Лабораторна робота № 3

Вивчення методів визначення зносу елементів трибосполучень

1 МЕТА ЗАНЯТТЯ

1.1 Ознайомитись із різними методами визначення зносу деталей.

1.2 Навчитись визначати знос різними методами: мікрометруванням (прямого і відносного), ваговим, методом штучних баз.

2 ОБЛАДНАННЯ

2.1 Пристрій для формування штучної бази - лунки.

2.2 Мікроскоп Брінеля МПБ 2.

2.3 Вага аналітична (точність 0,05 мг) з набором тягарців.

2.4 Мікрометр гладкий МК 25.

2.5 Мікрокатор із ціною поділки 0,5 мкм. Мікрокаторна стійка.

2.6 Штангенциркуль ШЦ-125

2.7 Установка для виготовлення шліфів та абразивні шкурки.

2.8 Лабораторні металеві зразки розміром Ø (20…40) х 20 мм.

3 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Знос елементів трибосполучень характеризується кількістю відділеного із їх поверхонь матеріалу. Однак ця характеристика не завжди адекватно відображає результат процесу зношування. Так, при пластичному деформуванні одного із елементів пари тертя кількість відділеного матеріалу може буди близькою до нуля, а знос – досягатиме гранично допустимих меж. У цьому випадку більш ефективним буде вимірювання лінійних розмірів елементів пари третя. При ерозійному, кавітаційному і втомному зношуванні можлива ситуація, коли такі інтегральні характеристики, як зміна маси чи лінійних розмірів тіл тертя незначні, а поверхні тертя вкриваються густою сіткою тріщин, заглибин, полос ковзання. У такому випадку більш доцільне застосовування методів якісної оцінки руйнування поверхонь тертя. Таким чином, очевидна необхідність використання різних методів залежно від виду зношування і тривалості досліджень.

3.1 Метод мікрометричних вимірювань

Найбільш поширеним і доступним методом визначення величини зносу є метод мікрометричних вимірів. Цей метод найчастіше використовується за умови великих абсолютних величин зносу деталей. Він заснований на вимірі деталі за допомогою механічних контактних або будь-яких інших приладів до і після випробування на зношування.

Точність вимірів при мікрометруванні залежить від використовуваного інструменту. Зазвичай вона складає 0,01 мм. Використання точних, а також спеціальних інструментів, які дозволяють проводити виміри з точністю до 1 мкм, забезпечує визначення величини зносу з точністю не менше 5 мкм.

Пояснюється це тим, що виміри виконуються в різний час і за різних температурних умов, позначається неточність установки як інструменту, так і деталі.

Найбільше поширення при оцінці величини зносу методом мікрометрування отримали кінцеві міри довжини, мікрометри, індикаторні нутроміри, індикаторні скоби, інструментальні і універсальні мікроскопи.

Методу мікрометрування властиві похибки, причина яких в наступному:

1 Якщо зношуються обидві сторони, між якими виконується вимір (наприклад, вал або отвір циліндра), то в результаті мікрометражу визначається зміна діаметру, а величину лінійного зносу від початкової поверхні встановити не удається. Цей недолік частково усувається при вживанні спеціальних індикаторних приладів, що дозволяють виконувати вимір відстані від стінки деталі до постійної бази, яка не зношується.

2 Якщо одночасно із зношуванням може відбуватися деформація деталей, то методом мікрометражу визначається спільна зміна розмірів від цих двох причин.

3 Повторні виміри не можуть бути зроблені точно у тому місці і в тому ж напрямку.

3.2 Ваговий метод

Ваговий метод зазвичай застосовується для визначення зносу невеликих деталей. Їх зважують до і після випробувань. Перед зважуванням деталі мають бути ретельно промиті, просушені, після проведення випробувань з них необхідно змити продукти зносу, мастила і так далі Зважування дозволяє з великою точністю визначити малий ваговий знос невеликих зразків.

Визначення величини лінійного зносу по втраті маси здійснюється шляхом обчислень, заснованих на припущенні, що знос відбувається рівномірно по поверхні тертя. В цьому випадку ваговий знос m перераховується в лінійний h_m по формулі:

(3.1 )

де, m – втрата маси від зносу, г;

S - площа поверхні тертя, см²;

 - питома вага, г/см³ .

Величину зносу ваговим методом не рекомендується визначати в тих випадках, коли зміна розмірів деталі сталася не лише унаслідок відділення часток, але і унаслідок пластичної деформації. Ваговий метод виявляється неприйнятним і при визначенні величини зносу деталей з пористих матеріалів просочених мастильним матеріалом.

3.3 Метод штучних баз

Метод штучних баз базується на вимірюванні лінійного зносу по зміні розмірів штучних заглиблень на досліджуваній ділянці поверхні тертя. Заглиблення певного правильного профілю і глибиною не менше вимірюваного зносу повинно мати вісь симетрії, перпендикулярну до поверхні тертя.

Штучні заглиблення виконуються шляхом:

• вдавлювання індентора, наприклад, у вигляді піраміди, твердоміром таким чином, щоби вісь заглиблення співпадала з напрямком вимірювання лінійного зносу, тобто була перпендикулярна до поверхні тертя;

• висвердлювання (заглиблень конічної форми), витирання або вишліфовування лунки або канавки дисковим абразивним інструментом;

• вирізання лунок алмазним різцем.

Недоліком видавлювання у порівнянні з методом вирізання заглибин є утворення по краях видавленого відбитку підвищень матеріалу (так званих кавальєрів), які перед початком випробовувань необхідно забирати шліфуванням, притиранням, шабрінням і т.п. Перевагою є доступність твердомірів і іншої апаратури і інструментів, за допомогою яких утворюються і вимірюються відбитки.

Мето вирізаних лунок застосовується для металевих і неметалевих деталей або елементів трибосполучення. Він базується на вимірюванні зносу по зменшенню в результаті зношування довжини попердньо вирізаної на поверхнях тертя лунки. Цей метод не поширюється на випадки, коли пластичні деформації на поверхнях тертя змінюють контур лунки і коли лунка може стати ефективним концентратором напружень. Вибір місць вимірювання, розмірів вимірюваних ділянок, розмірів лунок виконують, виходячи з передбачуваного розподілу зносу по поверхні, а також поставленої задачі. Для побудови епюри зносу вздовж якого-небудь напрямку готують вимірювання не менш чим у трьох перерізах по цьому напрямку. Для полегшення знаходження місць вимірювань складають схему їх розміщення, виконують її прив’язку до поверхні тертя за допомогою додаткових міток (кернів, штрихів), і відмічають це в протоколі вимірювань. Лунки розміщують таким чином, щоби поздовжня вісь їх симетрії була перпендикулярна напрямку відносного переміщення поверхонь, що труться.

Лунку на поверхні тертя вирізають алмазним різцем або тонким абразивним кругом. Схема вирізання лунки алмазним різцем показана на рисунку 3.1. Алмазний різець 1 обертаючись навколо осі О-О формує на робочій поверхні 2 лунку 3. За допомогою мікроскопа вимірюють початкову довжину лунки L, яка має глибину h (рисунок 3.2). Після кожного етапу зношування глибина лунки зменшується і стає h₁. При цьому також зменшується довжина лунки до розміру L₁. Для плоских поверхонь тертя і при розміщені лунки вздовж твірної циліндричної поверхні знос визначають за формулою

(3.2)

де R_i – радіус обертання вершини алмазного різця або радіус абразивного круга.

Рисунок 3.1 - Схема вирізання лунки алмазним різцем (позначення у тексті)	Рисунок 3.2 – Вимірювання зносу за глибиною вирізаних лунок: 1, 2 – поверхня до і після зношування (інші позначення у тексті)

При розміщенні лунки перпендикулярно до твірної циліндра радіусом R формула для визначення зносу матиме вид

(3.3)

Знак «плюс» підставляють у формулу для розрахунку зносу на зовнішній поверхні циліндра, а знак «мінус» - на внутрішній.

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1Отимати у викладача зразок.

4.2 Виміряти довжину зразка за допомогою мікрометра.

4.3 Зважити зразок на аналітичній вазі.

4.4 Розмістити зразок на робочому столику стійки мікрокатора і обертанням гайки грубих переміщень добитись контакту вимірювальної ніжки мікрокатора із торцевою поверхнею зразка. За допомогою гвинта точних переміщень виставити мікрокатор на нуль. Підняти вимірювальну ніжку мікрокатора важелем і зняти зразок із робочого столика.

4.5 На торцевій поверхні зразка пристроєм для формування штучної бази вирізати лунку. Заміряти довжину лунки L за допомогою мікроскопа Брінеля.

4.6 За допомогою штангенциркуля заміряти діаметр зразка; розрахувати площу поверхні тертя.

4.7 На установці для виготовлення шліфів терти торцеву поверхню зразка об абразивну шкурку викликаючи її знос.

4.8 Протерти зразок від продуктів зношування та абразивних зерен.

4.9 Виміряти довжину зразка за допомогою мікрометра і визначити величину зносу h_п прямим методом.

4.10 Зважити зразок на аналітичній вазі та визначити втрату маси m. За формулою (3.1) обчисліть лінійний знос h_m.

4.11 Встановити зразок на робочий столик мікрокатора, опустити на зношену торцеву поверхню вимірювальну ніжку мікрокатора та зафіксувати величину зносу h_в (відносний метод). Підняти вимірювальну ніжку мікрокатора важелем і зняти зразок із робочого столика.

4.12 Виміряти довжину лунки L₁ за допомогою мікроскопа Брінеля. За формулою (3.2) розрахувати величину зносу h.

4.13 Побудувати діаграму величини зносу отриману різними методами. Виконати аналіз і представити висновок.

5 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

5.1 Дайте визначення поняттям «знос» та «зношування».

5.2 До яких наслідків призводить знос елементів трибосполучень (підшипників, напрямних верстатів, гальм)?

5.3 В чому полягає специфіка визначення зносу елементів трибосполучень?

5.4 Суть методу мікрометричного визначення величини зносу. Переваги та недоліки цього методу.

5.5 Суть вагового методу визначення величини зносу. Переваги та недоліки цього методу.

5.6 У який випадках недоцільно застосовувати ваговий метод визначення величини зносу?

5.7 Суть методу штучних баз. Переваги та недоліки цього методу.

5.8 Яким чином на робочих поверхнях елементів трибосполучень можна формувати штучні бази?

6 РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

6.1 [2], с. 69-77.

6.2 [10], с. 12-15.

6.3 [11], с. 1-6.