Device for test of rubbing materials and oils

Аннотация

He literary analysis of devices for testing lubricants for anti-wear properties is presented, and device for testing rubbing materials and oils is offered.

Толық мәтін

При подборе и оценке противоизносных свойств, смазывающей способности масел, температурной стойкости и других эксплуатационных показателей различных смазок необходимо использовать устройства для испытания трущихся материалов и масел. Как показывает анализ, на первой стадии рационального цикла испытаний смазочных масел в лабораторных условиях предпочтение отдают четырехшариковой машине трения (ЧШМ) ввиду простоты и высокой воспроизводимости эксперимента [1]. Данная методика стандартизирована и имеет широкое применение (ГОСТ 9490-75, ASTM D 2783, DIN 51350). На рис. 1 представлена схема рабочего узла ЧШМ. Ко дну кюветы 1 прикреплены три равнорасположенных по окружности шарика 2. Сверху на них опирается прикрепленный к пуансону 4 шарик 3, который прижат к шарикам 2 с заданным усилием. Кювета 6 заполняется испытуемым маслом. Шарик 3 через оправку 4 приводится во вращение и скользит по закрепленным шарикам. Кювета 6 расположена на подшипниковой опоре 7, но удерживается от поворота тягой 8, соединенной с динамометром. Динамометр регистрирует момент трения, величина которого записывается на ленте самописца. В тот момент, когда смазывающая способность масла исчерпывается, происходит схватывание верхнего шарика с нижними, момент трения резко увеличивается, что видно по записываемой кривой диаграммы, и испытание прекращается. Время испытания используется как мера оценки противоизносной способности масла. Одновременно измеряется диаметр пятна износа, образовавшегося на каждом из трех закрепленных шариков. На некоторые масла диаметр пятна износа указывается в стандарте или паспортных данных. Таким же образом определяется эффективность противоизносных присадок. Рис. 1. Схема рабочего узла четырехшариковой испытательной машины Широкое применение получили устройства, сущность которых состоит в триботехническом испытании сопряжения с точечным или линейным контактом, образованным вращающимся с постоянной и малой скоростью образцом и тремя (или одним) неподвижными образцами, при постоянной нагрузке и возможности изменения от внешнего источника тепла объемной температуры образцов и окружающего их смазочного материала, регистрацией момента трения во время испытания. Устанавливаются шесть схем испытаний (рис. 2): А - испытания при контакте вращающегося шара с тремя неподвижными шарами; 53 Вестник СибГАУ. № 1(47). 2013 Б - испытания при контакте вращающегося шара со сферическим пояском на пересечении торцевой поверхности внутреннего отверстия нижнего образца, выполненного в виде кольца; В - испытания при контакте вращающегося шара с тремя образцами с плоскими рабочими поверхностями; Д - испытания при контакте вращающегося конического образца с тремя цилиндрическими образцами, равнорасположенными относительно оси вращения образца; Е - испытания при контакте вращающегося конического образца с коническим пояском на пересечении торцевой поверхности и внутреннего отверстия нижнего образца, выполненного в виде кольца. Рис. 2. Схемы испытания метода определения температурной стойкости при трении Испытания по схемам А, В, Г, Д могут быть распространены на испытания смазочных материалов для зубчатых колес, подшипников качения, сопряжений «кулачок - толкатель» и «поршневое кольцо - гильза цилиндра двигателя внутреннего сгорания». Испытания по схемам Б и Е могут быть распространены на испытания смазочных материалов для подшипников скольжения и сопряжений «поршневое кольцо - гильза двигателя внутреннего сгорания». Объемную температуру узла трения и окружающего его смазочного материала измеряют с помощью термопары, спай которой должен быть прижат к одному из нижних образцов на расстоянии 1... 3 мм от зоны трения. Смазочный материал и узел трения пе ред каждым определением нагревают при собранном узле трения, но без приложения нагрузки. При достижении заданной температуры узел трения нагружают, включают самописец динамометра и привод шпинделя машины. В процессе испытания самописец на три-бограмме регистрирует изменение момента трения. Продолжительность вращения шпинделя с верхним образцом - 60 с погрешностью не более ±1 с. Затем привод шпинделя и самописец выключают, нагрузку снимают. Широкое распространение имеют и трехшариковые машины трения со схемой трения «шар-цилиндр» [2-4], преимущества которых заключаются в контакте трех шаров с цилиндром по индивидуальным дорожкам трения, что позволяет исследовать рельеф изношенной поверхности и исключить влияние рельефа поверхностей других шаров на формирование пятна износа, что наблюдается в четырехшариковой машине трения. В институте нефти и газа Сибирского федерального университета разработана более совершенная трехшариковая машина трения, общий вид которой представлен на рис. 3, а. Данная машина содержит станину 1 и установленную на ней перпендикулярно плиту 2. На плите шарнирно установлены треи кронштейна 3, в которых установлены съемные держатели 4 контробразцов (шаров) 5, и узлы нагружения 6, выполненные с горизонтальными с платформами для установки нагрузки. Центральный контробразец установлен вертикально, а боковые - под равными углами 45° и выполнены со смещением, так, чтобы каждый контробразец контактировал с образцом по индивидуальной дорожке трения. Машина трения также снабжена ванночкой 7 для испытуемого масла, которая размещена в термостате 8, соединенном с блоком установки и автоматического поддержания температуры испытания 9, приспособлением для подвода стабилизированного напряжения к испытуемому образцу 10, установленному на приводе вращения образца, соединенного через центральный контробразец с блоком питания, устройством регистрации тока, протекающего через испытуемый образец и граничный слой смазочного материала. Устройство работает следующим образом. На вал 11 электродвигателя в держатель 12 закрепляют образец 10 и с помощью микрометра 13 контролируют радиальное биение, добиваясь наименьшей его величины, в держатели 4 (рис. 3, б) устанавливают контробразцы 5 и закрепляют их, устанавливают величину тока подаваемого через средний кронштейн 3 на контробразец 5 с помощью регулятора величины тока 14, и используемое масло заливают в ванночку 12. Включают привод вращения образца 10 и при наборе установленной температуры масла кронштейны 3 опускают на образец 10 и прикладывают нагрузку. Во время трения от блока питания 15 (рис. 3, в), через потенциометры 16 (R1) и 17 (R2) и центральный кронштейн 3 с контробразцом 5 на образец 10 подается ток, величина которого устанавливается регулятором 14 величины тока, далее ток поступает в блок 18 регистрации тока, где он преобразуется 54 Математика, механика, информатика в электронный вид и записывается на выгчислитель-ном устройстве (ВУ) 19 в виде диаграммы изменения тока (рис. 4). По диаграммам определяют продолжительность суммарной деформации, скорость образования и разрушения защитных слоев на поверхностях трения, их прочность и связь с основой твердого тела, что повышает информативность испытания. После испытания производят измерения диаметра пятна износа с помощью микроскопа (рис. 5). Для этого кронштейны 3 поднимают в верхнее положение и извлекают контробразцы 5. б в Рис. 3. Трехшариковая машина трения со схемой трения «шар-цилиндр»: а - общий вид; б - деталировка трибосопряжения; в - электрическая схема Рис. 4. Диаграмма записи тока 55 Вестник СибГАУ. № 1(47). 2013 Рис. 5. Фотография пятна износа Предложенное устройство просто в эксплуатации и позволяет получить все необходимые показатели качества трущихся материалов и масел с большей точностью и информативностью при меньшей трудоемкости испытаний по сравнению с предыдущими устройствами.