Разработка методов и средств определения износостойкости полимерных антифрикционных материалов

• Автор: Герасимов, Александр Иннокентьевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Глава I Разработка оборудования для испытаний

полимерных подшипников скольжения

1.1. Повышение производительности триботехнических

экспериментов

1.2. Основные требования к испытательному оборудованию и

разработка базового испытательного модуля

1.3. Разработка измерительной системы

1.3.1. Измерение линейного износа в цилиндрическом сопряжении

1.3.2. Устройства для замера момента сил трения в цилиндрических

сопряжениях

Выводы к главе

Глава II. Методы исследования износостойкости антифрикционных
полимерных композиционных материалов
2.1. Исследование трения и изнашивания подшипников
скольжения из фторопластов при пусках
2.2. Применение метода краевого угла смачивания для
исследования поверхностей металлополимерных пар трения
2.3. Влияние режима испытаний на износостойкость
металлофторопластовых подшипников скольжения
2.4. Исследование трибологических свойств фторопластов при
^ стабилизированных температурах
Выводы к главе II
Глава III. Разработка методов и средств ускоренных испытаний
износостойкости подшипниковых материалов
3.1. Анализ методов расчета изменения контактных параметров в
подшипнике скольжения
3.2. Ускоренные испытания антифрикционных материалов на основе моделирования износа подшипников скольжения сухого
трения
3.3. Способ ускоренной приработки цилиндрических втулок из
полимерных материалов
3.4. Износостойкость наполненных композиций на основе
политетрафторэтилена
Выводы к главе III
Заключение
Список использованной литературы
Практика эксплуатации машин и механизмов показала, что их долговечность и работоспособность в условиях Крайнего Севера резко снижается. Значительная часть неисправностей техники связана с низкой надежностью триботехнических систем, в том числе, подшипников скольжения. Анализ надежности трибосопряжений показывает, что основной причиной в данном случае является резкое повышение вязкости, а зачастую и застывание применяемых смазочных масел и спецжидкостей, в результате чего существенно повышается мощность трения и износ сопрягаемых деталей.
Одним из наиболее эффективных способов предотвращения преждевременного выхода из строя узлов трения является использование в них антифрикционных покрытий, втулок и вкладышей из полимерных композиционных материалов. Применение их позволяет уменьшить или совсем исключить использование смазки, что особенно важно для узлов, в которых смазка нежелательна, невозможна или требует сложных и дорогостоящих систем
Кроме того, например, при замене подшипников качения на металлофторопластовые подшипники скольжения получается значительный выигрыш в размерах и массе. Для одного и того же вала масса металлофторопластового подшипника в 10-15 раз ниже, а наружный диаметр в 2 раза ниже, чем у подшипников качения [118].
Замена традиционных подшипниковых узлов полимерными твердосмазочными подшипниками скольжения происходит в настоящее время во многих отраслях, являясь одним из перспективных путей совершенс твования новой техники, работающей в различных условиях, в частности, при низких температурах, вакууме, в условиях стерильного производства и т. п. Современные технологии позволяют создавать широкую номенклатуру самосма-зывающихся материалов, удовлетворяющих самым разнообразным требованиям. Количество вновь создаваемых материалов непрерывно растет и обеспечивает возможность значительно повысить износостойкость и долговечность изготовленных на их основе элементов узлов трения. Ресурс их составляет десятки, а иногда, и сотни тысяч часов. Естественно увеличивается время и затраты, связанные с ресурсными испытаниями. Возможность множества конструктивных решений, вызванная непрерывно увеличивающимся количеством новых антифрикционных материалов, многократно усложняет ситуацию.
Несмотря на постоянное внимание исследователей, разработка эффективных методов и средств определения износостойкости полимерных композиционных материалов и изделий по схеме «вал-втулка», как наиболее близкой к реальным условиям, является актуальной задачей, решение которой позволит обеспечить выбор наиболее работоспособных материалов для решения конкретных задач машиностроения.
Существует множество экспресс методов определения износостойкости подшипников скольжения. Суть их сводится к следующему: функция интенсивности изнашивания представляется в виде некоторой функции контактного давления, зависящей от нескольких параметров. Эпюра контактного давления и угол контакта определяются из решения соответствующей задачи контактного взаимодействия. Параметры изнашивания определяются исходя из результатов непрерывного измерения величины линейного износа, с учетом среднеквадратичного уклонения функции интенсивности изнашивания от степенной функции эпюры контактного давления.
В мировой практике машиностроения наблюдается ориентация на стендовые испытания, как основной путь определения долговечности деталей машин. Стендовые испытания проводятся в условиях, соответствующих типовому (определяющему работоспособность) эксплуатационному режиму. Они проводятся при оценке износостойкости деталей и узлов в целях анализа эффективности тех или иных конструкционных и технологических мероприятий, направленных на улучшение триботехнических свойств, при установлении ориентировочных сроков службы деталей и предельно допустимого износа, при контроле качества изготовления изделий и др.
69). Коптртело 025 мм из стали 30X13 имело шероховатость поверхности, соответствующую Я., =0,63.
Перед опытами элементы пары промывались последовательно в ацетоне и спирте, затем сушились в термостате не менее 30 минут при температуре 20±1"С.
Так как у фторопласта-4 при известных условиях нет участка приработки [39], считалось, что скорость его изнашивания не зависит от длительности испытаний при малой продолжительности пуска. В этой связи период изменения скорости вращения привода от нуля до установившегося значения разделялся на интервалы времени 1, 2, 3, 4, 5 и 10 с, и в конце каждого интервала времени фиксировались момент трения и весовой износ. При этом с помощью тахогенератора определено, что период пуска от момента включения привода до достижения скорости не отличающейся более чем на 5% от установившейся, составляет около 5 с (рис.2.1). Длительность выбега (в (время равное от момента выключения двигателя привода до момента полной остановки вала) как для разных скоростей привода, так и при различных продолжительностях пуска менялась незначительно и составляла 1,7 с. Малое отличие продолжительности выбега позволяет предположить, что износ фторопласта-4 за период выбега неизменен, а значит износ за интервал пуска равен разности значения износа за соответствующий и предыдущий периоды пуска. По результатам измерения массового износа для каждого интервала вычисляли среднюю интенсивность изнашивания. Так, за первую секунду пуска интенсивность изнашивания / определяли как
где С) - массовый износ за время включения привода Г= 1 с; зц - скорость скольжения в конце 1 с.
Интенсивность изнашивания для остальных интервалов определяли по формуле