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"




Сторінка3/4
Дата конвертації24.05.2017
Розмір0.84 Mb.
ТипМетодичні вказівки
1   2   3   4
Тема: ВИДИ АБРАЗИВНОГО ЗНОШУВАННЯ

Мета: Ознайомитися зі схемами та установками для випробувань на абразивне зношування.
Теоретичні відомості

Машини й установки для випробувань на абразивне зношування можна розділив ь відповідно типу зношується тіла на три групи: по закріпленому абразиву; вільними частинками;

Абрази́вне зно́шування (рос. абразивное изнашивание, англ. abrasive wear, нім. abrasiver Verschleiß m) - механічне зношування внаслідок дії твердих тіл або твердих частинок, які ріжуть чи дряпають поверхню матеріалу.
Вільні частинки - термін, який уживається в фізиці для позначення частинок, які не взаємодіють з іншими тілами, а, отже мають тільки кінетичну енергію.
деформуючою масою, яка містить абразивні частки. Розглянемо найбільш типових представників кожної з названих груп.



Зношування матеріалів по закріпленому абразиву. Дослідження зношування матеріалів по закріпленому абразиву відбувається в основному із застосуванням як контртіла абразивної стрічки. В окремих випадках для цих цілей використовують абразивний круг. Режими і схеми випробувань на зношування матеріалів закріпленим абразивом регламентуються стандартами. Визначення зносостійкості металів здійснюють за ГОСТ 17367-71, а гум – за ГОСТ 17426-77.

Основні вимоги, пропоновані до такого роду випробуванням, зводяться до наступного: твердість абразивних часток повинна бути вище твердості зношувального матеріалу: в контакт з зношуються тілом повинна безперервно або періодично вводитися нова поверхня контртіла, що необхідно для виключення впливу на результати випробувань засалювання абразиву продуктами зносу; навантаження вибирається в межах, в яких передбачається отримання лінійної залежності при визначенні відносної зносостійкості матеріалів долонний зразок вибирають таким, щоб його структура не змінювалася в процесі тертя, а твердість була нижчою твердості досліджуваних матеріалів.

У випробуваннях по закріпленому абразиву реалізується в основному контакт плоских поверхонь тіл тертя або контакт бокова поверхня циліндра - площину.

В випробувальній машині Х-4Б здійснюється контакт плоских поверхонь циліндра і диска (рис. 5.1). На поверхні обертального диска 1 закріплюються абразивні частинки або абразивна стрічка 2. Зразок 3 досліджуваного матеріалу, виконаного у вигляді циліндра діаметром 2 мм і висотою 15-20 мм, приводиться в контакт торцевою поверхнею з абразивними частинками. Закріплені зразки в державці 4, жорстко зв’язаній з переміщувальним вздовж радіуса диска штоком 5, дозволяє проводити дослідження при різних швидкостях ковзання, але при однаковому шляху тертя.

А
Рис. 5.1. Схема контакту трибопари на машині Х-4Б
налогічна описаній схемі контакту зразків закладена в машині Хейворда і в машині для дослідження гум МИ-2. Несуттєва їх різниця полягає лише в тому, що з диском контактують одночасно два досліджуваних зразка квадратного перерізу. Крім того, забезпечується подача в зону тертя рідини і абразивних частинок.

Важливою перевагою описаної схеми контакту є можливість отримання залежності зносостійкості матеріалу від швидкості ковзання на одній парі тертя. Однак вона не дозволяє реалізувати рух зразка по свіжому сліду, тобто протягом всього періоду досліджень в контакті з зношувалльним зразком знаходиться одна и та ж поверхня тертя абразивної стрічки. При цьому можливе затуплення частинок абразиву і засалювання абразивної стрічки продуктами зношування, що обмежує тривалість дослідження і клас досліджуваних матеріалів. Переміщення досліджуваного зразка по радіусу диска синхронно швидкості його обертання (рух зразка по спіралі Архімеда) усуває даний недолік.

Спіраль Архімеда - крива, яку описує точка M під час її рівномірного руху зі швидкістю v уздовж прямої, що рівномірно обертається в площині навколо однієї зі своїх точок О із кутовою швидкістю ω. Спіраль названо ім'ям Архімеда, який вивчив її властивості.
Однак це приводить до необхідності поділу поверхні абразивної стрічки на кільцеві почергові (для зразка й еталона) зони, причому швидкості переміщення еталона і зразка щодо диска будуть відрізнятися. Більш того, швидкість відносного переміщення тіл тертя всередині кожної зони буде змінюватися в міру наближення зразка до центру диска.


Рис. 5.2. Схема контакту трибопари на машині МПИ
Схема випробувань бокова поверхня циліндра, що обертається – плоска поверхня досліджуваного зразка закладена в конструкції машини для дослідження пластмас на стирання МПИ (рис. 5.2. Зразок 1 циліндричної форми контактує з абразивною стрічкою 4, закріпленій на поверхні обертового циліндра 5 великого діаметру. За допомогою штока 3, жорстко зв'язаного з державкою 2, зразком повідомляється рух уздовж твірної циліндра синхронно швидкості його обертання. За один оборот циліндра 5 зразок зміщується на відстань, рівну своєму діаметру або половині діаметра (залежно від ГОСТу, що регламентує ці випробування).


Рис. 5.3. Схема машини тертя яз рухомою безкінечною абразивною стрічкою
Недоліком даної схеми випробувань є нерівномірність розподілення тиску по контактній площадці, обумовлена кривизною сполучених поверхонь. Цей недолік виключається в дослідженнях за схемою абразивна стрічка, що рухається – плоский зразок (рис. 5.3). Нескінченна абразивна стрічка 1 захоплює ведучий 4 і ведений 2 обертаючі барабани. Натяг стрічки встановлюється натяжним роликом 3. Стрічка ковзає по плоскій направляючій 6, що виключає її прогин в області контакту з зношувальним зразком 5. Конструкція машини забезпечує можливість випробувань при високих навантаженнях і швидкостях ковзання, рівень яких обмежується тільки міцністю стрічки та її зчепленням з ведучим барабаном. При малих розмірах досліджуваного зразка можливе проведення випробувань по свіжому сліду шляхом переміщення зразка в процесі випробувань по ширині стрічки.

В
Рис. 5.4. Схема випробування по абразивному кругу


ипробування на абразивну стійкість обох елементів пари тертя проводять за схемою бокова поверхня абразивного круга – площина зношувального тіла (рис. 5.4). Обертається коло 1 з абразивних частинок приводиться в контакт із досліджуваним зразком 2. Зразок може бути закріплений нерухомо, і тоді зношування оцінюють по глибині утвореної лунки. У разі розміщення зразка на каретці 5, здійснює зворотно-поступальний рух, знос визначають по товщині шару, що видаляється з усієї поверхні тертя. За зменшенням діаметру абразивного круга можна судити про інтенсивність його зношування. Така схема контакту дозволяє проводити випробування при подачі в зону тертя рідкого середовища. Недолік її в можливості засалювання і втрати ріжучої здатності абразивного кола, що особливо характерно для випробувань пластичних матеріалів (міді, алюмінію, полімерних матеріалів).

Зношування вільними абразивними частинками і деформуючою масою. Ці методи випробувань призначені для моделювання процесу зношування деталей машин незакріпленими абразивними частинками.

Зношування вільними абразивними частинками. Випробування матеріалів здійснюються на машинах тертя, що забезпечують введення в зону контакту тіл тертя частинок з матеріалу, твердість якого вище твердості зношувальних тіл. Найбільш поширеними схемами досліджень є контакт двох роликів, ролика з плоским зразком і двох плоских зразків.

Контакт ролика з плоским зразком реалізується в схемі досліджень по Д.А. Брінелю (рис. 5.5). Обертовий ролик 1 діаметром 100 мм і товщиною 4 мм приводиться в контакт із зразком 2, виконаним з досліджуваного матеріалу у вигляді прямокутного бруска. При обертанні ролика в зону тертя з бункера 3 подаються абразивні частинки, протягнуті ним по поверхні зразка. Про величину зношування судять за обсягом утворюється лунки або але втраті маси зразка. Аналогічна схема випробувань передбачена стандартом АSТМ G65 (США). У ній ролик виконаний з покриттям з гуми. Дослідження за цим стандартом дозволяють отримувати дані про зносостійкість сталей, сплавів наплавочних зносостійких покриттів, металокераміки і полімерів.

Д
Рис. 5.5. Схема випробування на абразивне зношування за Брінелем


ля дослідження зношування тіл кочення при попаданні в зону тертя абразивних частинок застосовують схему
к
Рис. 5.6. Схема випробування на абразивне зношуваня тіл кочення
онтакту двох обертових роликів
(рис. 5.6). Випробовуваний зразок 3 і контртіло 2, виконані у вигляді роликів, наводяться в контакт за твірною і притискаються один до одного. Обидва ролика обертаються з однаковою швидкістю і в зону їх контакту подається абразив з бункера 1. Ця схема контакту може також використовуватись для моделювання абразивного зношування шестерень. Як правило, контртіло виконують з м'якого металу або використовують гуму, що полегшує захоплення частинок і перенесення їх в зону контакту.

Випробування на абразивне зношування і при подрібненні твердих тіл, напрклад скельної породи, здійснюють за стандартом АSТМ G81 (рис. 5.7). Абразив 1, в якості якого служить скельна порода у вигляді частинок розміром 25 – 50 мм, подається в зону дроблення і потрапляє між пластинами 2 і 3. Пластина. 2 виконана з досліджуваного матеріалу, а пластина 3 служить еталоном. При зворотно-поступальному переміщенні штока 5 рухлива платформа 4 зближує або видаляє зразки 2 і 5, забезпечуючи подрібнення твердої породи. При цьому на поверхнях зразка і еталона утворюються канавки, надрізи і вм'ятини. Знос досліджуваного матеріалу оцінюють у порівнянні з еталоном. Точність вимірювань при проведенні таких випробувань низька, проте але компенсується їх високою практичною значущістю, зокрема при виборі матеріалів для деталей гірничодобувного обладнання.



Зношування деформуючою масою, що містить абразивні частинки. Випробування матеріалів реалізуються із застосуванням різноманітних схем, що розрізняються як за геометрії зразків, так і з кінематики їх переміщення.

Д


Рис. 5.7. Схема випробування на абразивне зношуваня при подрібненні тёвердих тіл
ля моделювання зношування різних матеріалів масою, що містить абразив, використовують схему контакту плоских поверхонь обертального диска з бруском прямокутного перерізу або циліндром (див.
Прямоку́тник - це чотирикутник, усі кути якого прямі. Протилежні сторони прямокутника рівні. Є окремим випадком паралелограма.
рис. 5.1). При цьому на поверхні диска закріплюють шар пружноабразивного полотна, виконаного з пористого еластомеру (гуми), що містить у своєму об’ємі абразивні частки. Наповнення еластомеру кварцовим піском заданої фракції дозволяє моделювати ґрунти, що розрізняються за складом, змістом, формою і розмірами абразивних частинок. Подібне рішення може бути використано і в інших схемах випробувань, наприклад в установці, що реалізує контакт бічної поверхні циліндра, що обертається з плоскою поверхнею випробовуваного зразка (див. рис. 5.5). Порівняльний аналіз результатів лабораторних та експлуатаційних випробувань показав, що при моделюванні ґрунту абразивовмісним шаром еластомеру лабораторні дані по інтенсивності зношування дещо завищені. Це зумовлено відсутністю в моделі вологи, наявністю закріплених частинок (вони не мають можливості повертатися на великий кут під дією дотичного навантаження) і впливом масштабного фактора.

Поширеним є спосіб випробувань, з якого зношується матеріал переміщується в об’ємі маси, що містить абразив. Типовою для таких випробувань є установка, схема якої представлена на рис. 5.8. На обертовому валу 1 закріплена обойма 2 з утримувачами 3 досліджуваних зразків 4. Зразки переміщуються в сипучій абразивній масі 5, що заповнює контейнер 7 циліндричної форми. Тиск деформуючої маси на зразки змінюється за допомогою навантаження, створюваного на кільце 6, що лежить на поверхні цієї маси.

Досліджуваний зразок може бути виконаний у вигляді порожнього циліндра, закріпленого на валу (схема Лоренца), однак у цьому випадку абразив практично не перемішується і в процесі зношування беруть участь одні й ті ж частинки.

Д


Рис. 5.8. Схема випробувань матеріалів на зношування в об’ємі абразивної маси
ля моделювання зношування плуга в грунті використовують шнекову машину (рис. 5.9). Абразивна маса 1 подається обертовим вертикальним шнеком 2 з бункера в канал машини, де ущільнюється обертовим горизонтальним шнеком 3 до заданого ступеня щільності і продавлюється через горловину. Зразок 4, закріплений на обертовому диску 5, деформує видавлювану масу і зношується. Змінюючи швидкості обертання горизонтального шнека і диска 5, можна вивчати залежність зношування зразка від тиску деформуючої маси і швидкості її переміщення відносно зразка.

Описані установка з обертовим валом (див. рис. 5.8) і шнекова машина використовуються в основному для моделювання зношування твердих тіл в експлуатаційних умовах.

Шне́кові маши́ни (механі́зми) - машини (механізми), у яких основним елементом є шнек або гвинт (іноді, черв'як), за допомогою якого відбувається переміщення рідких, високов'язких чи твердих речовин.



В
Рис. 5.10. Схема випробувань матеріалів в суспензії, що містить абразив
узли тертя реальних машин досить часто експлуатуються в середовищі, що представляє собою фізичну суміш абразивних часток і рідини. Випробування матеріалів на абразивну стійкість в таких середовищах здійснюється за стандартом АSТМ G75 (США). Суспензія 1 абразиву і рідини поміщається в прямокутну кювету 2 з гумовою прокладкою 3 на дні (рис. 5.10). Зразок 4 у вигляді бруска прямокутного перерізу притискається нормаль-ним навантаженням до гумовій прокладці і здійснює зворотно-поступальний рух. Стандарт передбачає можливість оцінки не тільки абразивної стійкості матеріалів, але і абразивної здатності суспензії.

Випробування матеріалів на знос в потоці рухомих частинок. Засоби для проведення подібних випробувань можна розділити на три групи, поклавши в основу такої класифікації спосіб повідомлення частці кінетичної енергії.
Кінети́чна ене́ргія - частина енергії фізичної системи, яку вона має завдяки руху.
Це випробування матеріалів в потоці вільно падаючих частинок, частинок, захоплюваних потоком рідини або газу, і частинок, прискорених до заданої швидкості у відцентровому прискорювачі.

Зношування матеріалів вільно падаючими частинками. Абразивні частинки 1 з бункера 2 через дозатор 3, наприклад вібраційного типу, падають по вертикальній трубі 4 на поверхню обертального зразка 5, виконаного у вигляді циліндра (рис. 5.11). Після зіткнення із зразком частинки потрапляють в бункер 6. Частинки, що залишилися після удару на поверхні зразка, знімаються щіткою 7. Для зміни температури досліджень передбачена камера 8, що містить нагрівальну або охолоджувальну (наприклад, рідкий азот) рідину. Змінюючи висоту падіння частинок і швидкість обертання зразка, можна регулювати швидкість їх зіткнення. Однак при цьому змінюється і кут атаки. Останній можна змінювати також, зміщуючи в горизонтальній площині вісь обертання зразка.
Ві́сь оберта́ння - лінія в просторі, з якою асоціюється обертання. Також деталь механізмів, яка служить для фіксації обертання в просторі.


Модифікація описаної установки містить обертовий навколо вертикальної осі диск із закріпленим на його поверхні кільцевих зразком. Можливо також застосування плоского зразка з регульованим кутом між спрацьовується поверхнею і вектором швидкості абразивних частинок.


Рис. 5.11. Схема установки для випробувань на зношування вільно падаючими частинками абразиву
Зношування матеріалів у газо- та гідроабразивному потоці. Моделювання процесу зношування твердих тіл в газоабразивному потоці може здійснюватись на установці, за принципом дії подібній на піскоструйний пістолет (рис. 5.12). Частинки абразиву1 з бункера попадають в повітрохід 2, який закінчується соплом 4. Повітря, яке подається від компресора по повітроводу, втягує за собою частинки абразиву. Швидкість співударянні частинок з досліджуваним зразком 5 залежить від тиску повітря.
Атмосферний тиск - тиск, з яким атмосфера Землі діє на земну поверхню і всі тіла, що на ній розташовані.
Концентрація абразиву в середовищі регулюється за допомогою клапана 3.мкут атаки змінюється поворотом зразка.

Рис. 5.12. Схема установки для випробувань на газоабразивне зношування


Випрбування на гідро абразивне зношування за методом нерухомого зразка здійснюють в установці (рис. 5.13, яка складається із циліндричного контейнера 1 з обертаючою крильчаткою 2. По колу контейнера в обоймы 3 встановлюють зразки 4, один з яких є еталоном. При обертанні крильчатки гідроабразивне середовище переміщується відносно зразків, викликаючи їх зношування.
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 дослідження абразивної стійкості запропонованих матеріалів.


Контрольні запитання

  1. Які є види абразивного зношування?

  2. Зношування по закріпленому абразиву.

  3. Зношування вільними абразивними частинками.

  4. Зношування деформуючою масою, що містить абразив.

  5. Зношування матеріалів вільно падаючими частинками.

  6. Зношування матеріалів в газо- і гідро абразивному потоці.

Лабораторна робота №6
Тема: ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИБОТЕХНІЧНИХ ХАРАКЕРИСТИК ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ

Мета: Ознайомитися та вивчити процеси, які відбуваються під час трибовзаємодії в поверхневих шарах полімерних матеріалів. Провести дослідження лінійної та масової інтенсивність зношування даних матеріалів.
Теоретичні відомості:

Полімерні матеріали широко застосовуються у вузлах тертя сучасних машин і механізмів. Використання пластмас дозволяє збільшити надійність і ресурс машин, поліпшити їх експлуатаційні, техніко-економічні характеристики й технологічність, відмовитися від дефіцитних сплавів кольорових металів і понизити вартість машин.

В багатьох випадках деталі із пластмас не повинні повторювати форму металевої, а конструюватись із врахуванням специфіки полімерного матеріалу. Матеріал повинен виготовлятись із врахуванням конструкції деталі і умов її роботи шляхом створення необхідної мікроструктури.

Полімери можуть використовуватися як антифрикційні матеріали як у чистому вигляді, так і у вигляді композиційних матеріалів з різними наповнювачами.

Антифрикці́йні матеріа́ли (від англ. friction - тертя) - матеріали, що застосовуються для деталей машин (підшипники, втулки та ін.), що працюють при терті ковзання і мають низький коефіцієнт тертя. Відрізняються низькою адгезією, добрими припрацьовуваністю, теплопровідністю і стабільністю властивостей.
Компози́тний матеріа́л (КМ), або компози́т - гетерофазний матеріал, окремі фази якого виконують специфічні функції, забезпечуючи йому властивості, яких не має жодний з компонентів окремо. Зазвичай отримують поєднанням двох або більше компонентів, які нерозчинні або малорозчинні один в одному і мають властивості, що сильно відрізняються.
З полімерних матеріалів виготовляють зубчаті колеса, шківи, елементи підшипників ковзання, що труться, кулачкових механізмів, напрямних, ущільнень, сепаратори шарикопідшипників, втулки шарнірів тощо.
Зу́бчасте ко́лесо (три́б, шестірня́, коліща́) - основна деталь зубчастої передачі у вигляді диска з зубами на циліндричній або конічній поверхні, що входять в зачеплення із зубами іншого зубчастого елемента і призначена для передавання руху до цього зубчастого елемента або отримання руху від нього.
Для легконавантажуваних вузлів тертя використовують полімерні матеріали, які мають добрі триботехнічні характеристики і здатні експлуатуватися без мастильного матеріалу. Однак низькі навантажувальна здатність, теплопровідність і теплостійкість потребують модифікування полімерів, зниження товщини виробу або застосування їх для формування тонкого робочого шару, закріпленого на жорсткій основі.

Підвищення температури в вузлі тертя призводить як до деструкції зв'язуючого, так і до структурних перетворень полімерної матриці. Вплив механічної складової на характер зношування епоксидного полімеру по сталевому індентору ґрунтовно вивчав П.Н. Богданович, який виділяв два види зношування: втомний та абразивний; існування абразивного зносу підтверджується наявністю в продуктах зношування частинок витягнутої ниткоподібної форми і утворенням на поверхні зношуваного матеріалу смуг ковзання. Інтенсивність зношування полімеру у більшій мірі визначається частотою появи частинок зношування, отже частотою утворення й швидкістю росту втомних мікротріщин у зношуваному матеріалі.

Епоксидні смоли відносять до термореактивних полімерів; вони мають просторову структуру і не переходять у в’язкотекучий стан при нагріванні. За степенем впорядкованості структури є аморфними, оскільки складаються із хаотично розміщених макромолекул. Деформаційні властивості таких полімерів залежать від температури. Форма діаграми розтягу полімерних матеріалів залежить від їх природи, температури і швидкості навантаження. Для аморфних полімерів в склоподібному некрихкому стані (рис. 6.1) складається крива розтягу складається із декількох ділянок. Ділянка ОА кривої 3 описує область пружних деформацій, а АС – перехід до змушено-еластичних деформацій.

Пру́жна деформа́ція - деформація, що не викликає незворотних змін у структурі тіла.
В найслабшому місці зразка з’являється шийка АВ, відбувається її звуження, утворення дефектів і локальне нагрівання полімера в області шийки ВС. Далі шийка розповсюджується на весь об’єм, відбувається орієнтація макромолекул вздовж дії сили розтягу. Завдяки цьому полімер зміцнюється і стає анізотропним, випробовує пружні і змушено-еластичні деформації аж до руйнування (DE).


Рис. 6.1. – Діаграма розтягу матеріалів: 1 – метал, 2 – полімер в крихкому стані, 3 – аморфний полімер в не крихкому склоподібному стані, 4 - гума


При терті чи механічній обробці поверхневий шар твердого тіла піддається деформуванню, інтенсивній тепловій дії, насичується елементами матеріалу контртіла і зовнішнього середовища.
Довкілля, або бюрократично навко́лишнє приро́дне середо́вище - всі живі та неживі об'єкти, що природно існують на Землі або в деякій її частині (наприклад, навколишнє середовище країни). Сукупність абіотичних та біотичних факторів, природних та змінених у результаті діяльності людини, які впливають на живий світ планети.
При фрикційному навантаженні в поверхневому шарі полімерного матеріалу відбуваються структурні зміни, які забезпечують різні властивості полімеру на глибині. В результаті деформуванні і імпульсного нагрівання матеріалу при терті відбувається часткова деструкція молекулярних ланцюгів, що супроводжується виділенням газоподібної фази. Змінюється фазовий склад, подрібнюються надмолекулярні структури і кристалічні області, відбувається локальна аморфізація кристалічного полімеру. Спостерігається орієнтація структури в напрямку дії сил тертя. Внаслідок протікання цих процесів структура поверхневого шару, який утворюється при терті, стає подібною схематично представленій на рисунку 6.2.

Рис. 6.2. – структура поверхневого шару полімеру


В результаті деструкції молекулярних ланцюгів при терті на поверхні полімеру з’являється газоподібна фаза 4, яка складається із молекул зовнішнього середовища і газів, які утворюються при розкладанні полімеру. Нижче розміщується адсорбційний шар B. Область С складається із низькомолекулярних продуктів розкладу полімеру, яка має низький опір зрушенню. Шар D складається із орієнтованих в напрямку зрушення макромолекул надмолекулярних утворень. Шар Е характеризується наявністю частково зруйнованих надмолекулярних утворень і кристалічних областей, мало орієнтованих в напрямку сили зрушення (сили тертя). Фізико-механічні властивості кожного шару різні і можуть суттєво відрізнятися від складу основного матеріалу. Структура поверхневого шару залежить від режимів навантаження, а тому може відрізнятися від представленої.

Полімерні матеріали широко використовуються в парах тертя ковзання і значно менше – в підшипниках кочення. В підшипниках ковзання застосовуються антифрикційні термо- і реактопласти з коефіцієнтом тертя до 0,2. Пластмасові деталі в таких деталях у формі циліндричних суцільних чи складових різної конструкції вкладишів підтримують обертові металеві елементи (цапфи, шипи) валів, або у вигляді встановлюються в деталях, які вільно обертаються на нерухомих металевих осях. Основною перевагою полімерних вкладишів і втулок є здатність експлуатуватися без неперервної і тим більше примусової подачі рідкого мастила парі тертя метал-полімер.

Зазвичай пластмаси мають відносно невисоку міцність (приблизно в 10 разів, ніж сталі), їх модуль пружності і теплопровідності приблизно в 100 разів менше, ніж у сталі, а коефіцієнт лінійного розширення приблизно в 10 разів вищий.

Модуль пружності - величина, що характеризує пружні властивості матеріалу при малих деформаціях. Дорівнює відношенню напруженості і викликаної нею пружної відносної деформації. Розрізняють такі модулі пружності: - при осьовому розтягу-стиску (модуль Юнга, або модуль нормальної (поздовжньої) пружності); - при зсуві (модуль зсуву); - при об'ємному стиску (модуль об'ємної пружності).
Ці властивості можуть бути покращені правильним вибором наповнювачів і армуючи волокон, наведених в таблиці 1.

Таблиця 1.

Композиційні матеріали на основі пластмас

Термопласти

Термореактивні смоли

Наповнювачі і армуючи волокна

для підвищення механічних властивостей

для зниження тертя

для підвищення теплофізичних властивостей

Поліетилен

фенопласти

азбест

графіт

бронза

Поліформальдегід

поліефіри

скловолокно

дисульфід молібдену

срібло

Поліаміди

епоксидні смоли

вуглецеві, текстильні волкна

фторопласт (порошок і волокна)

вугілля або графіт

кремнійорганічні смоли

метали та їх оксиди, слюда





Фторопласт





графіт, дисульфід молібдену


Особливістю трибологічних процесів, які протікають в зоні тертя композитних матеріалів, є утворення захисних поверхневих шарів, які формуються при терті і відрізняються від вихідного матеріалу структурою, хімічним і фазовим складом.

Введення до складу епоксидної матриці антифрикційних дисперсних наповнювачів зумовлює підвищення триботехнічних характеристик композиту. Наприклад, під час трибовзаємодії під дією температури і великих питомих навантажень пластифікований поліетилен проникає в зону тертя, адсорбуючись на поверхні контртіла, заповнюючи нерівності поверхні і утворюючи резервуари мастильного матеріалу. У цьому випадку тертя відбувається між "третім тілом" і поверхневим шаром композиту. При підвищенні температури текучість поліетилену збільшується, що приводить до видалення його з зони тертя, зниження зносостійкості матеріалу.

Для композиційного наповненого матеріалу важливим є розмір частинок твердого наповнювача, який залежить від геометрії сполучення. На зношування композитних матеріалів також впливають умови досліджень на тертя – навантаження і швидкість ковзання. Інтенсивність зношування більш залежить від прикладеного тиску ніж від швидкості ковзання. Так, в умовах тертя з постійною швидкістю при збільшенні навантаження зношування зростає в середнюму в 1,7…2 рази. Збільшення швидкості ковзання при постійному навантаженні збільшує зношування в 1,4…1,65 рази.

Утворенню мастильної плівки і зниженню тертя сприяють наповнювачі у вигляді твердих мастильних матеріалів, частинки яких можуть переноситися на поверхню контртіла. При терті полімерних композицій з вуглеграфітовими наповнювачами утворюються плівки, чутливі до рідинн, які потрапляють на поверхню тертя. У випадку потрапляння води при терті нержавіючої сталі по епоксидній смолі, наповненій вуглецевими волокнами, спостерігається оголення металу, що призводить до збільшення швидкості зношування в десятки і сотні разів.

Ста́ль чи кри́ця (рос. Сталь; англ. Steel; нім. Stahl) - сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю і домішок (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази).

На антифрикційні властивості композиції впливає хімічна природа полімеру. Коефіцієнт тертя і зношування мало змінюються, коли варіюючи кількість наповнювача суттєво змінюють значення механічних властивостей композицій. Збільшення кількості дисперсного наповнювача фторопласту від 15 до 30  суттєво змінює механічні характеристики композиції, однак мало впливає на її зносостійкість. При наповненні поліформальдегіду скловолокном підвищується швидкість зношування, а наповнення скловолокном сумісно із фторопластом поліаміду-68 і полікарбонату знижує коефіцієнт тертя і швидкість зношування цих матеріалів. Добавлення 2-5  дисульфіду молібдену до поліаміду незначно впливає на коефіцієнт тертя, але підвищує зносостійкість.

Доведено, що високі триботехнічні характеристики і їх стабільність для композитних самозмащувальних матеріалів функціонально адаптовані до умов експлуатації.

Умо́ви експлуата́ції - сукупність факторів, що діють на виріб при його експлуатації і впливають на функціювання й працездатність цього виробу.
Це додатково підтверджується при проведенні триботехнічних досліджень на повітрі. Серед характеристик адаптованої здатності і надійності функціонування трибосистем в екстремальних умовах важливе значення має така узагальнена характеристика як “живучість”, під якою розуміють закладену в композитний матеріал вузла тертя здатність до відновлення експлуатаційних властивостей при відхиленні від заданих умов роботи.

Для забезпечення високого опору вузлів тертя процесам зношування необхідно оптимізувати їхні геометричні розміри, форму і структуру триботехнічного матеріалу. Основним в проектуванні і розрахунку форми і розміру контактних поверхонь є забезпечення в заданому діапазоні впливу зовнішніх факторів нормального тертя. Це може бути досягнуто правильним вибором матеріалів і конструкційними заходами, спрямованими на усунення основних причин конкретного виду пошкоджуваності.

Однак під час конструювання машин і механізмів потрібно прагнути не тільки підвищити їх надійність та довговічність, а і знизити масу деталей, скоротити витрати дефіцитних матеріалів, а також енерговитрати на їх виробництво, обслуговування та ремонт. Оскільки останні витрати за тривалої експлуатації машин і механізмів значно перевищують вартість їх виготовлення, то підвищивши зносостійкість деталей, можна скоротити витрати на розбирання, заміну зношених деталей і складання машин.
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 лінійного та масового зношування запропонованих викладачем полімерних матеріалів.

  4. Проаналізувати структуру трибоповерхні полімерного матеріалу.


Контрольні запитання

  1. Особливості використання полімерів у вузлах тертя.

  2. Характеристика епоксидних олігомерів.

  3. Які процеси відбуваються в поверхневих шарах полімерів під час тертя?

  4. Особливість трибологічних процесів, які протікають в зоні тертя композитних матеріалів.

  5. Що впливає на зношування композитних матеріалів?

  6. Що впливає на антифрикційні властивості композитних матеріалів



1   2   3   4



  • Зношування матеріалів по закріпленому абразиву
  • Зношування вільними абразивними частинками і деформуючою масою.
  • Зношування вільними абразивними частинками.
  • Зношування деформуючою масою, що містить абразивні частинки.
  • Випробування матеріалів на знос в потоці рухомих частинок.
  • Зношування матеріалів вільно падаючими частинками.
  • Зношування матеріалів у газо- та гідроабразивному потоці.
  • Порядок виконання роботи
  • Лабораторна робота №6 Тема