СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПАРЫ ТРЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях пар трения по определению предельных нагрузок и триботехнических характеристик.

Известен способ испытаний пар трения по определению предельных нагрузок и триботехнических характеристик, заключающийся в том, что пару трения, погруженную в смазочную жидкость, нагружают ступенчато увеличивающейся нагрузкой, регистрируют коэффициент трения и температуру в зоне фрикционного контакта и по их изменениям судят о режиме трения и достижении предельных нагрузок.

Недостатком этого способа является большая длительность времени испытаний. Это связано с тем, что достижение предельных для данной пары трения нагрузок требует длительной приработки пары на режимах по нагрузке, составляющих 70 - 80% от предельной, при которых формируется оптимальная микрогеометрия поверхности трения. Дальнейшее же увеличение нагрузок приводит к тому, что в зоне контакта развивается температура, которая при определенных условиях может превысить предельно допустимую температуру для данной жидкости, что приведет к резкому снижению смазывающей способности жидкости и, как следствие, к росту коэффициента трения и разрушению смазочной пленки на поверхности трения. На практике это явление характеризуется схватыванием материалов трения, для устранения которого предельно допустимую нагрузку при каждой скорости скольжения формируют постепенно путем малых приращений, что также увеличивает продолжительность испытаний и энергозатраты на их проведение.

Положительный результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемого технического решения, выражается в том, что оно позволяет повысить величину предельно допустимых нагрузок при испытаниях пары трения в условиях рабочей смазочной среды и, тем самым, существенно снизить энергозатраты и продолжительность испытаний с одновременным повышением несущей способности пары трения.

Указанный результат достигается тем, что предварительно перед испытаниями в исходной смазочной среде пару трения прирабатывают под нагрузкой в смазочной среде, предельно допустимая температура которой выше, чем у исходной.

Предварительная приработка подготавливает поверхности трения пары к восприятию более высоких нагрузок в начальный период ее испытаний в исходной жидкости, в условиях которой она предназначена работать. На практике это позволит ускорить придание поверхностям трения микрогеометрии, близкой к оптимальной, равновесной, и, тем самым, обеспечить сокращение количества ступеней нагружения за счет повышения скорости приращения (увеличения).

На чертеже представлены результаты экспериментальных исследований по оценке предельных нагрузок, работающих в режиме граничного трения. При этом приняты следующие обозначения:
P_кр - предельная величина нагрузки, кгс/см²;
V - скорость скольжения, м/с;
1 - зависимость P_кр = f(V) для исходной рабочей жидкости;
2 - зависимость P_кр = f(V) для высокотемпературной жидкости, имеющей большую допустимую температуру, чем исходная;
3 - зависимость P_кр = f(V), полученная для исходной рабочей жидкости после предварительной приработки пары трения в высокотемпературной жидкости.

Предлагаемый способ испытаний пары трения заключается в следующем.

Испытания проводят в два этапа. На первом этапе пару трения предварительно прирабатывают на жидкости, наибольшая допустимая температура которой выше, чем у исходной, в которой работает пара трения в механизме. Приработку пары трения осуществляют на заданной величине скорости скольжения под нагрузкой, которую задают, повышая в соответствии с выбранным числом ступеней и шагом нагружения. В процессе испытаний непрерывно регистрируют коэффициент трения и температуру в контактной зоне трения. В момент перехода к новому более высокому значению нагрузки, если ее величина далека от предельной, происходит сначала рост коэффициента трения, связанный с ростом величины нагрузки, а затем в течение некоторого времени его снижение до установившегося значения, которое свидетельствует о нормальном характере приработки пары для данной величины нагрузки. Предельные значения нагрузки определяются по резкому возрастнию средней величины и забросам мгновенных значений коэффициента трения.

На втором этапе пара трения устанавливается в исходной рабочей жидкости и по методике, описанной выше, в требуемом диапазоне скоростей скольжения оцениваются предельные нагрузки пары трения в исходной рабочей жидкости. При этом сокращается число ступеней нагружения и увеличивается скорость приращения (увеличения) нагрузки, т.е. скорость роста нагрузки.

Пример. Для испытаний пары трения согласно предлагаемому способу была использована машина трения, устройство и принцип работы которой подробно описаны в описании к изобретению по авт. св. N 1711572.

Принципиальная особенность машины трения состоит в наличии на ней системы автоматической разгрузки пары трения, защищающей от повреждения поверхности трения и срабатывающей при достижении предельной нагрузки схватывания. В процессе испытаний контролировали: коэффициент трения и температуру в зоне контакта. Испытаниям подвергали пару трения 30Х3ВА-БрОСН10-2-3 с коэффициентом взаимного перекрытия К_вз = 1,0. Торцевое биение в паре трения составляло σ = 30 мкм. Предварительную обкатку проводили в жидкости ВРЖ-2, а определение предельных нагрузок и триботехнических характеристик - в жидкости АМГ-10. Температура жидкости в обоих случаях составляет 100^oC.

Отметим, что наибольшая допустимая температура для жидкости ВРЖ-2 равна 200^oC, а для рабочей жидкости АМГ-10 - 125^oC.

Для сравнения результатов, полученных по предлагаемому способу, с результатами, получаемыми по известному способу, были выполнены испытания по известному способу в исходной жидкости АМГ-1- при температуре 100^oC. Результаты представлены на чертеже зависимостью 1.

Затем были проведены испытания по предлагаемому техническому решению. Результаты представлены на чертеже зависимостями 2 и 3.

Анализ экспериментальных материалов, приведенных на чертеже показал:
1. Предварительная обкатка приводит к значительному повышению предельных нагрузок (зависимость 2).

2. При испытании пары трения в исходной рабочей жидкости после ее предварительной обкатки предельные нагрузки превышают предельные нагрузки, полученные в исходной рабочей жидкости (зависимости 1, 3), т.е. повышается несущая способность пары трения.

3. Сравнение предельных нагрузок, полученных по известному способу (зависимость 1) и по предлагаемому техническому решению (зависимость 3), показало, что предельные нагрузки по предлагаемому техническому решению достигаются при меньших скоростях скольжения, чем в известном способе. Например, предельные нагрузки P_кр = 10 кгс/см² и P_кр = 17 кгс/см² достигаются в предлагаемом решении при скоростях скольжения V = 1,5 м/с и V = 3 м/с соответственно (зависимость 3), а аналогичные нагрузки в известном способе - при V = 2,75 м/с и V = 4,25 м/с (зависимость 1). В связи с этим сокращается время на проведение испытаний.

4. Общее суммарное время на испытание пары трения в заданном диапазоне скоростей скольжения в исходной рабочей жидкости составило 3 ч, а по схеме "предварительная обкатка - испытание в исходной рабочей жидкости" - 1 ч за счет сокращения числа ступеней нагрузения и повышения скорости роста нагрузки. Причем после предварительной обкатки зависимость 1 в исходной рабочей жидкости была достигнута за 0,5 ч.

Использование предлагаемого способа испытаний пары трения позволяет:
1. На 30. . .50% повысить допустимые предельные нагрузки при испытании пары трения в исходной рабочей жидкости при сохранении ее смазывающей способности.

2. Повысить несущую способность пары трения.

3. Сократить время испытаний.

Сущность изобретения: способ испытания пары трения заключается в приработке пары трения в смазочной среде, предельно допустимая температура которой выше, чем у рабочей смазочной среды, последующем погружении элементов пары трения в рабочую смазочную среду, воздействии на нее ступенчато увеличивающейся нагрузкой, фиксации на каждой ступени коэффициента трения в зоне фрикционного контакта, выборе максимального значения коэффициента трения и определении по этому значению величины предельной нагрузки. 1 ил.

Способ испытания пары трения, заключающийся в погружении в рабочую смазочную среду элементов пары трения и воздействии на нее нагрузкой, которую увеличивают ступенчато, фиксировании на каждой ступени коэффициента трения в зоне фрикционного контакта, выборе из полученных значений коэффициентов максимального и определении по этому значению величины предельной нагрузки, отличающийся тем, что перед погружением в рабочую смазочную среду пару трения подвергают приработке в смазочной среде, предельно допустимая температура которой выше, чем у рабочей смазочной среды.