрітих поверхонь. Основною перевагою такого методу є дуже низька інерційність. Так, постійна часу сучасних фотоопорів, які використовуються в ролі перетворювачів, рівна 10-6 ... 10-7 с.

Вперше температура тертя по інфрачервоному випромінюванні реєструвалась Ф.

Постійна часу - характеристика експоненціального процесу, що визначає час, через який амплітуда процесу впаде в «е» раз.
Теплове випромінювання - це електромагнітне випромінювання, що створюється тепловим рухом заряджених частинок в речовині. Вся матерія з температурою вище абсолютного нуля випромінює теплове випромінювання.
Інфрачерво́не випромі́нювання (від лат. infra - нижче, скорочено ІЧ) - оптичне випромінювання з довжиною хвилі більшою, ніж у видимого випромінювання, що відповідає довжині хвилі, більшій від приблизно 750 нм.
П Боуденом. Інтенсивність випромінювання замірялась за допомогою сірчано-свинцевого фотоелементу. Зразок, що обертався, був виготовлений з прозорого матеріалу.

Термовізуальний метод виміру температур при терті. Суть методу полягає в реєстрації інфрачервоного випромінювання об'єкта дослідження і наступному перетворенні випромінювання в електричні сигнали, чи в видиме зображення. У процесі променевого теплообміну беруть участь лише тонкі поверхневі шари. Для провідників така товщина шарів має порядок 1 мкм. Тому теплове випромінювання для твердих тіл можна розглядати як поверхневе явище.

Блок-схема тепловізора показана на рис. 3.1. Тепловізійна установка складається з оптичної головки і відео-контрольного пристрою амплітудного індикатора і індикатора яскравості. Інфрачервоне випромінювання поверхні тертя системи дзеркал оптичної установки фокусується на чутливий шар фотоприймача (фотоопору), який перетворює інфрачервоне випромінювання в електричні сигнали.

Електричні сигнали, що підсилені попереднім підсилювачем і відеопідсилювачем, модулюють яскравість променя електронно-променевої трубки індикатора яскравості.

Електро́нно-промене́ва тру́бка, кінескоп - електронний прилад, який має форму трубки, видовженої (часто з конічним розширенням) в напрямку осі електронного променя, що формується в ЕПТ. ЕПТ складається з електронно-оптичної системи, відхиляючої системи і флуоресцентного екрана або мішені.
На екрані індикатора яскравості утворюється растр телевізійного типу (теплограма), оптична густина на якій пропорційна інтенсивності інфрачервоного випромінювання ділянки поверхні тертя.

Паралельно електричні сигнали надходять на екран амплітудного індикатора, на якому найбільшій інтенсивності випромінювання відповідає максимальне значення амплітуди електричного променя.

Фотоприставки дозволяють проводити синхронну зйомку амплітудного зображення і зображення яскравості. Точна наводка на об'єкт проводиться фокусуванням оптичної системи прийомного пристрою.

Рис. 3.1. . Блок-схема тепловізійної установки: 1 - плоске дзеркало; 2 – параболічне дзеркало; 3 – фотоопір; 4 – охолоджуючий пристрій (рідкий азот); 5 – попередній підсилювач; 6 – скануючий пристрій по кадрах; 7 – скануючий пристрій по рядках; 8 – генератор кадровоїрозгортки; 9 – вузол формування і змішування рядкових і кадрових гасячих імпульсів; 10 – відеопідсилювач; 11 – генератор рядкової розгортки; 12 – електронно-променева трубка; ІЗ – вузол синхронізації роботи затвора фотоапарата; 14,15 – фотоприставки; 16 – електронно-променева трубка амплітудного індикатора.


Дослідження надійності вузлів тертя машин та розробка рекомендацій щодо підвищення їх надійності на основі методу паспортизації. Для розробки ефективних заходів з підвищення надійності пар тертя машин необхідно мати інформацію про найбільш слабі та вразливі вузли, які обмежують надійність машини.

В основу діагностики технічного стану деталей тертя покладено метод паспортизації, який базується на оптимізації процесів, що проходять при терті і зношуванні матеріалів. Він дозволяє встановити причинні зв'язки, пояснити протікання цих процесів, класифікувати їх і розробити методи управління ними.

Крім того, паспортизація пар тертя дає можливість одержати повне уявлення про вплив матеріалу деталей, спосіб його обробки, зовнішніх механічних дій. змазки і середовища на якісні і кількісні характеристики зношування деталей машин.

Метод паспортизації застосовується при наукових дослідженнях, розробці, виробництві, експлуатації та ремонті машин і механізмів.

Деталі машин - базова технічна дисципліна, в якій вивчають методи, правила і норми розрахунку та конструювання типових деталей і складальних одиниць машин. Синтезуючи досягнення математичних і технічних наук з результатами лабораторних досліджень і практики застосування різних машин, ця дисципліна є теоретичною основою машинобудування і у першу чергу такої важливої складової машинобудування, як інженерне проектування.
Нау́ка - сфера діяльності людини, спрямована на отримання (вироблення і систематизацію у вигляді теорій, гіпотез, законів природи або суспільства тощо) нових знань про навколишній світ. Основою науки є збирання, оновлення, систематизація, критичний аналіз фактів, синтез нових знань або узагальнень, що описують досліджувані природні або суспільні явища та (або) дозволяють будувати причинно-наслідкові зв'язки між явищами і прогнозувати їх перебіг.
При проведенні паспортизації складається технічний паспорт вузла тертя.

Структура паспорта включає в себе такі групи факторів, які характеризують: стан деталей пар тертя нових або відремонтованих; умови тертя; протікання процесів зношування і пошкодження; міроприємства (рекомендації) по підвищенню зносостійкості.

Перша група факторів включає дані, які характеризують матеріал і поверхні тертя досліджуваних деталей після їх виготовлення і ремонту.

Основними з них можуть бути:

1. Вид матеріалу (сталі і сплави на основі заліза, кольорові метали і сплави, полімери, неметалічні матеріали).

Кольоро́ві мета́ли - це промислова назва всіх металів, крім заліза та елементів його групи. Зазвичай ознакою кольорового металу був його специфічний колір, відмінний від темно-сірого, наприклад, білий (алюміній, срібло), жовтий (золото), червоний (мідь) тощо.

2. Загальні характеристики матеріалу, його фізичні, хімічні і механічні властивості (границя міцності, границя текучості, твердість, в'язкість, теплопровідність та ін.

Грани́ця пли́нності (англ. yield strength, yield point) - в прикладній механіці визначається як напруження σт в матеріалі, при якому він починає деформуватися пластично. Спочатку, при менших навантаженнях матеріал деформується пружно, тобто він може відновлювати свою форму після зняття навантаження.
),

3. Геометричні характеристики деталей (розміри поверхонь тертя, точність, зазори в парі та ін.).

4. Геометрія контакту (площина-площина, циліндр-циліндр, конус-конус, сфера-сфера, гвинт-гайка, площина-конус, циліндр-площина, сфера-площина та ін.).

5. Види і режими обробки поверхонь (метод механічної обробки, деформаційне зміцнення, електромеханічна обробка, хіміко-термічна обробка тощо).

Деформаційне зміцнення або накле́п - зміна структури і, отже, властивостей металів (сплавів), спричинювана їхнім пластичним деформуванням.
Механі́чна обро́бка - обробка заготовок із різних матеріалів за допомогою фізичної дії різної природи з метою створення виробу за заданими розмірами або проміжної заготовки для подальших технологічних операцій.
Хі́міко-термі́чна обро́бка (ХТО) - це вид термічної обробки, що полягає в поєднанні термічного та хімічного впливу з метою зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару металевого матеріалу.

6. Характеристики якості поверхонь тертя (шорсткість, мікротвердість, покриття, структура поверхні і матеріалу в січенні).

До цього розділу можуть додаватися макро- і мікрофотографії поверхонь і структури матеріалу, або їх ескізне зображення, дані про мікротвердість поверхонь тертя і січення матеріалу, профілограми та ігт.

Друга група факторів несе інформацію про режими тертя деталей. В паспорт вносяться дані, які характеризують:

1. Характер відносного переміщення (обертальне, поступальне, зворотньо-поступальне).

2. Тип тертя (кочення, ковзання, вертіння, кочення з прокочуванням).

3. Характер навантаження (притискне навантаження, постійне, плавно-змінне, ступінчате, ударне та ін.).

4. Режими і умови тертя (діапазон навантаження в контакті, діапазон відносних швидкостей переміщення, діапазон температур).

5. Вид змащення (без змащення, граничне, напіврідинне, рідинне, тверде покриття).

6. Характер системи змащування (циркуляційна, капель на, ф і тільна та ін.).

7. Характер оточуючого середовища (повітря, вакуум, агресивні середовища, абразивне середовище).



Третя група факторів розкриває триботехнічні характеристики вузла тертя, зміну структури і властивостей матеріалів пари тертя.

У паспорт вносяться дані про тертя та зношування деталей (швидкість зношування, зміна геометрії деталей і поверхонь тертя, шорсткість зношеної поверхні, структурний стан поверхневих шарів матеріалу), встановлюється домінуючий вид зношування поверхонь тертя.

У додатку до даної групи додаються фотографії зношених деталей і поверхонь тертя або їх ескізне зображення, мікротвердість поверхневих шарів деталей.

Четверта група включає в себе рекомендації і заходи по підвищенню зносостійкості та надійності досліджуваної пари.

Рекомендації можна поділити на такі три групи:

1. Конструкційні (зміна конструкції вузла, матеріалів пари, системи подачі змазки та ін.).

2. Технологічні (заміна методів і способів обробки, шорсткості поверхонь та ін.).

3. Експлуатаційні (зміна марки мастила, періодичності заміни фільтрів, рекомендації по регламентному обслуговуванні та ін.), В додатку до паспорта наводяться графіки, діаграми, таблиці, схеми, фотографії та інше.
Прилади та матеріали:

Машина тертя СМЦ-2, динамометр, зразки досліджуваних матеріалів, шліфувальний папір, рідини для промивання і знежирення поверхні, термопара.


Порядок виконання роботи:

  1. Ознайомитись з конструкцією та схемою вимірювання сили тертя на машині СМЦ-2.

  2. Вивчити будову приладу, регулювання та порядок виконання вимірювань.

  3. Провести вимірювання інтенсивності зношування запропонованих матеріалів.

  4. Провести вимірювання температури в зоні трибоконтакту за допомогою термопари.


Контрольні запитання

  1. Які є методи вимірювання температури при терті?

  2. Які особливості термовізуального методу вимірювання температури при терті?

  3. Для чого проводять паспортизацію пар тертя?

  4. Що входить в структуру паспорта?

  5. Які є рекомендації та заходи по підвищенню зносостійкості та надійності трибопари?


Лабораторна робота №4
Тема: МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ЗНОШУВАННЯ

Мета: Ознайомитися з методами вимірювання інтенсивності зношування. Навчитись визначати лінійну та масову інтенсивність зношування.
Теоретичні відомості:

Зношування тіл трибопар характеризується кількістю відділеного з їх поверхонь матеріалу. Однак ця характеристика не завжди адекватно відображає результат процесу зношування. Так, при пластичному деформуванні одного з елементів пари тертя кількість відділився матеріалу може бути близьким до нуля, а зношування – досягати гранично допустимих значень.

Пласти́чна деформа́ція (англ. plastic strain) - складова залишкової деформації, що не викликає зміни об'єму.
У цьому випадку більш ефективно вимір лінійних розмірів тіл тертя. При ерозійному, кавітаційному і втомному зношуванні можлива ситуація, коли такі інтегральні характеристики, як зміна маси або лінійних розмірів тіл тертя незначні, а поверхні тертя покриваються густою сіткою тріщин, заглиблень, смуг ковзання. Тут необхідно застосування методів якісної оцінки руйнування поверхонь тертя. Таким чином, очевидна необхідність використання різних методів залежно від виду зношування і тривалості випробувань. Найбільш широко відомі методи оцінки зносу тіл тертя подано нижче.



Методи зважування і визначення лінійних розмірів тіл тертя. Ця група методів є найбільш поширеною, оскільки їх реалізація не вимагає застосування складного обладнання. Зношування обумовлене різницею мас або лінійних розмірів досліджуваного зразка до і після випробувань.

Метод зважування. Зношування визначається за результатами обчислення маси зразка до і після трибовипробувань. По втраті маси зразком в процесі тертя встановлюють інтенсивність або швидкість зношування. Як правило, маса віддалився матеріалу мала в порівнянні з масою випробуваного зразка, тому для зважування використовують високоточні аналітичні ваги. Метод широко розповсюджений, простий в реалізації, однак має ряд недоліків. Це низька точність вимірювання при дослідженні матеріалів в рідких середовищах, оскільки втрата маси при терті компенсується насиченням зразка вологою. Застосування методу малоефективне в стендових і натурних випробуваннях (необхідна розбирання вузла тертя), при пластичному деформуванні поверхневого шару і малої інтенсивності зношування. Не забезпечується можливість безперервної реєстрації зносу в процесі випробувань. Істотний вплив на результати випробувань можуть надати зміна температури зразка і точність його повторної установки у вузол тертя при періодичної реєстрації втрати маси.

Метод вимірювання лінійних розмірів тіла трибопари. Найбільш простим і поширеним варіантом цього методу є періодичне вимірювання лінійних розмірів зразка в процесі досліджень. Зазвичай про величину зношування тіла судять по висоті зношеного шару, який визнають за зміною товщини досліджуваного зразка за заданий період випробувань. Вимірювання здійснюють за допомогою мікрометрів, мікрометричних нутромірів, індикаторів, оптиметрів та іншого вимірювального інструменту. Цьому методу притаманні ті ж недоліки, що й методу зважування, за винятком першого. Застосовується він у дослідженнях, що не вимагають високої точності вимірювання.

Безперервне вимірювання лінійних розмірів тіл пар тертя в процесі зношування здійснюється за допомогою індуктивних, ємнісних, тензометричних та інших датчиків, вимірювальний елемент яких постійно знаходиться в контакті з зношуються тілом і фіксує його переміщенню відносно нерухомою бази. Цей метод досить ефективний, оскільки дозволяє отримати безперервну інформацію про кінетику зношування трибосистеми. Основний недолік його в тому, що на точність вимірювань роблять істотний вплив завжди мають місце биття валу і теплове розширення нагрівального при терті тіла. Внесок цих факторів у вимірювальну величину може перевищувати сотні відсотків. Облік биття валу і вібрацій зразків досягається шляхом застосування аналогових фільтрів і інтеграторів або використання схеми з дискретною фіксацією зношування шляхом прив'язки відліку датчика до фіксованої крапці поверхні тертя обертового контртіла.


Рис. 4.1. Схема вимірювання лінійного зношування тіл тертя


Виключити з показань датчиків переміщення, обумовлені тепловою деформацією і биттям, можна за допомогою пристрою з адаптувальною базою відліку, розробленого в ІММС HAH Б (рис. 4.1). Датчик переміщення 1 жорстко закріплений на обоймі 2, що є тримачем досліджуваного зразка 3. Таке розташування датчика дозволяє виключити вплив биття вала 4 і контртіла 5 на його свідчення. Для обліку теплової деформації зразка до його бічної поверхні за допомогою пружини притискається тіло 6, виконане з того ж матеріалу і розташоване на нерухомій теплоізолювальній пластині 7. При тепловому розширенні зразка тіло 6 також розширюється, що викликає зсув щупа 8 датчика. У міру зношування зразка корпус датчика зміщується щодо щупа. Виникаючий при цьому сигнал підсилюється підсилювачем 9 і реєструється записуючим пристроєм 10. Даний метод безперервної реєстрації зношування володіє рядом переваг в порівнянні з методами зважування або періодичного виміру лінійних розмірів. Недолік його в тому, що в процесі випробувань реєструється сумарний знос зразка та контртіла.

Метод штучних баз, вирізаних лунок. В основу методу покладена ідея визначати лінійний знос за результатами періодичного вимірювання лінійних розмірів штучної бази (ГОСТ 16524-72) звужуючого заглиблення заданого профілю, реалізовані на спрацьовується поверхні. Поглиблення може бути виконано шляхом вдавлення алмазної піраміди, тоді товщина зношеного шару:

де D1, D2 – довжина діагоналі відбитка відповідно до і після зношування; k'- коефіцієнт пропорційності, що залежить від кута при вершині піраміди.

При використанні конічного індентора:

де r1, r2 – радіуси відбитка відповідно до і після зношування; α – кут при вершині конуса.

В якості штучної бази використовують також конічні заглиблення, отримані свердлінням.

Суть методу вирізаних лунок (ГОСТ 27860--88) полягає в наступному. На поверхні тертя зразка алмазним різцем, обертаючим навколо осі, паралельної напрямку відносного переміщення тертьових тіл, вирізують лунку довжиною L. Виконуються кілька проходів алмазного різця при подачі 2-3 мкм/об. Після цього здійснюють доведення поверхні тертя для виключення напливів пластично деформованого матеріалу на краях лунки і проводять випробування. Після кожного етапу зношування зразка вимірюють довжину лунки. Для плоских поверхонь тертя і при розташуванні лунки уздовж твірної циліндричної поверхні знос обчислюють за формулою:



де L1 – довжина лунки після зношування; Ru – радіус звернення різця.

При розташуванні лунки перпендикулярно до твірної циліндра радіусом R формула для визначення зносу має вигляд:

Знак "плюс" підставляють у формулу для розрахунку зносу при зовнішньому контакті циліндрів, а знак "мінус" – при внутрішньому.

З метою зменшення похибок, які вносяться до процесів тертя і зношування штучної базою, застосовують профілографірування поверхні тертя досліджуваного зразка (ГОСТ 27860-88). Для цього до випробувань на поверхні тертя наносять відбиток за допомогою Мікротвердоміри глибиною в кілька мікрометрів і знімають з цієї ділянки поверхні профілограму до (рис. 4.2, а) і після (рис. 4.2, б) випробувань на знос. За зміною глибини відбитка Δh судять про величину зношування випробувального тіла.


Рис. 4.2. Оцінка твердого тіла профілографуванням поверхні тертя
Якщо поверхня зразка більше поверхні тертя сполученого з ним контртіла, то за межами доріжки тертя зразка наносять два відбитка, а профілографування про-водять перпендикулярно до напрямку ковзання контртіла. У цьому випадку відбитки не вносять похибки в процес зношування тіл тертя. Про знос судять по відстані між середніми лініями профілів зношеної і незношеного поверхонь, якщо зношування Δh>Rz. В іншому випадку знос визначають як різницю між відстанями від точок профілів зношеної і незношеного поверхонь до базової лінії.

До недоліків методу можна віднести неможливість безперервної реєстрації зношування в процесі випробувань, необхідність розбирання вузла тертя для здійснення вимірювань, вплив місцевої пластичної деформації на розміри штучної бази та інтенсивність зношування прилеглих областей, а отже, і на точність вимірювання.



Фізичні методи вимірювання зносу. Фізичні методи дослідження зносу засновані на реєстрації змін інтенсивності випромінювання, амплітудних або частотних характеристик в процесі зношування зразка.

Магнітометричний метод. Заснований на явищі виникнення електромагнітного випромінювання придеформування металів. Суть методу полягає в наступному (рис. 4.3). Магнітометричний зонд 1 (індуктивний датчик) встановлюється в безпосередній близькості від зони контакту зразка 2 та обертового контртіла 3 і жорстко закріплюється з обіймою 4. Магнітна компонента електромагнітного випромінювання, виникаючого при деформуванні поверхневих шарів контактуючих тіл, реєструється зондом. По мірі зношування зразка зонд опускається нижче межі розділу тіл тертя, і реєструюча ним їм напруженість магнітного поля буде зменшуватися.
Св́ітло - електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×1014 - 4×1014 Гц), тобто з довжиною хвилі від 390 до 750 нанометрів.
Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) - взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле а також, процес утворення вільного електро-магнітного поля при нерівномірному русі та взаємодії електричних зарядів.
Напру́женість магні́тного поля - векторна характеристика, яка визначає величину й напрям магнітного поля в даній точці в даний час.
Знаючи закон розподілу на-напруженості магнітного поля в околицях тіл тертя, можна судити про кінетику зношування цих тіл.

Н
Рис. 4.3. Схема реалізації магніто-метричного методу


едоліками методу є низька точність вимірювання зношування, обумовлена нелінійною залежністю напруженості магнітного поля від відстані до джерела випромінювання, і неможливості врахування впливу теплового розширення тіл тертя на результати вимірювань.

Метод радіоактивних ізотопів, або метод поверхневої активації (ГОСТ 23.
Закон розподілу ймовірностей - це поняття теорії ймовірностей, яке для дискретної випадкової величини показує множину можливих подій з ймовірностями їхнього настання.
Радіонуклі́д - атом з нестійким ядром, що характеризується додатковою енергією, яка доступна для передачі до створеної радіаційної частинки, або до одного з електронів атома в процесі внутрішньої конверсії.
209-79, ГОСТ 27860-88). Метод заснований на зміні інтенсивності випромінювання зразка, в який введені радіоактивні ізотопи, у міру його зносу. Перед випробуваннями зношується зразок активують шляхом: введення радіоактивних ізотопів при виготовленні зразка (плавці, пресуванні, лиття тощо.); імплантації ізотопів в поверхневий шар зразка; активації ядер одного з основних компонентів матеріалу, наприклад шляхом опромінення нейтронами; нанесення радіоактивних покриттів на торцеву поверхню зразка, прилеглу до поверхні тертя; введення радіоактивних вставок-свідків. Потім вимірюють, наприклад за допомогою багатоканальних аналізаторів імпульсів, початкову радіоактивність зразка і визначають її зміна в процесі зношування. За зменшенням інтенсивності випромінювання можна розрахувати знос матеріалу зразка в процесі стирання.

Втрату маси зношуються зразком можна оцінювати також за результатами аналізу інтенсивності випромінювання продуктів зношування, які містять відповідну їх масі і розподілу по товщині зразка кількість радіоактивних ізотопів. Це завдання вирішується також за результатами вимірювань інтенсивності випромінювання проб олії, що містить продукти зношування.

Метод застосуємо як для періодичного, так і для безперервного контролю зносу елементів вузлів тертя в лабораторних, стендових і натурних випробуваннях. Його реалізація не вимагає періодичної розбирання вузла тертя, що вносить похибка в випробування через можливі неточності повторної установки і фіксації елементів вузла тертя. Порівняно низька точність методу пов'язана з нерівномірним розподілом радіоактивних елементів але товщині зношувального тіла.

Радіоакти́вність (від лат. radio - «випромінюю» radius - «промінь» і activus - «дієвий») - явище мимовільного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.
Цей розподіл оцінюється, як правило, розрахунковим шляхом і не завжди відповідає реальному. Метод радіоактивних ізотопів вимагає застосування дорогого устаткування, спеціальних заходів захисту і відноситься до розряду трудомістких.

Акустичний метод. Призначений для якісного контролю стану вузла тертя. Контроль може здійснюватися безперервно, не вимагає розбирання досліджуваного об'єкта, можливе застосування для діагностики будь-яких трибосистем незалежно від матеріалів, з яких вони виготовлені.

Розрізняють активні і пасивні акустичні методи. Активні методи засновані на збудженні і прийомі акустичних і ультразвукових хвиль спеціальними перетворювачами. Про стан вузла тертя судять по параметрах пружних хвиль, що пройшли через досліджуваний вузол тертя.

Пружні хвилі - збурення, що поширюються в твердих, рідких і газоподібних середовищах. При поширенні хвилі не відбувається переносу речовини. Частинки її коливаються поблизу положення рівноваги. Важливою характеристикою хвильових збурень є тип сил, що намагаються повертати частинки середовища в положення рівноваги в процесі винекнення та поширення збурень.
На результати аналізу істотний вплив роблять спотворення сигналу, викликане відображенням пружних хвиль від поверхонь дефектів, розміщених в обсязі елемента вузла тертя.
Спотворення сигналу - зміни сигналу, викликані розбіжністю ідеальних і реальних характеристик систем його обробки та передачі. В залежності від характеру змін спектру вхідного сигналу поділяються на нелінійні (частотні, інтермодуляційні, фазові), динамічні тощо.
Більш ефективне застосування пасивних методів, заснованих на реєстрації хвиль, випромінюваних трибосистемах. Це метод акустичної емісії вібраційно- і шумодіагностичні методи.



Метод акустичної емісії полягає в реєстрації пружних хвиль, випромінюваних трибосистемах, за допомогою п'єзоелектричних датчиків. Виникнення хвиль відбувається в процесі утворення і розвитку дефектів в тілах тертя. Тому, порівнюючи параметри реєстрованих хвиль, можна судити про процес руйнування поверхонь тіл тертя.

Вібраційно- і шумодіагностичні методи засновані на аналізі амплітудних і частотних характеристик акустичного сигналу, випромінюваного окремою деталлю. По зміні цих характеристик визначають ступінь зносу вузла тертя.

Основні недоліки акустичних методів – низька точність вимірювань і складність виділення (фільтрації) необхідного сигналу.

У значно меншій мірі поширені методи якісної оцінки зносу, що дозволяють лише орієнтовно судити про стан трибосполучень. Так, відомий монометричний метод, суть якого зводиться до наступного. У міру зношування сполучених деталей збільшуються зазор між ними і витік газу або рідини. Це призводить до падіння тиску в системі подачі середовища в зону тертя. За падіння тиску або зміни витрат середовища, необхідного для його підтримки, судять про зношування вузла тертя. Так, витрата мастила в процесі експлуатації автомобіля свідчить про ступінь зносу циліндра і поршневих кілець двигуна внутрішнього згоряння.

Величину зношування тіл тертя можна оцінювати за електро- або теплопровідністю контакту. Мірою зносу служить електроопір Rе, ковзаючого контакту чи коефіцієнт теплопровідності λ сполучених тіл.

Теплопрові́дність - здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури.
У процесі зношування тіл тертя змінюється площа фактичного контакту, що викликає зміну Rе і λ. Так. збільшення ФПК в процесі припрацювання сприяє зниженню опору, а при схоплюванні поверхонь тертя відбувається різке падіння електричного опору контакту.

Діагностику трибосполучень здійснюють за коефіцієнтом тертя або температурою тіл тертя. Зростання цих показників свідчить про збільшення інтенсивності зношування елементів пари тертя. Інтенсивність зношування можна також оцінювати за результатами візуального вивчення поверхонь тертя або за результатами дослідження структури поверхневих шарів деталей трибосистеми після її випробування або експлуатації.

Аналіз проб мастила. Даний метод застосовується при вивченні процесу зношування трибосполучень, що експлуатуються в присутності мастильних матеріалів. Зношування визначається за розмірами і концентрації частинок зношувального матеріалу в пробі мастила, періодично відібраної з вузла тертя. Аналіз проб мастила є одним з найбільш широко поширених методів діагностики стану і зношування вузлів тертя в процесі їх експлуатації. По концентрації великих часток у пробі можна передбачити можливість настання катастрофічного зносу деталей, а по концентрації і розподіленню частинок за розмірами можна оцінити швидкість зношування трибосистеми. Для дослідження дисперсного складу і концентрації частинок зносу у відпрацьованому мастилі розроблено велику кількість фізичних і фізико-хімічних методів. Розглянемо деякі методи аналізу частинок зносу.

Седиментометрія. Заснована на залежності швидкості осадження частинок в мастилі від їх розміру. Процес осадження здійснюється під дією сили тяжіння або відцентрової сили (із застосуванням центрифуг). Розмір обложених частинок визначають із застосуванням оптичних пристроїв.

Фотометрування. За зміною світлового потоку, що проходить через пробу мастила, судять про ступінь його забрудненості частинками зносу. Метод володіє низькою точністю, на результати вимірювань істотний вплив може зміна оптичної щільності мастила внаслідок протікання трибохімічних реакцій.

Мікроскопія. Дозволяє проводити дисперсний аналіз частинок зношування і визначати їх концентрацію. За розмірами, формою та числу частинок можна отримувати інформацію про види зношування, що передують їх появі. Останнім часом для цих цілей застосовують комплекс "растровий електронний мікроскоп – мікроЕОМ" і пакет прикладних програм для морфологічного аналізу частинок зносу.

Електронний мікроскоп - прилад для отримання збільшеного зображення мікроскопічних предметів, в якому використовуються пучки електронів. Електронні мікроскопи мають більшу роздільну здатність у порівнянні з оптичними мікроскопами, окрім того вони можуть застосовуватися також для отримання додаткової інформації щодо матеріалу й структури об'єкта.
Пакет програмного забезпечення (англ. software package - набір програм, призначених для розв'язання задач певного класу. Можуть випускатись як одним розробником, так і різними розробниками.


Електрооптичний метод. Через пробу мастила, в якій частинки зношування орієнтовані електричним полем, пропускають монохроматичне поляризоване оптичне випромінювання.
Оптичне випромінювання (Світлове випромінювання) - 1) випромінювання, електромагнітна хвиля оптичного діапазону; термін, що поєднує видиме світло, інфрачервоне випромінювання і ультрафіолетове випромінювання.
Електричне поле (англ. Electric field) - одна зі складових електромагнітного поля, що існує навколо тіл або частинок, що мають електричний заряд, а також у вільному вигляді при зміні магнітного поля (наприклад, в електромагнітних хвилях).


Абсорбційна спектрофотометрія. Метод заснований на залежності між інтенсивностями падаючого і світлового потоку, що пройшов через пробу, від товщини поглинаючого шару і вмісту домішок. Дисперсний аналіз частинок зношування із застосуванням даного методу ускладнений.
Прилади та матеріали:

Машина тертя СМЦ-2, динамометр, зразки досліджуваних матеріалів, шліфувальний папір, рідини для промивання і знежирення поверхні, термопара.


Порядок виконання роботи:

  1. Ознайомитись зі схемою вимірювання величини зношування на машині СМЦ-2.

  2. Вивчити будову приладу, регулювання та порядок виконання вимірювань.

  3. Провести вимірювання величини зношування запропонованих викладачем матеріалів.


Контрольні запитання:

  1. Класифікація методів вимірювання зношування поверхонь тертя.

  2. Охарактеризуйте метод зважування та вимірювання лінійних розмірів зношувального тіла.

  3. В чому суть методу штучних баз, вирізаних лунок?

  4. Фізичні методи вимірювання зношування.

  5. Як вимірюють зношування за допомогою аналізу проб мастила?


Лабораторна робота №5
1   2   3   4



  • Теоретичні відомості
  • Дослідження надійності вузлів тертя машин та розробка рекомендацій щодо підвищення їх надійності на основі методу паспортизації.
  • Порядок виконання роботи
  • Лабораторна робота №4 Тема
  • Методи зважування і визначення лінійних розмірів тіл тертя
  • Метод вимірювання лінійних розмірів тіла трибопари.
  • Метод штучних баз, вирізаних лунок.
  • Фізичні методи вимірювання зносу.
  • Магнітометричний метод.
  • Метод радіоактивних ізотопів
  • Електрооптичний метод.
  • Абсорбційна спектрофотометрія.